Brevet FR3039867A1 — publié le 20170210

Boîte de palier comprenant un palier et un moyen de chauffage du palier, et bogie comprenant une telle boîte L'invention concerne le domaine des paliers rotatifs, et en particulier ceux destinés à être incorporés dans une boîte de palier d'un bogie de véhicule ferroviaire. Dans le domaine des transports ferroviaires, un véhicule tel qu'un wagon comprend généralement un ou plusieurs bogie(s), chaque bogie étant supporté par un ou plusieurs essieu(x) solidaire(s) de deux roues. Ces bogies sont reliés à des boîtes de palier contenant un palier rotatif prévu pour fournir la liaison pivot entre la boîte de palier et l'essieu. Par exemple, un wagon classique comprend deux bogies, chaque bogie étant supporté par deux essieux. Dans ce cas, chaque bogie comprend quatre boîtes de palier contenant chacune un palier rotatif. De tels paliers rotatifs peuvent être fréquemment soumis à des températures extérieures inférieures à 0 °C. Lorsque le véhicule ferroviaire circule, la température du palier rotatif augmente sous les effets de la déperdition de chaleur résultant du glissement et/ou du roulement. Ainsi, lorsque le véhicule ferroviaire s'arrête puis redémarre fréquemment, le palier rotatif et les éléments qui le constituent subissent de brusques variations de température. Une exposition répétée d'un palier rotatif à une température inférieure à 0 °C peut engendrer de la condensation à l'intérieur du palier rotatif, qui est à l'origine d'un phénomène de corrosion. Il en résulte une baisse de la qualité de la liaison mécanique fournie par le palier rotatif. Par exemple, dans le cas particulier d'un palier à roulement, la corrosion entraînée par la condensation est responsable d'une baisse de la qualité du contact entre les pistes du palier et les éléments roulants, et ainsi que d'une baisse des performances de la graisse introduite dans l'espace de roulement. 3039867 2 Dans le domaine des transports ferroviaires, on réalise afin de pallier cet inconvénient des opérations de maintenance régulières, au cours desquelles le palier mécanique est démonté, puis nettoyé et inspecté. On peut, le cas échéant, vidanger la graisse afin de la 5 remplacer. Enfin, le palier mécanique est remonté. Cependant, de telles opérations de maintenance sont coûteuses, relativement longues et nécessitent d'immobiliser le véhicule ferroviaire fréquemment. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, l'invention vise à prévoir une boîte de 10 palier pouvant être utilisée dans des conditions climatiques extrêmes dans lesquelles la température extérieure est relativement basse avec une bonne sûreté de fonctionnement, une bonne fiabilité dans le temps, et ne nécessitant pas une multiplication d'opérations de maintenance. A cet effet, il est proposé une boîte de palier comportant un 15 carter et un palier monté à l'intérieur d'un alésage du carter. La boîte de palier comprend en outre au moins un moyen de chauffage par induction monté sur le carter et un moyen de détection de la température du palier. Le moyen de chauffage permet d'éviter, par conduction de la 20 chaleur émise vers le palier, que la température de celui-ci et de la graisse introduite pour faciliter le glissement et/ou le roulement ne descende en dessous de températures excessivement basses. Un moyen de chauffage par induction est particulièrement intéressant, en ce qu'il présente un pouvoir calorifique important pour un encombrement 25 limité. Selon un mode de réalisation, ledit moyen de chauffage s'étend axialement au moins en partie dans l'épaisseur du carter. Le carter peut comprendre au moins un logement à l'intérieur duquel est monté au moins en partie ledit moyen de chauffage. 30 Avantageusement, le carter comprend une pluralité de logements répartis circonférentiellement autour du palier et à l'intérieur de chacun desquels s'étend un moyen de chauffage. Cette disposition favorise l'obtention d'un chauffage homogène du palier. Afin d'optimiser encore le chauffage, les logements cylindriques sont de 3039867 3 préférence sensiblement identiques. Ils peuvent aussi être répartis circonférentiellement de manière régulière. Avantageusement, le palier est monté en contact direct contre l'alésage du carter. A titre d'exemple, on peut prévoir que la boîte de palier 5 comprenne entre neuf et quinze logements cylindriques répartis circonférentiellement autour de l'axe de ladite boîte. Pour des raisons de facilité de montage, chaque logement peut déboucher axialement sur au moins une surface frontale du carter. De manière avantageuse, ledit moyen de chauffage comprend 10 au moins un bobinage s'étendant axialement. Selon un mode de réalisation, la boîte de palier comprend un couvercle doté d'un trou, une pluralité de câbles traversant le couvercle par le trou et pouvant alimenter électriquement le moyen de chauffage. 15 Selon un autre mode de réalisation, la boîte de palier comprend un générateur d'énergie électrique et un accumulateur, l'accumulateur étant capable de stocker l'énergie électrique produite par le générateur et d'alimenter le moyen de chauffage. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque logement cylindrique débouche axialement sur au 20 moins une surface frontale du carter. La position dudit moyen de détection peut faire l'objet de plusieurs variantes. En particulier, selon une première variante, ledit moyen de détection est monté sur le palier. Selon une deuxième variante, ledit moyen de détection est monté sur le carter. 25 Selon un mode de réalisation avantageux, la boîte de palier comprend au moins une unité de contrôle de la température du palier capable de piloter le fonctionnement dudit moyen de chauffage en fonction de la température mesurée par le moyen de détection. Selon un autre aspect, il est proposé un bogie de véhicule 30 ferroviaire, comprenant au moins un essieu et au moins une boîte de palier telle que décrite ci-dessus. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement 3039867 4 à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une vue en perspective d'une boîte de palier selon un premier exemple de réalisation de l'invention, 5 - la figure 2 est une vue en coupe axiale de la boîte de palier de la figure 1, et - la figure 3 est une vue en perspective d'une boîte de palier selon un second exemple de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, une boîte 2 de palier comprend deux 10 extrémités de fixation 4 permettant la fixation de la boîte à un bogie (non représenté) de véhicule ferroviaire. Cette fixation peut être mise en oeuvre de manière classique, chaque extrémité 4 étant fixée à une extrémité d'une tige d'un amortisseur couplé à une suspension (non représenté). 15 La boîte 2 comprend un carter 6 cylindrique, d'axe 7 (figure 2). Le carter 6 est axialement délimité par deux surfaces frontales 9. En référence à la figure 2, un essieu 8 solidaire des roues du véhicule ferroviaire est maintenu par rapport au carter 6 selon une liaison pivot autour de l'axe 7. L'essieu 8 comprend un arbre 10, se prolongeant à 20 son extrémité par un tourillon 12. Pour réaliser cette liaison pivot, la boîte 2 comprend un palier rotatif 16 comprenant une bague extérieure 18 et une bague intérieure 20. Dans cet exemple de réalisation, le palier rotatif 16 est un palier à rouleaux coniques à deux rangées, mais on peut sans sortir du cadre de 25 l'invention utiliser un palier différent, par exemple du type à rouleaux coniques à une rangée, à rouleaux cylindriques, à aiguilles, à billes, etc. Alternativement, le palier 16 peut être du type à glissement. La bague extérieure 18 est insérée dans un alésage 22 pratiqué dans le carter cylindrique 6. La bague extérieure 18 est maintenue 30 axialement, d'un côté par une butée 24 et de l'autre par un couvercle 26. La bague extérieure 18 est solidaire du carter 6. La bague extérieure 18 est en contact direct avec le carter 6. La bague intérieure 20 est emmanchée sur le tourillon 12. Dans cet exemple de réalisation, la bague intérieure 20 est réalisée en deux parties 20b, une entretoise 3039867 5 20a étant interposée axialement entre lesdites parties. La bague intérieure 20 est maintenue axialement entre un anneau de retenue 28 monté sur l'arbre 10 et un capuchon 30 fixé au tourillon 12, ici par vissage. 5 Un espace de roulement 21 est défini entre la bague extérieure 18 et la bague intérieure 20. Le roulement 16 comprend une pluralité d'éléments roulants 34 disposés dans l'espace de roulement 21. Les éléments roulants 34 sont en l'espèce des rouleaux cylindriques organisés selon deux rangées. Pour délimiter axialement l'espace de 10 roulement 21, le roulement 16 comprend deux flasques d'étanchéité 38 et 40, disposés entre la bague extérieure 18 et la bague intérieure 20 aux extrémités axiales du roulement 16. L'espace de roulement 21 est ainsi isolé de l'environnement extérieur, et peut contenir un fluide lubrifiant, comme par exemple de la graisse. 15 Le carter 6 comprend plusieurs logements 42 dont quatre sont notamment visibles sur la vue en écorché de la figure 1. Les logements 42 sont de forme cylindrique et orientés selon la direction de l'axe 7. Les logements 42 sont formés dans l'épaisseur du carter 6. Chaque logement 42 s'étend à partir de l'alésage 22 du carter. Les logements 20 42 sont espacés les uns par rapport aux autres dans le sens circonférentiel, ici de manière régulière. Dans cet exemple particulier, le carter 6 comprend douze logements 42 cylindriques circonférentiellement répartis autour de son axe 7. Les logements 42 s'étendent axialement sur toute la longueur du carter 6, de sorte qu'ils 25 débouchent axialement sur les deux surfaces frontales 9 du carter 6. Toutefois, on peut envisager, sans sortir du cadre de l'invention, que les logements 42 soient plus courts, et ne débouchent que sur une surface frontale 9 du carter 6, voire ne débouchent sur aucune des surfaces frontales 9. Comme cela est visible sur la figure 1, un sillon 30 43 circulaire pratiqué sur l'une des surfaces frontales 9 relie les douze logements 42 entre eux. La boîte 2 de palier comprend une pluralité de bobinages 44 s'étendant chacun à l'intérieur d'un des logements 42 du carter 6. Les moyens de chauffage 42 s'étendent dans l'épaisseur du carter 6. 3039867 6 Chaque bobinage 44 est relié à une source de puissance électrique et peut produire de la chaleur par la génération de courants de Foucault lorsqu'il est alimenté par ladite source. La source peut être montée sur le bogie ou sur le véhicule ferroviaire. Les logements 42 et les 5 bobinages 44 sont de préférence disposés de manière à entourer l'espace de roulement 21 et le palier 2, pour pouvoir générer de la chaleur au sein dudit espace de roulement, de manière homogène. Dans cet exemple de réalisation, les bobinages 44 sont réalisés au moyen d'un seul fil électrique 46 en cuivre introduit dans le sillon 10 43, et enroulé sur lui-même. L'enroulement du fil électrique 46 est réalisé au cours d'une phase précédant le montage du palier 16. Les bobinages 44 sont montés en série par rapport à la source de puissance électrique. Toutefois, on ne sort pas du cadre de l'invention en utilisant une pluralité de bobinages montés en dérivation par rapport à 15 la source de puissance électrique. Les deux extrémités 46a et 46b du fil électrique 46 sont extraites du sillon 43 en un point de celui-ci, et passées à l'intérieur d'un trou 48 pratiqué dans le couvercle 26 de la boîte 2 de palier (illustré partiellement à la figure 2). Les extrémités du fil 46 peuvent 20 être connectées à la source de puissance électrique ainsi qu'à une unité de contrôle (non représentée) incorporée à la boite 2 de palier ou montée sur le bogie ou sur le véhicule ferroviaire. La boîte 2 de palier comprend encore un capteur 50, disposé de manière à pouvoir mesurer une température représentative de la 25 température à l'intérieur de l'espace de roulement 21. Dans cet exemple, le capteur 50 est un capteur de température fixé sur l'un des flasques d'étanchéité 38 et 40, à l'extérieur de l'espace de roulement 21. Dans ce cas, on peut prévoir que le flasque d'étanchéité 38 ou 40 comporte un trou (non représenté) traversant l'épaisseur du flasque et 30 prévu pour le passage d'une sonde (non représentée) de température. Au moyen d'un tel arrangement, le capteur 50 mesure directement la température de la graisse enfermée à l'intérieur de l'espace de roulement 21. 3039867 7 De manière alternative, le capteur de température 50 peut être disposé sur le carter 6 pour mesurer la température dudit carter, puis estimer, en fonction de la température mesurée, la température de la graisse au sein de l'espace de roulement 21. 5 Un fil électrique 52 relie le capteur de température 50 à l'unité de contrôle. Dans l'exemple de réalisation représenté en figure 1, le fil électrique 52 est fixé sur le flasque d'étanchéité 40 et passe à travers le trou 48 du couvercle. L'unité de contrôle recueille directement ou estime la 10 température de la graisse enfermée à l'intérieur de l'espace de roulement 21. L'unité de contrôle contrôle le fonctionnement de la source de puissance pour permettre une alimentation des moyens de chauffage 42, lorsqu'elle détecte que la température de la graisse est inférieure à une valeur prédéterminée de température de référence. 15 Dans ce mode de réalisation, la température de référence a pour valeur 0 °C. Toutefois, on peut envisager une autre valeur prédéterminée de température de référence, celle-ci étant de préférence calculée en fonction de la température de solidification de la graisse. De cette manière, lorsque le véhicule ferroviaire est à l'arrêt et 20 que la température extérieure est très faible, la température de la boîte 2 de palier, du palier 16 et de la graisse introduite dans l'espace de roulement 21 baisse. Lorsque la température atteint 0 °C, l'unité de contrôle de la température le détecte au moyen du capteur 50. L'unité de contrôle commande alors la génération de courant dans le fil 25 électrique 46. Par effet d'induction, la graisse introduite dans l'espace de roulement 21 est réchauffée. Lorsque la température au sein de l'espace de roulement 21 est inférieure à 0 °C, l'unité de contrôle peut commander une alimentation électrique constante aux moyens de chauffage 42. Alternativement, la 30 puissance électrique fournie peut être variable, par exemple en fonction de l'écart entre la température au sein de l'espace de roulement 21 et la température de référence, 0 °C. On évite ainsi que la température au sein de l'espace de roulement 21 descende en dessous de 0 °C et on empêche l'apparition 3039867 8 du phénomène de condensation. Dès lors, on préserve la qualité du contact des rouleaux 34 et les propriétés de la graisse. En outre, cet exemple de réalisation est avantageux en ce qu'il permet d'utiliser une seule unité de contrôle et une seule source de puissance électrique 5 pour des moyens de chauffage par induction incorporés sur différentes boîtes de palier d'un même bogie, voire sur toutes les boîtes de palier incorporées sur les différents bogies du véhicule ferroviaire. On a représenté sur la figure 3 un second exemple de réalisation d'une boîte 60 de palier selon l'invention. Les éléments de 10 la boîte 60 de palier identiques à ceux de la boîte 2 de palier décrite précédemment portent les mêmes références. La boîte 60 comprend un dispositif de génération d'énergie électrique 64 intégré. Le dispositif 64 comprend une tige bobinée 66 et un aimant 68 cylindrique. La tige bobinée 66 est montée rotative à l'intérieur de l'aimant 68. La tige 15 bobinée 66 est entraînée en rotation par l'essieu 8. L'aimant 68 est maintenu immobile par rapport à la boîte 60 de palier. La boîte 60 comprend ici un couvercle 62 de forme tubulaire interposé axialement entre le carter 6 et le dispositif 64. La boîte 60 comprend par ailleurs une batterie électrique (non 20 représentée) reliée aux extrémités du fil électrique constituant le bobinage de la tige 66. La batterie électrique est par ailleurs capable d'alimenter en énergie électrique le fil électrique 46. De préférence, la batterie électrique est incorporée entre le roulement 16 et le dispositif de génération 64, par exemple à l'intérieur du couvercle 62. 25 La boîte 60 de palier comprend encore une unité de contrôle de la température (non représentée) intégrée. L'unité de contrôle de la température connaît la température de la graisse présente dans l'espace de roulement 21 au moyen du capteur 50. L'unité de contrôle est reliée à la batterie électrique de manière à connaître son état de charge. 30 Enfin, l'unité de contrôle comprend des moyens matériels et logiciels pour piloter la génération d'un courant électrique dans le fil 46 par la batterie électrique, lorsque la température de la graisse est inférieure à 0 °C. De préférence, l'unité de contrôle de la température est disposée 3039867 9 entre le roulement 16 et le dispositif de génération 64, par exemple à l'intérieur du couvercle 62. De cette manière, lorsque le véhicule ferroviaire est en mouvement, la tige bobinée 66 est entraînée en rotation par l'essieu 8, 5 par rapport à l'aimant 68. Cette rotation génère de l'énergie électrique au sein du bobinage de la tige 66. Cette énergie est transmise et accumulée par la batterie électrique. Lorsque la température de la graisse dans l'espace de roulement 21 descend en dessous de 0 °C, l'unité de contrôle de la température commande la génération d'un 10 courant électrique dans le fil 46 par la batterie électrique. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif de génération d'énergie électrique 64 est réalisé au moyen d'une tige bobinée montée rotative dans un aimant cylindrique. D'autres dispositifs de génération d'énergie électrique peuvent être appropriés, comme par exemple une 15 machine dynamoélectrique classique ou tout autre type de génératrice électrique à partir d'un mouvement mécanique de rotation. Ainsi, comme pour le premier exemple de réalisation, une boîte de palier réalisée selon cet exemple empêche grâce à l'effet d'induction que la température au sein de l'espace de roulement 20 descende à des températures trop faibles. On préserve ainsi le palier rotatif d'une usure prématurée, sans nécessiter d'incorporer la source de puissance électrique et l'unité de contrôle de la température à l'extérieur de la boîte de palier. Il en résulte un encombrement limité et une plus grande facilité des opérations de montage et de démontage 25 de la boîte de palier par rapport au bogie. Les pertes d'énergie électrique sont limitées et la fiabilité du contrôle de la température améliorée par la plus faible longueur de fil électrique entre la source de puissance électrique et le moyen de chauffage, et par le fait qu'aucun fil électrique ne sorte de la boîte de palier. 30 Dans ces deux exemples de réalisation, le choix de bobinages dirigés parallèlement selon l'axe de la boîte de palier et répartis circonférentiellement autour dudit axe est avantageux notamment en ce qu'il permet un chauffage homogène et rapide de l'espace de roulement et de la graisse qui y est contenue, pour un encombrement 3039867 10 limité. Par ailleurs, le contact direct entre la bague extérieure et le carter améliore encore la rapidité du chauffage par conduction. Par l'effet d'induction, les variations de la température au sein du palier rotatif sont limitées et on évite ainsi une usure prématurée du 5 palier. L'invention permet alors, dans le domaine des transports ferroviaires, de réduire la fréquence des opérations de maintenance tout en limitant les risques de défaillance du palier rotatif. Toutefois, il est à noter que l'invention est utilisable dans d'autres applications où des températures basses peuvent provoquer le gel du palier rotatif. 10 Par exemple, l'invention pourra être utilisée dans le domaine des transports automobiles, où on peut envisager d'incorporer un tel moyen de chauffage dans un porte-fusée ou un porte-moyeu d'un véhicule automobile. De même, l'invention peut être incorporée dans tout support de palier rotatif susceptible d'être utilisé à des 15 températures négatives. REVENDICATIONS1. Boîte de palier comportant un carter (6) et un palier (16) monté à l'intérieur d'un alésage (22) du carter (6), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un moyen de chauffage (44) par induction monté sur le carter (6) et un moyen de détection (50) de la température du palier (16). 2. Boîte de palier selon la revendication 1, dans laquelle ledit moyen de chauffage (44) s'étend axialement au moins en partie dans l'épaisseur du carter (6). 3. Boîte de palier selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le carter (6) comprend au moins un logement (42) à l'intérieur duquel est monté au moins en partie ledit moyen de chauffage (44). 4. Boîte de palier selon la revendication 3, dans laquelle le carter (6) comprend une pluralité de logements (42) répartis circonférentiellement autour du palier (16) et à l'intérieur de chacun desquels s'étend un moyen de chauffage (44). 5. Boîte de palier selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle chaque logement (42) débouche axialement sur au moins une surface frontale (9) du carter (6). 6. Boîte de palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit moyen de chauffage (44) comprend au moins un bobinage (44) s'étendant axialement. 7. Boîte de palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit moyen de détection (50) est monté sur le palier (16) ou sur le carter (6). 8. Boîte de palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une unité de contrôle de la température du palier (16) capable de piloter le fonctionnement dudit moyen de chauffage (44) en fonction de la température mesurée par le moyen de détection (50). 9. Boîte de palier selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un générateur (64) d'énergie électrique et un 3039867 12 accumulateur, l'accumulateur étant capable de stocker l'énergie électrique produite par le générateur (64) et d'alimenter ledit moyen de chauffage (44). 10. Bogie de véhicule ferroviaire, comprenant au moins un 5 essieu (8) et au moins une boîte de palier (2, 60) selon l'une quelconque des revendications précédentes.