Brevet FR3028901A1 — publié le 20160527

- 1 - ROULEMENT INSTRUMENTE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL ROULEMENT INSTRUMENTE La présente invention concerne un roulement instrumenté, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel roulement instrumenté. De manière classique, un roulement comprend une bague extérieure et une bague intérieure entre lesquelles est délimitée une chambre de roulement. Le roulement comprend également des corps roulants disposés dans la 10 chambre de roulement et maintenus par une cage de roulement. Le roulement peut être associé à un dispositif de mesure incluant un capteur adapté pour mesurer un paramètre caractéristique du fonctionnement du roulement, comme par exemple une température, une vitesse, une 15 accélération, un niveau de lubrification, un paramètre chimique ou physique du lubrifiant tel sa conductivité ou son acidité, une amplitude vibratoire ou acoustique. Le dispositif de mesure est généralement disposé à l'extérieur du roulement, 20 par exemple dans un boîtier recevant la bague extérieure du roulement ou sur un arbre recevant la bague intérieure du roulement. Les mesures sont ainsi influencées par l'environnement du roulement. De plus, un espace doit être prévu pour positionner le dispositif de mesure à proximité du roulement. Des exemples d'intégrations de dispositifs de mesure sont montrés dans WO 25 2010/0133924 Al ou WO 2010/088964 Al. Afin de réduire l'encombrement du roulement instrumenté incluant le dispositif de mesure, il a été proposé dans WO 2006/083736 Al d'inclure le dispositif de mesure au moins partiellement à la cage de roulement. Un des 30 inconvénients de cette solution est qu'il est difficile de transmettre les signaux du dispositif à l'extérieur et de pourvoir en énergie le dispositif. Le but de la présente invention est de proposer un roulement instrumenté amélioré. 35 A cet effet, l'invention a pour objet un roulement instrumenté, comprenant une bague extérieure et une bague intérieure entre lesquelles est délimitée 3028901 - 2 - une chambre de roulement, au moins un organe isolant la chambre de roulement de l'extérieur, et au moins un dispositif de mesure incluant au moins un capteur adapté pour mesurer au moins un paramètre de fonctionnement du roulement instrumenté. 5 Selon l'invention, le roulement instrumenté est caractérisé en ce qu'leau moins un dispositif de mesure est monté à l'organe isolant la chambre de roulement de l'extérieur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises isolément ou en combinaison : - L'organe isolant la chambre de roulement est être réalisé en la forme d'un flasque métallique, par exemple un flasque d'un roulement protégé (« capped bearing » en anglais) monté solidairement à une des bagues du roulement. - L'organe isolant la chambre de roulement comporte au moins une partie élastique. - L'organe isolant est réalisé en la forme d'un moyen d'étanchéité comprenant une portion de support rigide, par exemple métallique, et une portion d'étanchéité flexible, par exemple synthétique ou polymère. - La portion d'étanchéité flexible de l'organe isolant est fixée, par exemple par collage ou surmoulage, sur la portion de support rigide. - La portion d'étanchéité flexible comprend au moins une lèvre s'étendant vers une des bagues du roulement et assurant un contact glissant avec ladite bague. - L'étanchéité est réalisée au moyen d'un labyrinthe entre l'organe isolant et une des bagues du roulement. - Le dispositif de mesure est inséré dans une ouverture dans l'organe isolant la chambre de roulement, de manière à ce qu'une partie intérieure du dispositif de mesure soit en contact avec l'intérieur de la chambre de roulement et une partie extérieure du dispositif de mesure débouche à l'extérieur du roulement. Une partie intermédiaire du dispositif de mesure passant par l'ouverture réalise un canal de communication entre la partie intérieure et la partie extérieure. Ce canal de communication peut transmettre des signaux mécaniques, 3028901 - 3 - physiques, chimiques, électriques, magnétiques, électromagnétiques ou une combinaison de ces derniers. - Le dispositif de mesure est réalisé en la forme d'un goujon inséré dans une ouverture dans l'organe isolant la chambre de roulement. Dans le 5 cadre de l'invention, le mot goujon peut également signifier rivet, bouton ou pin. - La partie intérieure du goujon et/ou la partie extérieure du goujon ont la forme d'une tête avec un diamètre plus grand que le diamètre de l'ouverture dans l'organe isolant la chambre de roulement. 10 - Le dispositif de mesure comporte une partie extérieure comprenant un moyen d'affichage pour afficher au moins un indicateur pour le paramètre mesuré. - Le moyen d'affichage de la partie extérieure du dispositif de mesure inclut une partie transparente permettant de voir l'intérieur de ladite 15 partie extérieure et peut comprendre des colorants ou bien un indicateur LED. - Le dispositif de mesure comprend des éléments actifs sensibles à un paramètre de fonctionnement caractéristique du roulement instrumenté. 20 - La partie intérieure du dispositif de mesure comprend une portion intermédiaire capable de mettre en relation la chambre de roulement et les éléments actifs du dispositif de mesure. La portion intermédiaire peut consister en une portion poreuse ou une membrane. - Les éléments actifs du dispositif de mesure consistent en une pluralité 25 des microcapsules. Les microcapsules comprennent des molécules conçues pour produire un effet détectable en fonction du paramètre, par exemple des colorants libérés ou produits par des molécules libérées lorsqu'un paramètre a excédé une valeur limite. - Ledit effet est irréversible. Ceci permet de mémoriser des événements 30 dans lesquels un paramètre a excédé une valeur limite. - Les microcapsules sont arrangées de manière visible de l'extérieur du roulement. Ceci permet de visualiser l'effet lorsque l'effet produit est un changement de couleur des microcapsules ou de leur environnement. Ainsi, on peut signaler la valeur du paramètre d'une 35 manière simple sans utiliser d'éléments électroniques. - Les microcapsules sont conçues pour émettre des molécules lorsque le paramètre dépasse une valeur limite. 3028901 - 4 - - Les microcapsules sont dispersées dans l'intérieur d'un corps transparent, un gel ou un liquide du dispositif de mesure. Ceci permet de rendre visibles les colorants ou d'autres phénomènes dans l'intérieur du goujon. 5 - Les microcapsules sont contenues dans un revêtement de l'organe isolant la chambre de roulement. - Le dispositif de mesure comprend un émetteur sans fil. De préférence, l'émetteur sans fil fait partie d'une balise RFID. Ceci permet une interrogation à distance. 10 - L'organe isolant la chambre de roulement comporte un capuchon métallique comprenant une ouverture pour la mise en place du dispositif de mesure. - L'organe isolant la chambre de roulement comprend une pluralité de dispositifs de mesure, chaque type de dispositif de mesure étant 15 sensible à la un paramètre de fonctionnement différent spécifique du roulement instrumenté, permettant alors de donner des informations pour différents paramètres. - L'organe isolant la chambre de roulement comprend une pluralité de dispositifs de mesure tous sensibles à un même paramètre de 20 fonctionnement du roulement instrumenté, mais chaque dispositif de mesure étant sensible à une valeur seuil différente dudit paramètre, permettant alors de donner des informations pour un même paramètre à différentes valeurs. - Un paramètre de fonctionnement caractéristique du roulement 25 instrumenté est de type mécanique, par exemple non limitatif la vitesse du mouvement d'un organe, la température, la pression, la vibration. - Le paramètre de fonctionnement caractéristique du roulement instrumenté est de type chimique, par exemple non limitatif 30 l'humidité, l'acidité, la viscosité, le niveau d'oxydation. - Le dispositif de mesure est intégré à l'étanchéité de roulement - Le dispositif de mesure est intégré à l'étanchéité de roulement par surmoulage. - Le dispositif de mesure est intégré à l'étanchéité de roulement par 35 clipsage. 3028901 - 5 - Ainsi, l'invention permet de réduire l'encombrement du roulement instrumenté incluant le dispositif de mesure. De manière avantageuse, les mesures des paramètres clés comme température, humidité, chocs, vibrations excessives ou excès de vitesse sont réalisées de manière intégrée 5 au roulement et non à l'extérieur du roulement. De plus, la solution selon l'invention est versatile et facile à adapter, par exemple en ce qui concerne le choix des paramètres à suivre, et peu coûteuse. Grâce à l'intégration du dispositif de mesure, l'invention permet de respecter 10 un espace dédié existant dans des appareils. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un roulement instrumenté tel que mentionné ci-dessus. Le procédé comprend des étapes suivantes : 15 a)fabriquer la bague extérieure, la bague intérieure et les corps roulants; b)fabriquer l'organe isolant la chambre de roulement avec une ouverture; c) intégrer le dispositif de mesure dans une ouverture à l'organe isolant 20 la chambre de roulement; et d) assembler le roulement instrumenté. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux 25 dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un roulement instrumenté conforme à l'invention; et - la figure 2 est une coupe à plus grande échelle d'un détail du roulement de la figure 1. 30 Sur les figures 1 à 2 est représenté un roulement instrumenté 1 conforme à l'invention. Le roulement 1 comprend une bague extérieure 2 et une bague intérieure 3, 35 entre lesquelles est délimitée une chambre de roulement 4. Le roulement 1 présente un axe central, formant l'axe de rotation relative des bagues 2 et 3. 3028901 - 6 - Le roulement 1 comprend des corps roulants (non illustrés) disposés dans la chambre de roulement 4, et maintenus par une cage de roulement. La chambre de roulement 4 est isolée de l'extérieur par un organe 20 5 comportant un flasque métallique 26 et un surmoulage en élastomère 28 formant une lèvre d'étanchéité conçue pour être en contact glissant avec la bague intérieure 3. L'organe 20 est solidaire en rotation avec la bague extérieure 2. 10 Le roulement 1 comprend également un dispositif de mesure 10, adapté pour mesurer au moins un paramètre caractéristique du fonctionnement du roulement 1. Dans le cadre de l'invention, le dispositif de mesure 10 est monté à l'organe 15 20 isolant la chambre de roulement 4, comme détaillé ci-après. De préférence, comme sur l'exemple des figures 1 à 2, le dispositif de mesure 10 est entièrement disposé sur l'organe 20 et supporté par ce dernier. 20 Le dispositif de mesure 10 est réalisé en la forme d'un goujon inséré dans une ouverture 22 dans l'organe 20 isolant la chambre de roulement 4 de manière qu'une partie intérieure 30 du goujon est en contact avec l'intérieur de la chambre de roulement 4 et une partie extérieure 32 du goujon est 25 visible de l'extérieur du roulement 1. Une partie intermédiaire du goujon passant par l'ouverture 22 peut réaliser un canal de communication entre la partie intérieure 30 et la partie extérieure 32. Ce canal de communication peut transmettre des signaux mécaniques, physiques, chimiques, électriques, magnétiques, électromagnétiques ou une combinaison de ces 30 derniers. Le dispositif de mesure 10 comporte un ou plusieurs capteurs 11 adaptés pour détecter les paramètres choisis par l'homme du selon les circonstances. Les capteurs peuvent comprendre un capteur de température, un capteur 35 adapté pour détecter une conductivité ou une acidité ou bien un capteur adapté pour détecter des molécules spécifiques. 3028901 - 7 - Dans l'exemple de la figure 2, la partie intérieure 30 du goujon et la partie extérieure 32 du goujon ont la forme d'une tête avec un diamètre plus grand que le diamètre de l'ouverture 22 dans l'organe 20 isolant la chambre de roulement 4. 5 En particulier, la partie intérieure 30 comprend un chanfrein de manière à faciliter l'insertion du goujon dans l'ouverture 22 de l'organe 20. La partie extérieure 32 comprend un moyen d'affichage pour afficher au 10 moins un indicateur pour le paramètre mesuré. Ce moyen d'affichage inclut une partie transparente permettant de voir l'intérieur de la tête du goujon et peut comprendre des colorants ou bien un indicateur LED. Comme illustré dans la figure 1, le roulement 1 peut être équipé de plusieurs 15 dispositifs de mesure 10 du type illustré dans la figure 2, les différents dispositifs de mesure 10 comprenant des capteurs 11 différents et/ou des colorants différents. De plus, les différents capteurs 11 pourraient être adaptés pour mesurer le même paramètre mais utiliser des valeurs limites différentes pour l'affichage. Ainsi, un des dispositifs de mesure 10 pourrait 20 changer de couleur par exemple vers l'orange lorsque le paramètre dépasse une première valeur limite et un autre dispositif de mesure 10 pourrait changer son couleur par exemple vers le rouge lorsque le paramètre dépasse une deuxième valeur limite supérieure à la première valeur limite comme dans un système de feux de signalisation. 25 Le dispositif de mesure 10 comporte des éléments actifs, ici une pluralité des microcapsules 24 comprenant des molécules conçues pour produire un effet détectable et visible en fonction du paramètre, par exemple des colorants libérés ou produits par des molécules libérées lorsqu'un paramètre comme la 30 température ou l'humidité a excédé une valeur limite. Cet effet est irréversible. Une fois que les molécules sont libérées, il est impossible ou très difficile de les réintroduire dans les microcapsules 24. Ceci permet de mémoriser des événements dans lesquels un paramètre a excédé une valeur limite. 35 Les microcapsules 24 sont arrangées de manière visible de l'extérieur du roulement dans un gel ou dans un corps transparent et la libération desdites 3028901 - 8 - molécules résulte en un changement de couleur des microcapsules 24 ou de leur environnement. Ceci permet de signaler la valeur du paramètre d'une manière simple sans utiliser d'éléments électroniques. 5 Les microcapsules 24 sont dispersées dans l'intérieur d'un corps transparent du dispositif de mesure. Ceci permet de rendre visibles les colorants ou d'autres phénomènes dans l'intérieur du goujon, notamment par la partie extérieure 32. 10 Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure comprend un émetteur sans fil 36 réalisé par exemple par une balise RFID. Ceci permet une interrogation à distance. Un chip semi-conducteur de la balise RFID est adapté pour mesurer le paramètre soit directement, soit par l'intermédiaire de molécules libérées par les microcapsules 24. La balise RFID peut 15 comporter un microprocesseur destiné à interpréter et traiter les données obtenues par les capteurs 11 du dispositif. La partie intérieure 30 du goujon comprend une portion intermédiaire, telle une portion poreuse ou une membrane, capable de mettre en relation la 20 chambre de roulement 4 et les microcapsules 24 du dispositif de mesure 10. Ainsi le paramètre physique auquel les microcapsules 24 sont sensibles est directement détectable par lesdites microcapsules 24. La partie intérieure 30 du goujon comporte un moyen d'isolation 34 de 25 l'intérieur du goujon par la chambre de roulement afin d'éviter que les microcapsules 24, les capteurs 11 ou des éléments électroniques s'échappent. Dans un mode de réalisation, le goujon est fabriqué directement sur le 30 flasque 26 de l'organe par surmoulage d'une balise RFID insérée dans l'ouverture 22 de l'organe 20. Grâce à l'invention, les paramètres associés au roulement instrumenté 1 sont mesurés aussi près que possible de la zone fonctionnelle du roulement 35 1, dans la chambre de roulement 4, ce qui permet d'obtenir des valeurs mesurées pertinentes et précises. L'encombrement du roulement 3028901 - 9 - instrumenté 1 est optimisé. Le nombre de câblages est réduit, notamment pour l'alimentation en énergie et la transmission de données. Selon une application particulière, l'invention permet d'analyser des 5 paramètres liés à la lubrification du roulement 1, même lorsque ce roulement 1 est protégé par des organes 20 isolant la chambre de roulement 4 de l'extérieur (« capped bearing » en Anglais). L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un roulement 10 instrumenté 1. Le procédé comprend une étape a) consistant à fabriquer la bague extérieure 2, la bague intérieure 3 et les corps roulants. Le procédé comprend également une étape b) consistant à fabriquer l'organe 20 en forme de flasque métallique 26 avec une ouverture 22 surmoulé avec du caoutchouc ou un autre matériel élastomère 28 y compris une étape de 15 vulcanisation. Le procédé comprend également une étape c) consistant à insérer le dispositif de mesure 10 dans l'ouverture 22 de l'organe 20 isolant la chambre de roulement 6. Le procédé comprend enfin une étape d) consistant à assembler le roulement instrumenté 1. 20 Le roulement instrumenté 1 et notamment le dispositif de mesure 10 peuvent être formés différemment des figures 1 à 2 et des variantes mentionnées ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention tel que défini dans les revendications. 25 Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, le dispositif de mesure 10 inclut au moins un capteur 11 et est au moins partiellement monté à l'organe 20 isolant la chambre de roulement 4. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation 30 et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Ainsi, le roulement instrumenté 1 peut être adapté en termes de coût, de fonctionnalité, d'encombrement et de performance. REVENDICATIONS1. Roulement instrumenté (1), comprenant : a. une bague extérieure (2) et une bague intérieure (3) entre lesquelles est délimitée une chambre de roulement (4) ; b. des corps roulants (5) disposés dans la chambre de roulement (4); c. un organe (20) isolant la chambre de roulement (4) de l'extérieur ; et d. un dispositif de mesure (10) incluant au moins un capteur (11) adapté pour mesurer au moins un paramètre de fonctionnement du roulement instrumenté (1) ; caractérisé en ce que le dispositif de mesure (10) est monté à l'organe (20) isolant la chambre de roulement (4) de l'extérieur. 2. Roulement instrumenté (1) selon la revendication 1,caractérisé en ce que le dispositif de mesure (10) est inséré dans une ouverture (22) dans l'organe (20) isolant la chambre de roulement (4) de manière qu'une partie intérieure (24) du dispositif de mesure (10) est en contact avec l'intérieur de la chambre de roulement (4) et qu'une partie extérieure (26) du dispositif de mesure (10) débouche à l'extérieur du roulement. 3. Roulement instrumenté (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (10) en la forme d'un goujon, la partie intérieure (24) du goujon et/ou la partie extérieure (26) du goujon ayant la forme d'une tête avec un diamètre plus grand que le diamètre de l'ouverture (22) dans l'organe (20) isolant la chambre de roulement (4). 4. Roulement instrumenté (1) selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la partie extérieure (26) comporte un moyen d'affichage pour afficher au moins un indicateur pour le paramètre mesuré. 5. Roulement instrumenté (1) selon l'une des revendications précédentes, 3028901 caractérisé en ce que le dispositif de mesure (10) comprend des éléments actifs (24) sensibles à un paramètre physique caractéristique du roulement instrumenté (1). 5 6. Roulement instrumenté sur la revendication 5, caractérisé en ce que la partie intérieure (30) du dispositif de mesure (10) comprend une portion intermédiaire capable de mettre en relation la chambre de roulement (4) et les éléments actifs (24) du dispositif de mesure. 10 7. Roulement instrumenté (1) selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les éléments actifs consistent en des microcapsules (24) comprenant des molécules conçues pour produire un effet détectable en fonction du paramètre. 15 8. Roulement instrumenté (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les microcapsules (24) sont conçues pour émettre des molécules lorsque le paramètre dépasse un valeur limite. 20 9. Roulement instrumenté (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (10) comprend un émetteur sans fil (36). 25 10. Procédé de fabrication d'un roulement instrumenté (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : a) fabriquer la bague extérieure (2), la bague intérieure (3) et les corps roulants ; 30 b) fabriquer l'organe (20) isolant la chambre de roulement (6) avec une ouverture (22) ; c) insérer le dispositif de mesure (10) dans l'ouverture (22) de l'organe (20) isolant la chambre de roulement (6) ; et d) assembler le roulement instrumenté (1). 35