Brevet FR3085451A1 — publié le 20200306

Accouplement en rotation La présente invention se rapporte à un accouplement, apte à être disposé entre un arbre rotatif menant et un arbre rotatif mené de manière à transmettre le mouvement de rotation de l'arbre menant à l'arbre mené et/ou réciproquement. Dans le domaine des accouplements en rotation, il est connu de nombreux modèles. L'application plus particulièrement visée par l'invention est un couplage en rotation entre un actionneur de type moteur électrique et une vanne disposée sur une canalisation de gaz d'échappement. La vanne, de type à volet, passe d'une orientation ouverte à une orientation fermée et réciproquement par une rotation alternative selon un quart de tour. La vanne, du fait de sa fonction, se trouve en milieu chaud. Cette chaleur est préjudiciable pour l'actionneur. Aussi l'accouplement doit être tel qu'il transmette au minimum cette chaleur à l'actionneur. L'actionneur commande la vanne selon des sens souvent alternés. Aussi l'accouplement doit présenter une bonne rigidité en torsion et de préférence une absence de jeu au changement de sens de rotation. Un grand nombre de vannes présente en entrée un palier qui doit être comprimé axialement afin de garantir l'étanchéité de la vanne. Aussi, l'accouplement est avantageusement monté entre l'arbre menant et l'arbre mené de manière à produire une contrainte axiale, afin de garantir qu'un effort reste appliqué axialement sur l'arbre de la vanne et sur le palier. Il existe des accouplements qui répondent à ces contraintes. Le principal inconvénient de ces accouplements est d'être la propriété de concurrents. Aussi il est recherché un accouplement en rotation qui présente un principe différent. L'invention a pour objet un accouplement en rotation autour d'un axe comprenant : un moyen élastique, élastique en torsion autour de l'axe et élastique axialement selon l'axe, un premier moyen d'accouplement en rotation autour de l'axe solidaire en rotation d'une première extrémité, relativement à l'axe, du moyen élastique, un deuxième moyen d'accouplement en rotation autour de l'axe solidaire en rotation d'une deuxième extrémité, relativement à l'axe, du moyen élastique, ladite deuxième extrémité étant opposée à la première extrémité, où le moyen élastique est un ressort à boudin réalisé par enroulement d'un élément métallique, le premier moyen d'accouplement est réalisé de matière avec le moyen élastique en prolongeant la première extrémité par un segment rectiligne aligné avec l'axe et le deuxième moyen d'accouplement est réalisé de matière avec le moyen élastique en prolongeant la deuxième extrémité par un segment rectiligne aligné avec l'axe. 2 Selon une autre caractéristique, le moyen élastique comprend un nombre de spire compris entre 0,5 et 2. Selon une autre caractéristique, l'élément métallique est creux. Selon une autre caractéristique, le moyen élastique présente une section 5 d'étendue radiale, relativement à l'axe, supérieure à son étendue axiale, relativement à l'axe. Selon une autre caractéristique, ladite section est sensiblement rectangulaire de côté aligné avec l'axe. Selon une autre caractéristique, ladite section est obtenue par écrasement axial de 10 l'élément métallique. Selon une autre caractéristique, au moins un moyen d'accouplement présente une section prismatique, préférentiellement non circulaire. L'invention concerne encore un ensemble comprenant un actionneur rotatif et une vanne, où l'actionneur rotatif est accouplé à la vanne via un tel accouplement. 15 L'invention concerne encore une ligne d'échappement comprenant un tel ensemble. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des 20 dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective cavalière d'un mode de réalisation d'un accouplement selon l'invention. L'invention concerne un accouplement 10 en rotation. Tel qu'illustré à la figure 1 25 selon un mode de réalisation possible, un tel accouplement 10 est destiné à être disposé entre deux arbres rotatifs sensiblement en regard, de manière à transmettre tout mouvement rotatif d'un arbre vers l'autre et réciproquement et ce dans les deux sens de rotation. Un tel accouplement comprend un moyen élastique 2, élastique en torsion autour 30 de l'axe A et élastique axialement selon l'axe A. Il comprend encore un premier moyen d'accouplement 1 en rotation autour de l'axe A solidaire en rotation d'une première extrémité 5, relativement à l'axe A, du moyen élastique 2 et un deuxième moyen d'accouplement 4 en rotation autour de l'axe A solidaire en rotation d'une deuxième extrémité 3, relativement à l'axe A, du moyen élastique 2, ladite deuxième extrémité 3 35 étant opposée à la première extrémité 5. Ainsi l'accouplement 10 présente à chacune de 3 ses extrémités un moyen d'accouplement 1, 4 permettant de l'interfacer avec un arbre rotatif. Selon une caractéristique, le moyen élastique 2 est un ressort à boudin réalisé par enroulement d'un élément métallique. Ledit élément métallique est prolongé au niveau de 5 sa première extrémité 5 par un segment rectiligne aligné avec l'axe A, de manière à former, de matière, le premier moyen d'accouplement 1. De même, ledit élément métallique est prolongé au niveau de sa deuxième extrémité 3 par un segment rectiligne aligné avec l'axe A, de manière à former, de matière le deuxième moyen d'accouplement 4. 10 Ceci permet avantageusement de réaliser, simplement et à faible coût, un accouplement en rotation, présentant une certaine élasticité axiale et une certaine élasticité en torsion, en une seule pièce. Ce mode de réalisation conduit à une section faible et de plus déportée relativement aux axes de rotation de l'arbre mené ou de l'arbre menant. Une telle 15 disposition est avantageuse en ce qu'elle limite grandement les transferts thermiques, typiquement de la vanne vers l'actionneur. Tel que décrit précédemment, la partie centrale de l'accouplement 10, soit le moyen élastique 2 privé des segment extrémaux formant les moyens d'accouplement 1, 4, est conformée comme un ressort à boudin. Afin d'obtenir la raideur souhaitée, le moyen 20 élastique 2, et plus particulièrement ladite partie centrale, comprend un nombre de spire compris entre 0,5 et 2. Selon une autre caractéristique, l'élément métallique à partir duquel est réalisé l'enroulement des spires est creux. Cette caractéristique est avantageuse en ce qu'elle permet, à caractéristiques mécaniques identiques, notamment les élasticités, de réduire la 25 masse de l'accouplement 10. Selon une autre caractéristique, le moyen élastique 2 présente, principalement au niveau des spires de la partie centrale, une section dont l'étendue radiale est supérieure à l'étendue axiale. Les termes axial et radial s'entendent ici, relativement à l'axe A : axial désigne une direction parallèle à l'axe A tandis que radial désigne une direction située 30 dans un plan perpendiculaire à l'axe A et sécante à l'axe A. Une telle caractéristique permet de conférer au moyen élastique 2, au moins dans la partie où la section présente la caractéristique, une raideur en torsion relativement augmentée et une raideur axiale au contraire relativement réduite. Ainsi, relativement à un fil métallique de section circulaire, classiquement utilisé pour réaliser un ressort à boudin, le moyen élastique 2 obtenu 35 présente une raideur en torsion augmentée et au contraire une raideur axiale diminuée. 4 De manière indicative, l'élasticité en torsion du moyen élastique 2 de l'accouplement 10 est comprise entre 0,5 et 1,5 '/N-n, préférentiellement comprise entre 0,8 et 1,2 °/Nm et encore préférentiellement égaleà 1 °/Nm. Selon un mode de réalisation de la caractéristique précédente, ladite section de 5 l'élément métallique est sensiblement rectangulaire de côté aligné avec l'axe A. Il se déduit que lorsque les deux précédentes caractéristiques sont combinées, le petit côté du rectangle est aligné avec l'axe A. Selon un mode de réalisation, une telle caractéristique est obtenue par écrasement axial de l'élément métallique. Ici encore, axial désigne une direction parallèle 10 à l'axe A. L'écrasement peut être réalisé à partir d'une section quelconque. Cependant une section creuse est avantageuse en ce qu'elle facilite l'écrasement. Une section creuse pourrait être préjudiciable en ce qu'elle forme une canalisation entre l'environnement de l'arbre mené et l'environnement de l'arbre menant. Ceci peut de 15 manière préjudiciable transporter des gaz d'échappements. Aussi un écrasement, même sur une partie limitée rend le moyen élastique 2 étanche aux gaz et résout cet inconvénient. Selon une autre caractéristique, au moins un moyen d'accouplement 1, 4 présente une section prismatique, préférentiellement non circulaire. On entend ici par prismatique 20 une section se déduisant par translation. Cette translation est avantageusement rectiligne et encore avantageusement selon l'axe A. Ceci permet d'introduire ledit moyen d'accouplement 1, 4 dans un logement creux complémentaire disposé sur l'arbre menant ou mené. Une section circulaire est possible, mais nécessite un serrage ou un clavetage additionnel. La non circularité permet, per se, de former un clavetage s'opposant à la 25 rotation. L'élasticité axiale du moyen élastique 2 est avantageuse à plusieurs titres. Selon un premier avantage, le moyen élastique 2, pour peu qu'il soit comprimé lors du montage entre les deux arbres, ce dont on s'assure en dimensionnant de manière adéquate la distance entre les extrémités respectives des deux arbres, inférieure à la longueur au 30 repos selon l'axe de rotation A du moyen élastique 2, crée un effort axial tendant à repousser chacun des moyens d'accouplement 1, 4 et ainsi chacun des arbres. Cet effort est avantageux en ce qu'il permet un rattrapage automatique de jeu axial en cas de variation de la distance entre les extrémités respectives des deux arbres. Cette absence de jeu est avantageuse en ce qu'elle évite tout choc entre les différentes pièces, 35 cause de bruit, de matage et de risque de détérioration des pièces. 5 Cet effort axial contribue encore à maintenir un accouplement 10 en place entre les deux arbres. Cet effort axial est encore avantageux en ce qu'il permet d'appliquer un effort axial, pouvant être fonctionnellement nécessaire pour un des dispositifs solidaires de 5 l'arbre menant ou mené, tel que certains types de vanne, afin d'assurer leur étanchéité. Cet effort est encore avantageux en ce qu'il permet lors du montage de l'accouplement entre les extrémités respectives des deux arbres, de réaliser un indexage en rotation automatique. L'accouplement peut être mis en place entre les deux arbres « en aveugle », sans observer une orientation particulière. Chaque moyen 10 d'accouplement 1, 4 est mis en contact avec une extrémité d'arbre, sans que le moyen d'accouplement 1, 4 ne soit nécessairement engagé avec le moyen complémentaire correspondant de l'arbre en regard. Ceci conduit à une distance réduite entre les deux extrémités, telle que disponible pour l'accouplement. L'élasticité du moyen élastique 2 permet avantageusement d'absorber cette réduction. Dans le même temps, la 15 compression augmentée du moyen élastique 2 augmente l'effort axial et presse davantage chacun des moyens d'accouplement 1, 4 contre l'extrémité d'arbre en regard. Ainsi, lorsque l'arbre menant effectue ensuite une rotation initiale, il tourne sans nécessairement entraîner le moyen d'accouplement en regard, et ce jusqu'à orienter le moyen d'accouplement en regard du moyen complémentaire. Sous l'effet dudit effort 20 axial, le moyen d'accouplement 1, 4 et le moyen complémentaire s'embrayent l'un dans l'autre. Ceci se produit encore de manière similaire avec le deuxième moyen d'accouplement et le moyen complémentaire de l'arbre mené. Ainsi une rotation initiale, de plus d'un demi-tour, pour un accouplement 10 présentant une symétrie modulo 180°, dans un sens, puis dans le sens opposé, assure un embrayage automatique des deux 25 moyens d'accouplement 1, 4 aux deux extrémités de l'accouplement 10 et une solidarisation en rotation. Avec une symétrie des accouplements modulo un angle plus faible 90°, 60° ou 45°, l'amplitude de la rotatiohnitiale est réduite d'autant. Alternativement ou complémentairement, ledit assemblage peut encore être réalisé en appliquant au moyen élastique 2 une précontrainte de torsion. Cette 30 précontrainte de torsion permet avantageusement de réaliser un rattrapage de jeu automatique en rotation. Cette annulation du jeu assure encore qu'aucune hystérésis angulaire n'apparaît, du fait de l'accouplement, lors d'un changement de sens de rotation. L'élasticité en torsion offre une certaine résilience qui peut s'avérer avantageuse en cas de blocage de l'arbre mené ou menant. Le sens de la précontrainte de torsion peut 35 être quelconque parmi les deux choix possibles. Dans le cas d'application à une vanne, de manière préférentielle, le sens de la précontrainte est choisi de manière à ce que la 6 plus grande compliance soit rencontrée lors de l'atteinte, par la vanne, de sa butée de fermeture. La précontrainte en torsion permet encore en évitant un mouvement relatif, d'éviter des chocs vibratoires, sources de bruit et de potentielles détériorations. 5 L'invention concerne encore un ensemble comprenant un actionneur rotatif et une vanne, où l'actionneur rotatif est accouplé à la vanne via un accouplement selon l'un des modes de réalisation décrits précédemment. L'invention concerne encore une ligne d'échappement comprenant un tel ensemble, la vanne étant une vanne de recirculation des gaz d'échappement (en REVENDICATIONS1.- Accouplement (10) en rotation autour d'un axe (A) comprenant : - un moyen élastique (2), élastique en torsion autour de l'axe (A) et élastique axialement selon l'axe (A), - un premier moyen d'accouplement (1) en rotation autour de l'axe (A) solidaire en rotation d'une première extrémité (5), relativement à l'axe (A), du moyen élastique (2), - un deuxième moyen d'accouplement (4) en rotation autour de l'axe (A) solidaire en rotation d'une deuxième extrémité (3), relativement à l'axe (A), du moyen élastique (2), ladite deuxième extrémité (3) étant opposée à la première extrémité (5), caractérisé en ce que le moyen élastique (2) est un ressort à boudin réalisé par enroulement d'un élément métallique, le premier moyen d'accouplement (1) est réalisé de matière avec le moyen élastique (2) en prolongeant la première extrémité (5) par un segment rectiligne aligné avec l'axe (A) et le deuxième moyen d'accouplement (4) est réalisé de matière avec le moyen élastique (2) en prolongeant la deuxième extrémité (3) par un segment rectiligne aligné avec l'axe (A). 2.- Accouplement (10) selon la revendication 1, où le moyen élastique (2) comprend un nombre de spire compris entre 0,5 et 2. 3.- Accouplement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, où l'élément métallique est creux. 4.- Accouplement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, où le moyen élastique (2) présente une section d'étendue radiale, relativement à l'axe (A), supérieure à son étendue axiale, relativement à l'axe (A). 5.- Accouplement (10) selon la revendication 4, où ladite section est sensiblement rectangulaire de côté aligné avec l'axe (A). 6.- Accouplement (10) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, où ladite section est obtenue par écrasement axial de l'élément métallique. 7.- Accouplement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, où au moins un moyen d'accouplement (1, 4) présente une section prismatique, préférentiellement non circulaire. 8.- Ensemble comprenant un actionneur rotatif et une vanne, caractérisé en ce 8 que l'actionneur rotatif est accouplé à la vanne via un accouplement (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9.- Ligne d'échappement comprenant un ensemble selon la revendication 5 précédente. 10