Brevet FR3053416A1 — publié le 20180105

L'invention concerne un palier à roulement comprenant un organe extérieur et un organe intérieur pourvus chacun d'au moins une piste annulaire de roulement formant entre lesdits organes un espace de roulement dans lequel est disposée au moins une rangée de corps roulants pour permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe. De façon conventionnelle, l'espace de roulement comprend au moins un lubrifiant du roulement des corps roulants sur les pistes de roulement, notamment sous la forme d'une graisse qui enrobe les corps roulants pour pouvoir lubrifier au plus près les zones de contact desdits corps roulants sur lesdites pistes. Pour pouvoir exercer sa fonction dans le temps, notamment en restant présent dans l'espace de roulement, on utilise classiquement un lubrifiant de viscosité élevée qui remplit sensiblement tout l'espace de roulement. Toutefois, cette réalisation induit un couple résistif à l'encontre de la rotation relative des organes, notamment du fait de la présence du lubrifiant visqueux au niveau des zones de contact des corps roulants sur les pistes de roulements. En particulier, ce couple est plus important en début de rotation relative des organes puisque le lubrifiant va pouvoir se fluidifier par dissipation thermique au cours de ladite rotation. Or, notamment pour une application de montage en rotation de roue de véhicule automobile au moyen d'un palier, le couple induit, notamment au démarrage dudit véhicule, nuit à la consommation énergétique nécessaire au déplacement du véhicule, alors même que les contraintes de lubrification sont particulièrement sévères dans cette application. Pour résoudre ce problème, on connaît, notamment du document DE-102013001116, l'intégration d'un élément de chauffage dans l'espace de roulement d'un palier de roue, ledit élément étant commandé au démarrage pour, par chauffage du lubrifiant, réduire le couple de rotation. 3053416 2 Toutefois, la stratégie de chauffage envisagée par ce document utilise un élément résistif qui est disposé dans le lubrifiant pour le chauffer par conduction. Or, les lubrifiants utilisés classiquement sont de mauvais conducteurs thermiques de sorte qu'un temps de chauffage important est nécessaire pour pouvoir fluidifier 5 le lubrifiant dans la masse, notamment jusqu'aux zones de contact des corps roulants sur les pistes de roulement. En outre, les organes étant classiquement de très bons conducteurs thermiques, une part importante de l'énergie thermique apportée est dissipée au travers 10 desdits organes, ce qui réduit d'autant l'efficience énergétique du gain de couple obtenu. L'invention vise à perfectionner l'art antérieur en proposant notamment un palier à roulement comprenant un module de chauffage qui est agencé pour pouvoir 15 réduire le couple de rotation dudit palier de façon rapide et avec une efficience énergétique optimale, notamment en limitant les pertes thermiques. A cet effet, l'invention propose un palier à roulement comprenant un organe extérieur et un organe intérieur pourvus chacun d'au moins une piste annulaire 20 de roulement formant entre lesdits organes un espace de roulement, au moins une rangée de corps roulants et un lubrifiant étant disposés dans ledit espace pour permettre la rotation relative desdits organes autour d'un axe, ledit palier comprenant en outre un module de chauffage de l'espace de roulement qui est en communication avec une unité de commande, ledit module de chauffage 25 comprenant une armature qui est disposée dans l'espace de roulement en étant solidarisée à un organe, ladite armature portant un inducteur électromagnétique qui est alimenté électriquement par l'unité de commande, ledit inducteur étant agencé pour induire un chauffage par induction d'au moins un élément électriquement conducteur dudit espace de roulement. 30 D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles : 3053416 3 - la figure 1 est une représentation schématique d'un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention, montrant notamment la communication du module de chauffage avec une unité de commande ; - la figure 2 est une représentation en perspective d'un palier à roulement 5 selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une coupe longitudinale partielle du palier à roulement selon la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un module de chauffage d'un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention ; 10 - la figure 5a est une vue partielle de la figure 4, les figures 5b à 5d montrant respectivement une variante de la réalisation selon la figure 5a ; - la figure 6 est une représentation en perspective éclatée du montage d'un module de chauffage dans l'organe extérieur d'un palier à roulement selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 6a étant une vue partielle 15 agrandie en coupe longitudinale du module de chauffage de la figure 6 ; - les figures 7a et 7b sont des vues analogues aux figures 5a à 5d montrant deux autres réalisations pour un module de chauffage selon l'invention. En relation avec les figures, on décrit ci-dessous un palier à roulement 20 comprenant un organe extérieur 1 et un organe intérieur 2 pourvus chacun d'au moins une piste annulaire 1 a, 1 b ; 2a, 2b de roulement formant entre lesdits organes un espace 3 de roulement. En particulier, au moins une rangée de corps roulants 4 est disposée dans 25 l'espace 3 de roulement pour permettre la rotation relative des organes 1, 2 autour d'un axe. Dans la description, les termes « extérieur » et « intérieur » sont définis par rapport à l'axe de rotation du palier, respectivement pour une localisation éloignée et proche dudit axe. Les termes « axial » et « radial » sont également définis par rapport à l'axe, respectivement pour une direction suivant 30 cet axe et s'éloignant ou se rapprochant de lui. Dans une application particulière, le palier à roulement est destiné au montage d'un ensemble roulant de véhicule notamment automobile sur un ensemble de 3053416 4 suspension dudit véhicule, ledit ensemble roulant comprenant notamment une roue et un disque de frein. Pour ce faire, l'organe extérieur 1 est fixe et comprend un flasque 5 d'association 5 à un ensemble de suspension du véhicule, l'ensemble roulant étant destiné à être monté sur l'organe intérieur 2 tournant pour être guidé en rotation par lui. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à une telle application et peut s'appliquer à un montage dans lequel l'organe extérieur 1 est tournant et l'organe intérieur 2 est fixe. 10 En relation avec la figure 3, les organes 1, 2 sont pourvus chacun de deux pistes annulaires 1 a, lb ; 2a, 2b de roulement qui sont espacées axialement de sorte à former deux chemins dans l'espace 3 de roulement, une rangée de corps roulants 4 sous la forme de billes étant disposée dans respectivement un desdits chemins. 15 En particulier, les billes 4 de chacune des rangées sont retenues par une cage 6. Dans le mode de réalisation représenté, l'organe extérieur 1 est monobloc en présentant les deux pistes 1 a, lb de roulement de part et d'autre d'un épaulement 20 annulaire 7, l'organe intérieur 2 présentant deux bagues 8, 9 distinctes sur lesquelles respectivement une piste intérieure 2a, 2b est formée. Par ailleurs, chaque côté de l'espace 3 de roulement est délimité par un dispositif d'étanchéité 10, comprenant notamment deux armatures 10a, 10b solidarisées 25 respectivement à un organe 1, 2 en formant entre elles une chambre d'étanchéité 10c. Dans le mode de réalisation représenté, la chambre d'étanchéité 10c est équipée d'un joint 10d qui est solidaire d'une armature 10a en venant frotter sur l'autre armature 1 Ob. 30 Toutefois, l'invention n'est pas limitée à un type d'application particulier ou à un mode de réalisation du palier, en particulier relativement au nombre et à la géométrie des corps roulants 4, à la géométrie et/ou à la disposition relative des organes 1, 2, ainsi qu'à la réalisation de l'espace 3 de roulement. 3053416 5 L'espace 3 de roulement comprend un lubrifiant, notamment sous la forme d'une graisse, qui permet, notamment en lubrifiant les zones de contact des corps roulants 4 sur les pistes 1a, 1 b ; 2a, 2b de roulement, la rotation relative des 5 organes 1, 2. En particulier, la graisse remplit sensiblement l'espace 3 de roulement en étant confinée dans ledit espace au moyen des dispositifs d'étanchéité 10. Le palier comprend un module 11 de chauffage de l'espace 3 de roulement qui 10 est en communication avec une unité 12 de commande. En relation avec la figure 1, l'unité 12 de commande est dissociée mécaniquement du palier, elle pourrait toutefois être associée à l'organe fixe 1, par exemple en étant disposée à l'intérieur ou à l'extérieur de l'espace 3 de roulement en fonction des contraintes de l'application. En particulier, une connexion électrique filaire 20 est prévue 15 entre le module 11 de chauffage et l'unité 12 de commande. Le module 11 de chauffage comprend une armature 13 qui est disposée dans l'espace 3 de roulement en étant solidarisée à un organe 1, 2. Pour ce faire, l'armature 13 représentée possède une géométrie annulaire continue qui 20 présente une portée 14 de solidarisation à un organe 1, 2. En relation avec la figure 3, la portée 14 de solidarisation est formée sur la paroi extérieure de l'armature 13, ladite paroi étant frettée sur une portée 15 complémentaire de l'organe extérieur 1 qui délimite une portion de l'espace 3 de 25 roulement. Plus précisément, la portée 15 complémentaire est formée sur l'épaulement 7 afin que l'armature 13 soit solidarisée entre les pistes 1 a, 1 b de l'organe extérieur 1 pour disposer le module 11 de chauffage entre les rangées de corps roulants 4. 30 L'armature 13 porte un inducteur électromagnétique 16 qui est alimenté électriquement par l'unité 12 de commande, ledit inducteur étant agencé pour induire un chauffage par induction d'au moins un élément électriquement conducteur de l'espace 3 de roulement, notamment au moins un élément contenu 3053416 6 et/ou délimitant ledit espace de roulement. En particulier, les corps roulants 4 et les pistes 1 a, 1 b ; 2a, 2b de roulement sont réalisés à base d'un matériau électriquement conducteur, notamment en acier, pour être chauffés par l'inducteur 16. La cage 6 ainsi que les parois des organes 1, 2 qui délimitent 5 l'espace 3 de roulement peuvent également être chauffées par l'inducteur 16. Ainsi, le lubrifiant est chauffé indirectement au moyen de l'inducteur 16 qui chauffe l'environnement conducteur dudit lubrifiant, ce qui permet de s'affranchir de sa faible conductivité thermique. En particulier, le lubrifiant est ainsi fluidifié 10 thermiquement dans les zones de contact des corps roulants 4 sur les pistes 1a, 1 b ; 2a, 2b de roulement, zones où le couple de rotation est principalement causé. En outre, le chauffage des zones de contact peut être agencé pour induire une dilatation thermique qui soit également propice à une diminution du couple de rotation. 15 De façon avantageuse, l'unité 12 de commande peut être agencée pour alimenter électriquement l'inducteur électromagnétique 16 à une fréquence comprise entre 100 et 200 kHz, notamment de l'ordre de 150 kHz, par exemple avec un courant électrique de forme sinusoïdale ou quasi-sinusoïdale. En effet, cette plage de 20 fréquence permet de chauffer principalement la surface des éléments conducteurs, notamment sur une profondeur de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, sans consommer de l'énergie à chauffer inutilement le coeur desdits éléments. 25 Par ailleurs, la puissance délivrée par l'unité 12 de commande peut être avantageusement comprise entre 20 et 100 Watts pour fluidifier thermiquement le lubrifiant de façon suffisante pour obtenir un gain de couple significatif. En particulier, dans l'application automobile considérée, le couple de démarrage du véhicule peut être significativement réduit relativement à la consommation du 30 véhicule. Dans les modes de réalisation représentés, l'armature 13 porte un inducteur électromagnétique 16 qui est disposé en regard de chacune des rangées de 3053416 7 corps roulants 4, lesdits inducteurs étant notamment disposés au plus près desdites rangées. Ainsi, les zones de contact des corps roulants 4 de chacune des rangées sur les pistes 1 a, 1 b ; 2a, 2b de roulement peuvent être chauffées afin de diminuer le couple induit. 5 Selon une réalisation, l'armature 13 est réalisée à base d'un matériau ferromagnétique permettant de concentrer dans l'espace 3 de roulement le flux électromagnétique émis par l'inducteur 16. Par ailleurs, éventuellement de façon complémentaire, l'armature 13 peut être réalisée à base d'un matériau isolant 10 électriquement afin de limiter les risques de court-circuit dans ladite armature. Dans un exemple de réalisation, l'armature 13 est réalisée en ferrite frittée. S'agissant de l'inducteur électromagnétique 16, il peut comprend un bobinage d'un fil électriquement conducteur, notamment à base de cuivre, qui peut 15 avantageusement présenter une enveloppe électriquement isolante. Dans un exemple de réalisation, l'enveloppe comprend un émaillage ou un dépôt d'un polyamide, par exemple d'un polyamide 11, ladite enveloppe présentant alors également des propriétés de protection physico-chimique du fil. 20 En particulier, le bobinage de l'inducteur 16 est relié électriquement à l'unité 12 de commande pour être alimenté en courant électrique. Pour ce faire, l'organe 1 présente au moins un passage 17 dans lequel est disposé le fil 20 de connexion électrique entre l'inducteur 16 et l'unité 12 de commande. Ainsi, le courant dans le bobinage de l'inducteur 16 crée un champ magnétique qui va induire des 25 courants de Foucault dans les pièces conductrices, la dissipation thermique desdits courants dans lesdites pièces induisant leur chauffage. L'armature 13 présente au moins une portée 18 de support sur laquelle l'inducteur électromagnétique 16 est disposé. Dans les modes de réalisation 30 représentés, l'armature 13 présente de part et d'autre une portée 18 de support sur lesquelles respectivement un bobinage de l'inducteur 16 est disposé pour être en regard de respectivement une rangée de corps roulants 4. 3053416 8 En relation avec les figures 5a à 5d, une portée 18 de support est bordée par au moins une paroi latérale 19 en formant un logement 21 dans lequel est disposé l'inducteur électromagnétique 16. Plus précisément, la portée 18 de support s'étend sensiblement radialement en étant bordée de part et d'autre par une paroi 5 latérale 19, le logement 21 étant sous la forme d'une gorge dans laquelle la bobine de l'inducteur 16 est disposée. Sur les figures 5a et 5b, les parois latérales 19 forment un angle droit avec la portée 18 de support afin de garantir un bon maintien de l'inducteur 16 dans son 10 logement 21. En outre, les figures 5c et 5d montrent des parois latérales 19 présentant un crochet 22 de retenue de l'inducteur électromagnétique 16 dans le logement 21. Par ailleurs, le guidage du flux électromagnétique par l'armature 13 peut être 15 modulé en faisant varier notamment la géométrie du logement 21. Ainsi, au moins certaines parois latérales 19 peuvent présenter une longueur, prise dans le sens radial, qui est sensiblement égale (figures 5a à 5d) ou inférieure (figure 5b) à la hauteur, prise dans le sens axial, de l'inducteur électromagnétique 16, afin de respectivement fermer et ouvrir l'angle solide du champ magnétique. De même, 20 l'angle obtus représenté sur la figure 5c entre les parois latérales 19 et la portée 18 de support permet d'ouvrir l'angle solide du champ magnétique. Ainsi, les géométries du logement 21 et/ou de l'inducteur 16 peuvent être adaptées pour orienter le champ magnétique en le concentrant au mieux sur les 25 zones à chauffer, améliorant ainsi l'efficience énergétique. En particulier, la figure 3 montre une réalisation dans laquelle le champ magnétique de chacun des inducteurs 16 est orienté vers la rangée de corps roulants 4 à chauffer, la géométrie des logements 21 pouvant être adaptée pour que lesdits corps roulants soient contenus dans l'angle solide dudit champ. 30 Dans les modes de réalisation des figures 7a et 7b, les portées 18 de support sont inclinées par rapport à la direction radiale, ce qui, en orientant préférentiellement le champ magnétique des inducteurs 16 dans une direction 3053416 9 normale auxdites portées, permet de chauffer préférentiellement les zones de contact des corps roulants 4 respectivement sur les pistes intérieures 2a, 2b (figure 7a) et sur les pistes extérieures 1 a, lb (figure 7b). 5 En outre, les inducteurs 6 sont décalés radialement dans les logements 21 pour être respectivement éloignés (figure 7a) et rapprochés (figure 7b) de la portée 14 de solidarisation à l'organe extérieur 1, afin de rapprocher lesdits inducteurs des zones de contact qu'ils doivent préférentiellement chauffer. 10 Dans le mode de réalisation de la figure 7b dans lequel les portées 18 de support sont inclinées par rapport à la direction radiale en direction des zones de contact des corps roulants 4 sur les pistes extérieures 1 a, 1 b, le chauffage préférentiel de ces zones de contact permet, en induisant une dilatation différentielle de l'organe extérieur 1, de réduire la précharge du palier et donc de diminuer son 15 couple de rotation. En relation avec les figures 6 et 6a, on décrit ci-dessous une armature 13 qui est équipée d'un fourreau 23 de solidarisation à l'organe 1, ledit fourreau étant interposé entre ladite armature et ledit organe afin de pouvoir les isoler l'un de 20 l'autre. En particulier, le fourreau 23 peut être disposé, notamment par surmoulage ou par collage, autour de la portée 14 de solidarisation pour être en contact avec la portée complémentaire 15. Le fourreau 23 peut être réalisé à base d'un matériau élastiquement 25 compressible afin de pouvoir compenser les éventuelles variations dimensionnelles de la portée complémentaire 15, notamment sous l'effet de la température mais également des sollicitations mécaniques que le palier et le module 11 de chauffage subissent. En particulier, ce fourreau 23 peut être utilisé en relation avec une armature 13 fragile qui pourrait casser en cas de chocs sur 30 le palier et/ou lors de sa solidarisation dans l'espace 3 de roulement. En relation avec la figure 6, le fourreau 23 est équipé d'au moins une saillie, notamment sous la forme d'un pion 24, qui est disposé dans au moins une forme 3053416 10 complémentaire, notamment sous la forme d'une encoche 25, 26, formée dans la portée complémentaire 15 de l'organe 1 et/ou dans l'armature 13 pour garantir le blocage en rotation de ladite armature par rapport audit organe. De façon avantageuse, l'armature 13 peut présenter, notamment au niveau de sa portée 5 14, des encoches 26 formant avec les encoches 25 de l'organe 1 des logements dans lesquels les pions 24 immobilisent l'armature 13 et son fourreau 23 en rotation par rapport à l'organe 1. En particulier, les pions 24 peuvent être dépendants du fourreau 23, par exemple 10 en étant venus de matière avec ledit fourreau ou en étant surmoulés dans le corps dudit fourreau. En variante, des pions 24 peuvent être indépendants du fourreau 23, par exemple en étant rapportés à l'interface entre le fourreau 23 et la portée complémentaire 15. De façon avantageuse, le matériau constituant les pions 24 peut être différent de celui du corps du fourreau 23. 15 En outre, éventuellement de façon complémentaire, le fourreau 23 peut être isolant électriquement et/ou thermiquement pour limiter les fuites électriques et/ou thermiques au travers du palier. 20 REVENDICATIONS1. Palier à roulement comprenant un organe extérieur (1) et un organe intérieur (2) pourvus chacun d'au moins une piste annulaire (1a, 1 b ; 2a, 2b) de roulement formant entre lesdits organes un espace (3) de roulement, au moins une rangée de corps roulants (4) et un lubrifiant étant disposés dans ledit espace pour permettre la rotation relative desdits organes (1, 2) autour d'un axe, ledit palier comprenant en outre un module (11) de chauffage de l'espace (3) de roulement qui est en communication avec une unité (12) de commande, ledit palier étant caractérisé en ce que le module (11) de chauffage comprend une armature (13) qui est disposée dans l'espace (3) de roulement en étant solidarisée à un organe (1, 2), ladite armature portant un inducteur électromagnétique (16) qui est alimenté électriquement par l'unité (12) de commande, ledit inducteur étant agencé pour induire un chauffage par induction d'au moins un élément électriquement conducteur dudit espace de roulement. 2. Palier à roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature (13) est réalisée à base d'un matériau ferromagnétique permettant de concentrer dans l'espace (3) de roulement le flux électromagnétique émis par l'inducteur (16). 3. Palier à roulement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'armature (13) est réalisée à base d'un matériau isolant électriquement. 4. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'inducteur électromagnétique (16) comprend un bobinage d'un fil électriquement conducteur. 5. Palier à roulement selon la revendication 4, caractérisé en ce que le fil présente une enveloppe électriquement isolante. 3053416 12 6. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'armature (13) possède une géométrie annulaire qui présente une portée (14) de solidarisation à l'organe (1, 2) et au moins une portée (18) de support sur laquelle l'inducteur électromagnétique (16) est disposé. 5 7. Palier à roulement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une portée (18) de support est bordée par au moins une paroi latérale (19) en formant un logement (21) dans lequel est disposé l'inducteur électromagnétique (16). 10 8. Palier à roulement selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une paroi latérale (19) forme un angle droit ou un angle obtus avec la portée (18) de support qui s'étend sensiblement radialement. 9. Palier à roulement selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce 15 qu'une paroi latérale (19) présente un crochet (22) de retenue de l'inducteur électromagnétique (16) dans le logement (21). 10. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'une paroi latérale (19) présente une longueur qui est 20 sensiblement égale ou inférieure à la hauteur de l'inducteur électromagnétique (16). 11. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les portées (18) de support sont inclinées, notamment en 25 direction des zones de contact des corps roulants (4) sur les pistes extérieures (1a, 1 b). 12. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'armature (13) est équipée d'un fourreau (23) de 30 solidarisation à l'organe (1, 2), ledit fourreau étant interposé entre ladite armature et ledit organe en étant réalisé à base d'un matériau élastiquement compressible et/ou isolant. 3053416 13 13. Palier à roulement selon la revendication 12, caractérisé en ce que le fourreau (23) est équipé d'au moins une saillie (24) qui est disposée dans au moins une forme complémentaire (25, 26) de l'organe (1, 2) et/ou de l'armature (13) pour garantir le blocage en rotation de ladite armature par rapport audit 5 organe. 14. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les organes (1, 2) sont pourvus chacun de deux pistes annulaires (1a, 1 b ; 2a, 2b) de roulement qui sont espacées axialement de sorte 10 à former deux chemins dans l'espace (3) de roulement, une rangée de corps roulants (4) étant disposée dans respectivement un desdits chemins, l'armature (13) étant solidarisée entre les pistes (1a, 1 b) d'un organe (1) pour disposer le module (11) de chauffage entre lesdites rangées de corps roulants (4), ladite armature (13) portant un inducteur électromagnétique (16) qui est disposé en 15 regard de chacune desdites rangées. 15. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'organe (1) auquel est solidarisée l'armature (13) présente au moins un passage (17) dans lequel est disposé une connexion électrique (20) 20 entre l'inducteur électromagnétique (16) et l'unité (12) de commande. 16. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'unité (12) de commande est agencée pour alimenter électriquement l'inducteur électromagnétique (16) à une fréquence comprise 25 entre 100 et 200 kHz pour une puissance comprise entre 20 et 100 Watts. 17. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les corps roulants (4) et les pistes de roulement (1a, 1 b ; 2a, 2b) sont réalisés à base d'un matériau électriquement conducteur pour être 30 chauffés par l'inducteur électromagnétique (16).