Brevet FR3047065A1 — publié le 20170728

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des équipements pour installations, machines, véhicules ou analogues comprenant une pièce rotative ou tournante, tel qu'un arbre ou un axe, qu'il y a lieu d'étanchéifier et de repérer en rotation et/ou en position angulaire. La présente invention a pour objet un dispositif de détection angulaire pour une telle pièce, avec une protection intégrée contre les contaminants extérieurs, préférentiellement sous la forme d'un joint dynamique, ainsi qu'un carter et un palier comprenant une telle pièce et un tel dispositif associé. Dans le contexte des pièces tournantes rotatives, comme par exemple un arbre sortant d'un carter moteur ou d'un arbre porté et guidé dans un palier, l'étanchéité entre le milieu intérieur, dans lequel réside généralement un fluide lubrifiant, et le milieu extérieur est réalisé couramment par un joint statique circulaire dont au moins une lèvre souple est en appui glissant sur l'arbre. De tels joints sont par exemple connus par les documents FR 2 986 598, EP 2 895 773, EP 2 739 885 et FR 3 018 575. Néanmoins, pour aboutir à une protection satisfaisante, ces dispositifs de joints connus doivent être associés à des éléments d'étanchéité ou des moyens de protection complémentaires en vue de protéger le passage d'arbre et le joint d'étanchéité en place (étanchéité pour les fluides intérieurs) contre les contaminants extérieurs (eau, boue, poussières, ...) A titre d'exemples, on peut citer les lèvres pare-poussières (sans contact, mais présence d'un interstice laissant passer les contaminants près de la surface de l'arbre), les joints à lèvres labyrinthe, généralement en fibres non-tissées (en contact avec l'arbre tournant, donc pertes par frottements). On connait également des moyens formant ventilateur ou soufflante, sous la forme d'ailettes montées sur l'arbre rotatif, pour repousser les contaminants en créant un flux d'air de refoulement (voir par 30 exemple : GB 2123498, CN 202469005). Dans les différents cas précités, il s'agit de structures supplémentaires spécifiques, entraînant un coût, un encombrement, un poids et une complexité constructive additionnels. 3047065 - 2 - D'autre part, on connaît des dispositifs de détection de position angulaire destinés à repérer la position et/ou le mouvement en rotation d'un arbre, axe ou pièce rotative analogue. Par leur structure et leur présence (voir par exemple 5 US 6 305 353), ces dispositifs de détection, qui comprennent généralement un corps annulaire monté sur l'arbre et une structure ou un logement circulaire circonférentiel portant le(s) capteur(s), forment eux-mêmes un écran de protection contre les contaminants lorsqu'ils sont disposés dans l'ouverture ou à proximité immédiate du joint d'étanchéité déjà présent. 10 Cette fonction de protection peut être renforcée par la mise en place d'un moyen d'étanchéité périphérique entre les deux corps en mouvement rotatif l'un par rapport à l'autre. Toutefois cette solution n'est pas satisfaisante et entraîne des pertes non négligeables liées aux frottements. La présente invention a pour but de proposer une solution 15 d'étanchéité supplémentaire en relation avec un dispositif de détection angulaire, sans mise en oeuvre d'un moyen additionnel. A cet effet, l'invention a pour objet un premier corps mobile de forme générale annulaire, monté rigidement sur une pièce rotative, par exemple du type arbre ou analogue, avec une direction axiale et comportant 20 des dents et/ou des éléments détectables similaires répartie(s) selon un arrangement ordonné sur la circonférence dudit corps annulaire et, d'autre part, un second corps fixe définissant une structure à ouverture circulaire autour et/ou en regard du premier corps annulaire mobile, ce second corps portant avantageusement un ou des capteur(s) apte (s) à détecter 25 individuellement les dents et/ou les éléments similaires du premier corps mobile lors de leur positionnement ou passage au niveau d'un emplacement déterminé et à générer un signal informatif correspondant, lesdits premier et second corps délimitant entre eux un passage en forme de fente ou d'interstice circonférentiel(le), éventuellement avec une constitution labyrinthique ou à chicane(s) dispositif caractérisé en ce que le premier corps mobile et/ou le second corps fixe comporte(nt) une ou plusieurs formation(s), éventuellement mutuellement coopérantes, en creux et/ou en saillie, apte(s) et destinée(s) à générer un flux d'air créant un joint dynamique circonférentiel au niveau du passage ou de l'interstice lors de la rotation de la pièce rotative, par coopération entre les deux corps. 3047065 - 3 - L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : 5 la figure 1 est une vue en élévation frontale dans la direction axiale de la pièce rotative (arbre), d'un dispositif de détection angulaire selon l'invention ; la figure 2 est une coupe selon A-A, vue partiellement en perspective, du dispositif représenté figure 1, l'arbre étant enlevé ; 10 la figure 3A est une vue en perspective du dispositif représenté figure 1, en accord avec un premier mode de réalisation du second corps fixe, les deux corps constitutifs étant séparés ; les figures 3B et 3C sont des vues partielles en perspective de deux portions différentes du second corps fixe représenté figure 3A ; 15 les figures 4A, 4B et 4C sont des vues partielles en perspective de trois variantes d'un premier mode de réalisation du premier corps mobile annulaire faisant partie du dispositif représenté figures 1 et 3A ; les figures 5A et 5B sont des vues respectivement en perspective et en coupe (élévation) d'un premier corps annulaire mobile, 20 selon un second mode de réalisation de l'invention, et, la figure 6 est une vue en coupe et en perspective d'un second corps fixe selon un second mode de réalisation de l'invention. Les figures 1, 2 et 3A montrent un dispositif 1 de détection angulaire comprenant, d'une part, un premier corps mobile 2 de forme 25 générale annulaire, monté rigidement sur une pièce rotative, par exemple du type arbre, axe ou analogue (non spécifiquement représentée), avec une direction axiale X, et comportant des dents et/ou des éléments détectables similaires 4 répartie(s) selon un arrangement ordonné sur la circonférence dudit corps annulaire 2 et, d'autre part, un second corps fixe 5 définissant 30 une structure à ouverture circulaire 5' autour et/ou en regard du premier corps annulaire mobile 2. Ce second corps 5 porte avantageusement un ou des capteur(s) 5" apte (s), d'une part, à détecter individuellement les dents et/ou les éléments similaires 4 du premier corps mobile 2 lors de leur positionnement ou passage au niveau d'un emplacement déterminé et, 35 d'autre part, à générer un signal informatif correspondant. Lesdits premier et second corps 2 et 5 délimitent entre eux un passage en forme de fente ou 3047065 - 4 - d'interstice circonférentiel(le) 6, éventuellement avec une constitution labyrinthique ou à chicane(s). Conformément à l'invention, le premier corps mobile et/ou le second corps fixe 5 comporte(nt) une ou plusieurs formation(s) 7, 7', 5 éventuellement mutuellement coopérantes, en creux et/ou en saillie, apte(s) et destinée(s) à générer un flux d'air FA créant un joint dynamique circonférentiel au niveau du passage ou de l'interstice 6 lors de la rotation de la pièce rotative 3, ce par coopération entre les deux corps 2 et 5. Ainsi l'invention propose un dispositif 1 intégrant des moyens 10 pour créer un joint dynamique entre les deux corps 2 et 5, ce sans établissement d'un quelconque contact, sans nécessiter de moyens additionnels séparés, sans modification constructive notable et sans influencer la fonction de détection angulaire. Le flux d'air FA, généré avantageusement à l'intérieur du 15 passage 6, est éjecté du côté du dispositif 1 opposé à la face tournée vers la portion d'arbre ou d'axe 3 à étanchéifier. Cette éjection se fait radialement vers l'extérieur avec un angle plus ou moins incliné (entre 0° et 90°) par rapport à la direction axiale X, en fonction de la conformation des pièces 2 et 5 et du passage 6. 20 Préférentiellement, et comme le montrent les figures 2, 3B, 3C et 6, le second corps fixe 5 forme déflecteur directionnel, concentrateur et/ou amplificateur pour le flux d'air généré par la rotation du premier corps mobile 2 annulaire pourvu de formations 7 fournissant des surfaces d'entraînement d'air, telles que des pales, des ailettes, des aubes ou 25 analogues. Ainsi, des formations additionnelles spécifiques 7 du premier corps 2 génèrent le flux d'air FA et la configuration du volume entre les deux corps 2 et 5 contribue à sa conformation et à son guidage. Ledit volume interstitiel constitue de ce fait une zone d'obstruction dynamique à tout passage de poussière ou d'agent polluant dans le sens opposé à celui 30 dudit flux d'air FA. En accord avec une construction avantageuse de l'invention, permettant notamment d'aboutir à un passage 6 à chicanes entre les deux corps 2 et 5, le second corps fixe 5 comporte au moins une première paroi 8 à extension axiale entourant le premier corps mobile annulaire 2 et au 35 moins une seconde paroi 8' s'étendant radialement vers l'intérieur à partir de la première paroi entourante extérieure 8, ce au moins partiellement en regard dudit premier corps mobile annulaire 2. 3047065 - 5 - Selon une caractéristique importante de l'invention, ressortant à titre d'exemple des figures 3 et 6, le second corps fixe 5 présente au niveau d'une paroi circulaire à extension axiale 8, entourant le premier corps mobile annulaire 2, une ou des formation(s) 7' en relief ou en creux à 5 configuration hélicoïdale, comprenant soit une unique spire 9 s'étendant sur tout le pourtour intérieur de ladite paroi circulaire 8, soit une pluralité de portions de spires successives 9' réparties sur le pourtour intérieur de ladite paroi 8. Chacune de ces solutions constructives permet de générer des 10 joints dynamiques gazeux avec chacun des caractéristiques spécifiques, en particulier des actions de refoulement par création d'un vortex, d'un tourbillon autour de l'arbre 2. Avantageusement, le second corps fixe 5 comporte au moins un joint matériel d'étanchéité 10 destiné à coopérer avec le premier corps 15 mobile annulaire 2 pour étanchéifier le passage en forme de fente ou d'interstice circonférentiel(le) 6 entre les deux corps 2 et 5, préférentiellement son extrémité opposée à son ouverture d'éjection du flux gazeux FA. Dans la pratique, le joint d'étanchéité 10 peut être très 20 avantageusement monté sur le contour intérieur de la seconde paroi à extension radiale 8' en forme de plaque annulaire, éventuellement au niveau du bord libre d'une aile axiale 8" prolongeant ladite seconde paroi 8'. Dans ce dernier cas, ressortant de la figure 3C par exemple, les parois 8 et 8' et l'aile 8" forment ensemble, en coupe, une section en C. 25 Lorsque le premier corps mobile annulaire 2 présente également en coupe une section en C, les deux corps 2 et 5 peuvent être montés de manière mutuellement imbriquée (l'aile supérieure d'un C s'étendant entre les deux ailes de l'autre C), constituant ainsi un passage 6 à plusieurs chicanes. 30 Selon une autre caractéristique de l'invention, ressortant des figures 3C et 6 notamment, le second corps fixe 5, à ouverture circulaire 5' coopérante avec le premier corps mobile annulaire 2, définit une rainure annulaire circonférentielle 11 apte à canaliser le flux d'air FA généré par la rotation dudit premier corps mobile annulaire 2. 35 La ou les formation(s) 7' peut(vent) être formée(s) dans la paroi latérale extérieure de cette rainure 11, dans laquelle peut circuler la partie du corps mobile annulaire 2 pourvue de dents 4 (section en C). 3047065 - 6 - Comme indiqué précédemment, il est préféré que les corps 2 et 5 présentent chacun des formations 7 et 7' respectives, coopérantes fonctionnellement entre elles pour créer le joint dynamique à flux d'air lors de la rotation de la pièce 3. 5 Conformément à un autre aspect de l'invention, et en relation avec un premier mode de réalisation non représenté, il peut être prévu que les formations 7 présentes sur le premier corps mobile annulaire 2 consistent en des dents 4 conformées aérodynamiquement pour générer, lors de la rotation dudit premier corps 2, et par coopération avec des 10 formations 7' présentes sur le second corps fixe 5, le flux d'air contrôlé FA formant joint dynamique. En accord avec un autre mode de réalisation, représenté à titre d'exemple aux figures 4A à 4C, le premier corps annulaire mobile 2 est réalisé en tôle avec au moins une paroi à extension radiale, 15 avantageusement en forme de plaque annulaire 8' et au moins une paroi à extension axiale 8, les formations 7 aptes à générer un flux d'air, réparties sur sa circonférence, consistant en des pales, aubes ou ailettes rapportées sur ou formées par crevées dans l'une au moins desdites parois 8, 8', de manière non interférentes avec les dents ou éléments détectables analogues 20 4. Lorsque les formations 7 sont rapportées, elles peuvent être réalisées par surmoulage ou solidarisation de pièces. En accord avec encore un autre mode de réalisation, représenté à titre d'exemple sur les figures 5A et 5B, le premier corps annulaire mobile 25 2 comporte une armature avec au moins une paroi à extension radiale 8', avantageusement en forme de plaque annulaire, sur laquelle les formations 7 aptes à générer un flux d'air, réparties sur sa circonférence, et consistant en des pales, des aubes ou des ailettes, sont constituées de structures en relief obtenues par surmoulage d'un matériau synthétique, éventuellement 30 simultanément avec les dents ou les éléments détectables similaires 4. Bien entendu, les différents types de formations 7, 7' décrits précédemment peuvent être combinés entre eux. L'invention concerne également un carter étanche (non représenté) dont la paroi est traversée par un arbre rotatif, un joint 35 d'étanchéité ou un arrangement de joints d'étanchéité étant montés au niveau du passage dans la paroi. 3047065 - 7 - Ce carter est caractérisé en ce qu'un dispositif 1 tel que décrit précédemment est installé à proximité de l'ouverture extérieure dudit passage de manière à fournir, en plus de la fonction de détection de position angulaire de l'arbre 3, également une fonction de protection dynamique 5 contre les contaminants extérieurs pour le passage. Enfin, l'invention porte aussi sur un palier pour arbre rotatif (non représenté), comportant un joint d'étanchéité ou un arrangement de joints d'étanchéité et auquel est associé un dispositif de détection angulaire de la position et/ou du mouvement angulaire de l'arbre rotatif, dispositif de 10 palier caractérisé en ce que le dispositif de détection angulaire est un dispositif 1 tel que mentionné et décrit ci-dessus. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers 15 éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection angulaire comprenant, d'une part, un premier corps mobile (2) de forme générale annulaire, monté rigidement sur une pièce rotative, par exemple du type arbre, axe ou analogue, avec une direction axiale, et comportant des dents et/ou des éléments détectables similaires (4) répartie(s) selon un arrangement ordonné sur la circonférence dudit corps annulaire (2) et, d'autre part, un second corps fixe (5) définissant une structure à ouverture circulaire (5') autour et/ou en regard du premier corps annulaire mobile (2), ce second corps (5) portant avantageusement un ou des capteur(s) (5") apte(s) à détecter individuellement les dents et/ou les éléments similaires (4) du premier corps mobile (2) lors de leur positionnement ou passage au niveau d'un emplacement déterminé et à générer un signal informatif correspondant, lesdits premier et second corps (2 et 5) délimitant entre eux un passage en forme de fente ou d'interstice circonférentiel(le) (6), éventuellement avec une constitution labyrinthique ou à chicane(s) dispositif (1) caractérisé en ce que le premier corps mobile (2) et/ou le second corps fixe (5) comporte(nt) une ou plusieurs formation(s) (7, 7'), éventuellement mutuellement coopérantes, en creux et/ou en saillie, apte(s) et destinée(s) à générer un flux d'air (FA) créant un joint dynamique circonférentiel au niveau du passage ou de l'interstice (6) lors de la rotation de la pièce rotative (3), par coopération entre les deux corps (2 et 5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second corps fixe (5) forme déflecteur directionnel, concentrateur et/ou amplificateur pour le flux d'air généré par la rotation du premier corps mobile (2) annulaire pourvu de formations (7) fournissant des surfaces d'entraînement d'air, telles que des pales, des ailettes, des aubes ou analogues. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le second corps fixe (5) comporte au moins une première paroi (8) à extension axiale entourant le premier corps mobile annulaire (2) et au moins une seconde paroi (8') s'étendant radialement vers l'intérieur à partir de la première paroi entourante extérieure (8), ce au moins partiellement en regard dudit premier corps mobile annulaire (2). 3047065 -9- 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second corps fixe (5) présente au niveau d'une paroi circulaire à extension axiale (8), entourant le premier corps mobile annulaire (2), une ou des formation(s) (7') en relief ou en creux à 5 configuration hélicoïdale, comprenant soit une unique spire (9) s'étendant sur tout le pourtour intérieur de ladite paroi circulaire (8), soit une pluralité de portions de spires successives (9') réparties sur le pourtour intérieur de ladite paroi (8). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 10 caractérisé en ce que le second corps fixe (5) comporte au moins un joint d'étanchéité (10) destiné à coopérer avec le premier corps mobile annulaire (2) pour étanchéifier le passage en forme de fente ou d'interstice circonférentiel(le) (6) entre les deux corps (2 et 5). 6. Dispositif selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce 15 que le joint d'étanchéité (10) est monté sur le contour intérieur de la seconde paroi à extension radiale (8') en forme de plaque annulaire, éventuellement au niveau du bord libre d'une aile axiale (8") prolongeant ladite seconde paroi (8'). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 20 caractérisé en ce que le second corps fixe (5), à ouverture circulaire (5') coopérante avec le premier corps mobile annulaire (2), définit une rainure annulaire circonférentielle (11) apte à canaliser le flux d'air (FA) généré par la rotation dudit premier corps mobile annulaire (2). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 25 caractérisé en ce que les formations (7) présentes sur le premier corps mobile annulaire (2) consistent en des dents (4) conformées aérodynamiquement pour générer, lors de la rotation dudit premier corps (2) et par coopération avec des formations (7') présentes sur le second corps fixe (5), le flux d'air contrôlé (FA) formant joint dynamique. 30 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier corps annulaire mobile (2) est réalisé en tôle avec au moins une paroi à extension radiale, avantageusement en forme de plaque annulaire (8') et au moins une paroi à extension axiale (8), les formations (7) aptes à générer un flux d'air, réparties sur sa circonférence, consistant en des pales, aubes ou ailettes rapportées sur ou formées par crevées dans l'une au moins desdites parois (8, 8'), de manière non interférentes avec les dents ou éléments détectables analogues (4). 3047065 - 10 - 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier corps annulaire mobile (2) comporte une armature avec au moins une paroi à extension radiale (8'), avantageusement en forme de plaque annulaire, sur laquelle les formations (7) aptes à générer 5 un flux d'air, réparties sur sa circonférence, et consistant en des pales, des aubes ou des ailettes, sont constituées de structures en relief obtenues par surmoulage d'un matériau synthétique, éventuellement simultanément avec les dents ou les éléments détectables similaires (4). 11. Carter étanche dont la paroi est traversée par un arbre 10 rotatif, un joint d'étanchéité ou un arrangement de joints d'étanchéité étant montés au niveau du passage dans la paroi, carter caractérisé en ce qu'un dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 est installé à proximité de l'ouverture extérieure dudit passage de manière à fournir, en plus de la fonction de 15 détection de position angulaire de l'arbre (3), également une fonction de protection dynamique contre les contaminants extérieurs pour le passage. 12. Dispositif de palier pour arbre rotatif, comportant un joint d'étanchéité ou un arrangement de joints d'étanchéité et auquel est associé un dispositif de détection angulaire de la position et/ou du mouvement 20 angulaire de l'arbre rotatif, dispositif de palier caractérisé en ce que le dispositif de détection (1) angulaire est un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.