Brevet FR3018570A1 — publié le 20150918

L'invention concerne, de façon générale, le domaine technique des unités de roulement et, en particulier, celui des cages de roulement, par exemple pour roulements à rouleaux cylindriques ou coniques. En particulier, on s'intéresse aux roulements à rouleaux de moyennes ou grandes dimensions, destinés à supporter des sollicitations mécaniques importantes. Dans un tel roulement à rouleaux, on dispose des corps roulants entre une bague intérieure et une bague extérieure, les corps roulants étant guidés par une cage de roulement au cours de leur déplacement autour de l'axe de roulement. Une telle cage pour roulement à rouleaux cylindriques ou coniques comprend habituellement d'une part un premier anneau et un deuxième anneau, les deux anneaux étant centrés sur l'axe du roulement, espacés axialement, destinés à encadrer les extrémités axiales des corps roulants, et d'autre part une pluralité de ponts de cage, chacun reliant les premier et deuxième anneaux, de sorte que chaque corps roulant est encadré par deux ponts selon la direction circonférentielle. Le document W02009/143806 divulgue une telle cage pour roulement à rouleaux, la cage étant réalisée en une seule pièce formée en matière plastique. Toutefois, il s'avère que l'obtention d'une telle pièce par moulage par injection plastique est problématique, en raison notamment des différences d'épaisseur dans les différentes parties de la cage. Plus précisément, des différences d'épaisseur dans les ponts de cage rendent difficile une bonne maîtrise de la qualité de l'injection plastique, et on a pu constater des problèmes de risque de porosité dans certaines parties de la cage notamment dans le pont, et par conséquent des risques de rupture mécanique. II est donc apparu un besoin de proposer une solution améliorée pour mieux maîtriser le processus d'injection plastique, notamment en se conformant aux règles rhéologiques habituelles les plus adéquates. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer une unité de roulement exempte de l'une au moins des limitations précédemment évoquées. L'invention a pour premier objet une cage de roulement, dans laquelle chaque pont de cage comprend une première paroi, une deuxième paroi, au moins une portion évidée ouverte et borgne délimitée par les première et deuxième parois, avec une embouchure agencée du côté radial extérieur de la cage, et la portion évidée s'évasant vers l'embouchure, caractérisée en ce que la cage comprend en outre, dans la portion évidée, des nervures reliant les première et deuxième parois de chaque pont, agencées au moins dans une portion intermédiaire de la portion évidée entre les premier et deuxième anneaux. Grâce à ces dispositions, on peut avoir une épaisseur de matière sensiblement uniforme pour la plupart des parties de la cage (parois des ponts et anneaux), ce qui facilite la maîtrise de l'injection de la matière plastique dans le moule de formage. On obtient ainsi une robustesse mécanique améliorée de la cage de roulement, notamment vis-à-vis des sollicitations mécaniques que peut subir une telle cage au cours de la vie du roulement. Selon une réalisation, les nervures sont perpendiculaires à l'axe du roulement ; de sorte que ces nervures forment des étais qui empêchent les parois de se rapprocher et qui empêchent les parois de s'éloigner. Selon une réalisation, les ponts s'étendent parallèlement à l'axe du roulement, et les premier et deuxième anneaux présentent des dimensions semblables pour recevoir des corps roulants de forme cylindrique, ladite cage étant destinée à un roulement cylindrique ; de sorte que la cage peut former la cage de roulement pour un roulement à rouleaux cylindriques. Selon une réalisation, les premier et deuxième anneaux présentent des dimensions différentes, ladite cage étant destinée à un roulement conique. Selon une réalisation, les nervures sont agencées sous la forme d'une structure en nid d'abeille ; ce qui forme une structure très robuste reliant les deux parois du pont, et qui par ailleurs peut servir de réservoir de lubrifiant. Selon une réalisation, les nervures sont agencées sous la forme d'une structure en croisillons ; ce qui forme, de manière alternative au cas précédent, une structure très robuste reliant les deux parois du pont, et qui par ailleurs peut servir de réservoir de lubrifiant. Selon une réalisation, l'épaisseur des nervures est substantiellement équivalente à l'épaisseur du pont des parois et l'épaisseur des anneaux. De sorte que l'on obtient une épaisseur de matière homogène dans l'ensemble des parties qui constituent la cage de roulement, ce qui permet d'éviter les risques de porosité, et par conséquent ce que lui confère une robustesse mécanique améliorée. Selon une réalisation, l'épaisseur de matière dans le pont de cage est comprise entre 0,5 et 4 mm, préférentiellement au voisinage de 3mm ; ce qui représente un optimum pour la maîtrise de la rhéologie d'injection et la capacité du plastique liquide injecté à aller occuper tout l'espace interne de la cavité de moulage. Selon une réalisation, la matière plastique est un polyamide, de préférence du PA66, chargé ou non en fibre de verre et/ou en élastomère ; de sorte que la cage obtenue présente une bonne résistance aux chocs, elle est endurante et forme un bon compromis élasticité / dureté. Selon un second aspect, l'invention vise par ailleurs une unité de roulement à rouleaux comprenant une cage telle que décrite précédemment. Selon un troisième aspect, l'invention vise un procédé d'obtention d'une cage de roulement telle que décrite précédemment, comprenant au moins les étapes : - fournir un outillage de moule d'injection plastique définissant une cavité intérieure ayant une forme générale de révolution d'axe X, le moule ayant une matrice inférieure et une matrice supérieure qui délimitent la cavité axialement de chaque coté et radialement vers l'intérieur, ainsi qu'une pluralité d'inserts radiaux qui délimitent la cavité radialement vers l'extérieur, - injecter une matière plastique dans la cavité, - déplacer les inserts radiaux radialement vers l'extérieur, - écarter les matrices supérieure et inférieure dans la direction axiale. Selon une réalisation, le moule comprend un nombre d'inserts radiaux au moins égal au nombre de ponts de la cage, moyennant quoi, on peut utiliser un seul type d'insert radial, en nombre égal au nombre de ponts, une seule mise au point d'insert étant alors nécessaire. Selon une réalisation, chaque insert radial peut comprendre une pluralité de formes en pointe destinées à former les parties évidées de la portion évidée dans le pont ; de sorte que les formes en pointe peuvent présenter une longueur suffisante pour créer une zone évidée suffisamment profonde dans la portion évidée. Selon une réalisation, chaque insert radial comprend un corps principal et deux groupes de formes en pointe agencés de part et d'autre du corps principal selon la direction circonférentielle ; de sorte que l'insert radial peut être formée de façon symétrique par rapport à un plan médian et que, et de sorte que les évidements de la portion évidée peuvent être formés par la juxtaposition de deux formes en pointes appartenant à deux inserts radiaux adjacents. On décrit maintenant brièvement les figures des dessins. La figure 1 représente une vue en perspective d'un roulement à rouleaux comprenant une cage de roulement selon l'invention. La figure 2 montre en perspective une cage de roulement seule, convenant pour un roulement à rouleaux tel que celui de la figure 1. La figure 3 représente une vue de détail d'un pont de cage de la cage de la figure 2, avec une coupe partielle. La figure 4 est analogue à la figure 3, la coupe étant faite à mi-distance des deux anneaux de la cage. Les figures 5A à 5C illustrent différentes variantes de réalisation concernant la portion évidée du pont de cage. La figure 6 illustre des moyens d'obtention d'une cage de roulement selon l'invention, le moule (non représenté en totalité) comprenant une pluralité d'inserts radiaux. La figure 7 montre une vue de détail de la figure 6. La figure 8 illustre schématiquement une étape du procédé d'obtention de la cage de roulement. Ci-après un exposé détaillé d'un mode de réalisation de l'invention assorti d'exemples et de référence aux dessins. Une unité de roulement 9 conforme à l'invention, telle qu'illustrée sur la figure 1, comprend deux bagues, une bague intérieure 91 généralement de révolution autour d'un axe X, et une bague extérieure 92 généralement de révolution autour de l'axe X. Entre la bague intérieure et la bague extérieure sont interposés une pluralité de corps roulants 90 répartis autour de l'axe sur un rayon intermédiaire entre la bague intérieure et la bague extérieure. Ces corps roulants 90 sont cylindriques dans l'exemple illustré, toutefois, dans le cadre de la présente invention, ils peuvent aussi être coniques. Ces corps roulants 90 sont, dans le roulement assemblé, en contact à la fois avec la bague intérieure 91 et avec la bague extérieure 92, à l'endroit de zones appelées chemins de roulement ; par ailleurs, les corps roulants 90 sont guidés par un organe appelé cage de roulement 10 qui va être décrit plus en détails ci-après. La présente invention s'applique en particulier à des roulements à rouleaux cylindriques de taille conséquente par exemple pour des essieux de matériel ferroviaire, avec un diamètre extérieur supérieur à 100 ou 150 mm, le plus souvent supérieur à 200 mm. Dans le cadre du présent document, le terme 'direction axiale' correspond à une direction parallèle à l'axe géométrique X du roulement, le terme 'direction radiale' correspond à une direction perpendiculaire à la direction axiale passant par l'axe, étant entendu qu'il y a une multiplicité de droites radiales partant de l'axe. On entend par direction circonférentielle la direction correspondant à une tangente d'un cercle centré sur l'axe du roulement. Le terme 'radialement vers l'intérieur' indique une direction qui se dirige vers l'axe alors que le terme 'radialement vers l'extérieur' indique une direction qui s'éloigne de l'axe. Le terme intérieur qualifie aussi un élément tourné vers l'espace intérieur du roulement alors que le terme extérieur qualifie un élément tourné vers l'extérieur du roulement. Sur la figure 2, il est représenté la cage de roulement 10 seule. La cage 10 est une pièce unitaire obtenue par injection de matière plastique. On choisit de préférence un matériau polyamide, par exemple du PA-6.6 ; de préférence, on choisira un matériau polyamide renforcé en élastomère et/ou fibre de verre par exemple du PA66-I GF25. La cage 10 comprend un premier anneau 1 de révolution centré sur l'axe X correspondant à l'axe du roulement, et un deuxième anneau 2 de révolution lui aussi centré sur l'axe X, décalé axialement du premier anneau d'une distance légèrement inférieure à l'épaisseur du roulement à rouleaux dans lequel la cage est montée ; en pratique, souvent, la distance qui sépare la face frontale 11 du premier anneau de la face frontale 21 du second anneau sera voisine de l'épaisseur hors tout du roulement 9. Dans l'exemple illustré aux figures correspondant à un roulement cylindrique, le premier anneau et le deuxième anneau sont de dimensions voisines ou identiques. Il en serait autrement dans le cas de roulement à rouleaux coniques où l'un des anneaux pourrait être plus grand que l'autre, tout en restant dans le cadre de la présente invention. Il faut aussi remarquer que les anneaux en question peuvent être aussi appelés 'couronnes' ou 'couronnes annulaires'. Les premier et deuxième anneaux 1,2 sont reliés entre eux par une pluralité de pièces que l'on appelle les ponts 3 de la cage. Il y a autant de ponts 3 dans la cage que de corps roulants 90 dans le roulement une fois monté. Chaque pont de cage 3 s'étend continûment entre le premier anneau 1 et le deuxième anneau 2, et forme un étai mécanique entre les deux anneaux. À l'endroit de la jonction entre un pont et un anneau, il est ménagé comme illustré un arrondi de jonction 18 qui permet d'éviter la formation de fissure de fatigue à la jonction entre le pont et l'anneau. Les premier et deuxième anneaux combinés avec deux ponts consécutifs délimitent ensemble une alvéole 19 destinée à recevoir un corps roulant 90. Ainsi, un corps roulant 90 est encadré selon la direction axiale, à chacune de ses extrémités axiales, d'une part par le premier anneau 1 et d'autre part par le second anneau 2, plus précisément par la surface dirigée vers l'intérieur de chacun des premiers et deuxièmes anneaux (surfaces repérées respectivement 12 et 22). De plus, dans la direction circonférentielle T, chaque corps roulant est encadré par deux ponts consécutifs. Dans l'exemple illustré, chaque pont s'étend substantiellement parallèlement à l'axe du roulement X. Toutefois, dans le cas de roulement à rouleaux coniques, avec deux anneaux de taille différente, la direction d'extension de chaque pont pourrait être légèrement inclinée par rapport à l'axe X. Chaque pont de cage 3 comprend une première paroi 31, une deuxième paroi 32, chacune de ces deux parois ayant une épaisseur 'e' sensiblement constante et s'étendant chacune continûment entre les premier et deuxième anneaux. Les deux parois 31, 32 ne sont pas parallèles, elles sont disposées selon un 'V' peu ouvert. Leurs bords d'extrémité dirigées vers l'axe se rejoignent pour former la pointe du V, référencée 6. La section de chaque paroi du pont 3 peut être substantiellement constante le long de cette paroi. Dans l'exemple illustré, en outre, dans la portion médiane du roulement, à savoir à mi-chemin entre les deux anneaux 1,2, le pont est équipé d'une projection 13 dirigée radialement vers l'intérieur, qui correspond au débouché du point d'injection. La face frontale de 33, 34 de chaque paroi dirigée respectivement vers le corps roulant adjacent est configurée pour servir de guidage au corps roulant 90, en fonction de la direction de rotation du roulement. En particulier, il faut noter qu'on ménage une surépaisseur 15 de chaque côté du V dans la portion médiane entre les deux anneaux, cette surépaisseur 15 est peu épaisse et elle est destinée à définir et limiter le jeu radial de la cage(2) dans le roulement. De plus, chaque pont 3 comprend au moins une portion évidée 4, ouverte et borgne, délimitée par les première et deuxième parois 31,32, avec une embouchure 40 agencée du côté radial extérieur de la cage, l'embouchure étant agencée entre les bordures radiales extérieures 35, 36 des première et deuxième parois. Du fait de la disposition en V des parois, la portion évidée 4 s'évase vers l'embouchure, à l'opposé de la pointe du V. Avantageusement selon l'invention, la cage comprend en outre, dans la portion évidée 4, des nervures 5 reliant les première et deuxième parois 31, 32 de chaque pont, entre les premier et deuxième anneaux 1,2. Le nombre de nervures sera fonction de la longueur du pont et de la résistance mécanique désirée. Dns l'exemple illustré il y a 10 nervures agencées le long de la direction axiale les unes à la suite des autres (Fig 5A). Lesdites nervures peuvent être disposées transversalement entre les deux parois comme illustré, auquel cas les nervures s'étendent dans un plan perpendiculaire à l'axe X. Ces nervures forment des étais qui empêchent les parois de se rapprocher et qui empêchent les parois de s'éloigner. On forme ainsi des ponts de cage très robustes bien que peu épais en ce qui concerne les épaisseurs de matière (`e') dans une quelconque partie du pont de cage. La formation d'évidements profonds entre les deux parois permet d'obtenir des épaisseurs de paroi relativement homogènes, de manière à favoriser la maîtrise du processus d'injection plastique et d'éviter les porosités potentielles. Dit autrement, on s'arrange pour que la distance entre tous les points intérieurs dans la matière de la cage 10 et au moins une des bordures extérieures de cette matière soit inférieure à 5mm, préférentiellement comprise entre 0,5mm et 4mm, et de manière encore plus préférée au voisinage de 3 mm. Il faut également indiquer que concernant les premiers et seconds anneaux 1,2, ce souci d'avoir une épaisseur de matière homogène, de préférence au voisinage de 3 mm, est aussi respecté, grâce à la présence d'une pluralité de zones évidées 14 agencées tout autour de la face externe 11 du premier anneau 1 (Fig 2), la même disposition se retrouvant aussi sur la face externe 21 du second anneau 2. S'agissant de la forme et de la position des nervures 5, la figure 5A montre des nervures disposées chacune dans un plan perpendiculaire à l'axe X espacées les unes des autres de quelques millimètres, de sorte que la portion évidée 4 est alors formée par une pluralité d'évidements individuels 41, en forme de pyramide à base de rectangle. On note que l'espacement est régulier ce qui permet d'éviter des phénomènes de flambage éventuel sous effort. Dans une variante non représentée, les nervures 5 sont agencées dans une portion intermédiaire de la portion évidée 4 entre les premier et deuxième anneaux 1,2, sans nécessairement être distribuées tout le long de la portion évidée 4. La figure 5B illustre une variante ou la portion évidée comprend une structure en forme de nid d'abeille 51, avec une forme polygonale, par exemple hexagonale ou autre. La figure 5C illustre une variante ou la portion évidée comprend une structure en forme de croisillons 52 inclinés à 45° et se coupant à angle droit. Il faut noter ici que la zone évidée 4 peut contenir une certaine quantité de lubrifiant, avec un effet de réservoir dû à la porosité macroscopique des creux dans les formes en nid d'abeille ou en croisillons. Ainsi, grâce à la présence de la portion évidée 4 et nervurée, pour des roulements de diamètre 100 mm ou au-delà, les ponts de cage 3 sont formés avec une épaisseur de matière voisine de 3 mm, et présente la solidité exigée par les cahiers des charges de tenue aux chocs et de tenue aux diverses sollicitations mécaniques, notamment pour les roulements d'essieux de matériel ferroviaire. Les figures 6 à 8 illustrent le procédé d'obtention d'une cage de roulement telle que définie ci-dessus. On utilise un outillage de moule d'injection plastique, repéré de façon générale par la référence 7. Cet outillage comprend une matrice inférieure 72, une matrice supérieure 71, celles-ci pouvant être déplacées l'une par rapport à l'autre selon la direction axiale X, entre une position de fermeture de moule et une position d'ouverture de moule. De plus, dans le but de former la zone évidée 4 susmentionnée, on utilise une pluralité d'inserts radiaux 8 (qu'on appelle aussi des 'tiroirs' du moule) disposés tout autour de la cage à former, adjacent les uns aux autres dans la direction circonférentielle. Sur la figure 8, on a représenté le moule en position fermée délimitant une cavité interne 17 dans laquelle va être injecté une résine plastique polyamide ou autre. Chaque insert radial 8 comprend une pluralité de formes en pointe 81, (projections extrudées) chacune correspondant à un évidement individuel 41. Dans l'exemple illustré aux figures 6 et 7, les formes en pointe 81 de deux inserts radiaux 8 adjacents sont adjacentes en position de moule fermée et se complètent pour former ensemble l'évidement individuel à former. Toutefois, il pourrait en être autrement, et l'évidement individuel 41 à former pourrait correspondre à une seule forme en pointe 81. Avantageusement selon l'invention, chaque insert radial 8 est centré sur une alvéole 19 séparant deux ponts consécutifs, ce qui permet d'obtenir un angle de dépouille satisfaisant pour les parois 32,31 des deux ponts délimitant l'alvéole ainsi que pour les formes en pointe décrites ci-dessus. Autrement dit, chaque insert radial comprend un corps principal 80 et deux groupes de formes en pointe 81 agencés de part et d'autre du corps principal selon la direction circonférentielle, chaque forme en pointe correspondant à la moitié du volume de l'évidement individuel 41 à former. Les points d'injection 13' sont situés en partie médiane des ponts de cage du côté de la pointe du V ; c'est ainsi qu'après démoulage, il reste la projection 13 déjà mentionnée plus haut. Étant donné que l'ensemble du volume interne de la cavité interne 17 est composé de voiles et parois d'épaisseur 3 mm ('e'), on peut injecter de façon maîtrisée la résine plastique, avec une solidification homogène dans l'ensemble de la cavité interne, sans risque d'apparition de poches poreuses. On injecte donc de la matière plastique sous forme liquide dans la cavité 17 via des canaux et les points d'injection 13' susmentionnés, à la suite de quoi la matière plastique se solidifie ; à cet égard, il faut noter que le moule peut être refroidi par des moyens de refroidissement. En vue du démoulage, on procède au retrait des inserts radiaux 8, en les éloignant du centre de l'outillage de moulage (flèches F1) ; puis on procède au démoulage dans le sens axial en écartant les matrices inférieure et supérieure. Avantageusement, on utilise un seul type d'insert radial, la même définition étant dupliquée autant de fois qu'il y a de ponts de cage comme ceci ressort de la figure 6. On comprendra que pour réaliser les variantes en forme de nid d'abeille ou en forme de croisillons, les formes en pointe 81 doivent être remplacées par des formes correspondantes à la structure désirée. REVENDICATIONS1. Cage (10) pour roulement à corps roulants (9), comprenant : - des premier et deuxième anneaux (1,2) centrés sur l'axe (X) du roulement, espacés axialement, destinés à encadrer les extrémités axiales de corps roulants (90), - une pluralité de ponts de cage (3), chacun reliant les premier et deuxième anneaux, de sorte que chaque corps roulant est encadré par deux ponts selon la direction circonférentielle (T), les anneaux et les ponts étant formés en une seule pièce en matière plastique, chaque pont de cage comprenant une première paroi (31), une deuxième paroi(32), au moins une portion évidée (4) ouverte et borgne délimitée par les première et deuxième parois, avec une embouchure (40) agencée du côté radial extérieur de la cage, et la portion évidée s'évasant vers l'embouchure, caractérisée en ce que la cage comprend en outre, dans la portion évidée, des nervures (5) reliant les première et deuxième parois de chaque pont, agencées au moins dans une portion intermédiaire de la portion évidée entre les premier et deuxième anneaux. 2. Cage de roulement (10) selon la revendication 1, dans laquelle les nervures sont perpendiculaires à l'axe (X) du roulement. 3. Cage de roulement (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle les ponts s'étendent parallèlement à l'axe (X) du roulement, et les premier et deuxième anneaux présentent des dimensions semblables, pour recevoir des corps roulants de forme cylindrique, ladite cage étant destinée à un roulement cylindrique. 4. Cage de roulement (10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les premier et deuxième anneaux présentent des dimensions différentes, ladite cage étant destinée à un roulement conique. 30 5. Cage de roulement (10) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle les nervures sont agencées sous la forme d'une structure en nid d'abeille. 6. Cage de roulement (10) selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle les nervures sont agencées sous la forme d'une structure en croisillons. 35 25 7. Cage de roulement (10) selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle l'épaisseur (e) des nervures est substantiellement équivalente à l'épaisseur des parois et des anneaux. 8. Cage de roulement (10) selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle l'épaisseur de matière dans le pont de cage est entre 0.5 mm et 4 mm. 9. Cage de roulement (10) selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle la matière plastique est un polyamide, de préférence du PA66, chargé ou non en fibre de verre et/ou en élastomère. 10. Unité de roulement (10) à rouleaux comprenant une cage selon l'une des revendications 1 à 9. 10 11. Procédé d'obtention d'une cage de roulement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant au moins les étapes : - fournir un outillage de moule d'injection plastique (7) définissant une cavité intérieure (17) ayant une forme générale de révolution d'axe X, le moule ayant une matrice inférieure (72) et 15 une matrice supérieure (71) qui délimitent la cavité axialement de chaque côté (X+,X-) et radialement vers l'intérieur, ainsi qu'une pluralité d'inserts radiaux (8) qui délimitent la cavité radialement vers l'extérieur, - injecter une matière plastique dans la cavité, - déplacer les inserts radiaux radialement vers l'extérieur, 20 - écarter les matrices supérieure et inférieure dans la direction axiale. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le moule comprend un nombre d'inserts radiaux (8) égal au nombre de ponts de la cage. 25 13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel chaque insert radial comprend une pluralité de formes en pointe (81) destinées à former les parties évidées de la portion évidée dans le pont. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel chaque insert radial comprend un corps 30 principal et deux groupes de formes en pointe agencés de part et d'autre du corps principal selon la direction circonférentielle.