Brevet FR3090707A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Engin à tourelle présentant un système amélioré de mise en rotation de la tourelle. Domaine technique [0001] Le présent exposé concerne le domaine des engins à tourelle rotative, tels que notamment les pelles mécaniques, nacelles élévatrices, bras manipulateurs et autres engins de chantier ou de manutention. Technique antérieure [0002] Les engins à tourelle rotative tels que les pelleteuses ou grues sont communément employés notamment pour la réalisation de travaux ou d'opérations de manutention. On trouve également des montages similaires sur toutes sortes de machines, véhicules et engins, tels que des machines à roues manipulatrices de charges, des grues embarquées sur des camions de transport, mais aussi des machines posées sur pieds telles que des grues. Ces engins nécessitent un système d'entrainement dédié afin d'assurer la mise en rotation de la tourelle par rapport au châssis. La rotation doit répondre à des critères spécifiques en termes de précision et de robustesse. Les systèmes connus comprennent communément une couronne dentée engrenant avec un pignon, le pignon étant entrain en rotation par un moteur. La figure 1 représente un exemple de tel système connu, dans lequel une couronne dentée 1 est solidaire de l'un parmi le châssis ou la tourelle d'un engin, tandis qu'un moteur 2 couplé à un pignon 3 est solidaire de l'autre parmi le châssis ou la tourelle d'un engin. Le pignon 3 engrène avec la couronne dentée 1 afin d'entrainer en rotation la tourelle par rapport au châssis de l'engin. Le châssis et la tourelle sont guidés en rotation par un roulement qui reprend la charge de la tourelle sur le châssis. [0003] Ces structures connues sont toutefois contraignantes en termes de précision requise pour la fabrication des différents composants, notamment l'usinage de la couronne dentée qui présente un diamètre important, typiquement de l'ordre de 50cm ou plus, et également pour le positionnement relatif des dentures de la couronne et du pignon qui nécessite un usinage précis et complexe pour positionner la couronne et le moteur sur le châssis et la tourelle. [0004] Le présent exposé vise ainsi à répondre au moins partiellement à ces problématiques. Exposé de l'invention [0005] A cet effet, le présent exposé propose un engin comprenant un châssis et une tourelle mobile en rotation autour d'un axe de tourelle par rapport au châssis, ledit engin comprenant un moteur hydraulique adapté pour réaliser l'entrainement en rotation de la tourelle par rapport au châssis, ledit moteur hydraulique présentant un premier 2 ensemble et un second ensemble mobiles l'un par rapport en rotation selon un axe de moteur, dans lequel la rotation de la tourelle par rapport au châssis est réalisée par un roulement comprenant une couronne interne et une couronne externe mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre selon l'axe de tourelle, la couronne interne étant solidaire de l'un parmi le châssis et la tourelle, et la couronne externe étant solidaire de l'autre parmi le châssis et la tourelle caractérisé en ce que le premier ensemble du moteur hydraulique est solidaire en rotation de l'une parmi la couronne interne et la couronne externe, le second ensemble du moteur hydraulique est solidaire en rotation de l'autre parmi la couronne interne et la couronne externe, et en ce que l'axe de moteur et l'axe de tourelle sont confondus. [0006] Selon un exemple, le moteur hydraulique comprend un bloc cylindres présentant une pluralité de logements s'étendant radialement autour de l'axe de moteur, une pluralité de pistons montés coulissant dans lesdits logements, et une carne multilohcs entourant le bloc cylindres. [0007] La came multilohcs et l'une desdites couronne interne et couronne externe peuvent alors être formées en une seule pièce. [0008] Selon un exemple, ledit engin comprend en outre une pompe hydraulique adaptée pour délivrer un fluide sous pression au moteur hydraulique, le moteur hydraulique étant relié à la pompe hydraulique via une ligne d'alimentation de fluide et une valve de pilotage, ladite pompe hydraulique étant montée dans le châssis ou dans la tourelle dudit engin, et dans lequel la came multilobes (34) est solidaire en rotation du châssis ou de la tourelle de l'engin dans lequel la pompe hydraulique est montée. [0009] Selon un exemple, le roulement comprend une pluralité d'éléments de roulement in- terposés entre la couronne interne et la couronne externe. [0010] Selon un exemple, le moteur hydraulique comprend un frein adapté pour sélec- tivement immobiliser le premier ensemble du moteur hydraulique par rapport au second ensemble du moteur hydraulique. [0011] Selon un exemple, le moteur hydraulique présente un évidement central selon l'axe de tourelle, ledit engin comprenant un joint tournant positionné dans ledit évidement central, et comprenant un segment interne et un segment externe mobiles en rotation selon l'axe de tourelle, le segment interne étant solidaire de l'un parmi le premier ou le second ensemble du moteur hydraulique, et le segment externe étant solidaire de l'autre parmi le premier ou le second ensemble du moteur hydraulique. [0012] Le segment interne ou le segment externe du joint tournant est alors typiquement formé en une pièce avec un segment du distributeur, du bloc cylindres ou d'un carter du moteur hydraulique. [0013] Selon un exemple, le segment interne comprend un ou plusieurs conduits internes présentant une portion axiale débouchant à une première extrémité du segment interne 3 et une portion radiale débouchant à une interface entre le segment interne et le segment externe, le segment externe présentant une gorge interne en communication fluide avec ladite portion radiale, ainsi qu'un conduit interne relié à ladite gorge interne et débouchant du segment externe à une extrémité opposée à la première extrémité du segment interne selon l'axe de tourelle. Brève description des dessins [0014] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux pages de figures annexées, et introduits ci-après. [0015] [fig.1] La figure 1 présente un dispositif connu pour la mise en rotation d'une tourelle pour un engin. [0016] [fig.2] La figure 2 est une vue représentant un dispositif de mise en rotation d'une tourelle pour un véhicule selon un aspect de l'invention. [0017] [fig.3] La figure 3 représente une vue en coupe d'un de mise en rotation d'une tourelle pour un véhicule selon un aspect de l'invention [0018] [fig.4] La figure 4 est une vue en coupe d'une variante du dispositif représenté sur la figure 2. [0019] Sur l'ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. Description des modes de réalisation 100201 Les figures 2 et 3 représentent deux vues d'un dispositif de mise en rotation d'une tourelle pour un engin selon un aspect de l'invention. On représente sur ces figures un roulement 20 ou chemin de roulement comprenant une couronne externe 21 et une couronne interne 22 positionnée à l'intérieur de la couronne externe 21. La couronne externe 21 et la couronne interne 22 sont concentriques, et montées mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre selon un axe principal Z-Z au moyen d'éléments de rotation 23 tels que des billes, des rouleaux ou un coussinet. 100211 Le roulement 20 forme une liaison pivot pour la mise en rotation d'une tourelle d'un engin par rapport au châssis de cet engin. Par engin, on comprend plus généralement tout appareil, machine ou véhicule présentant deux sous-ensembles mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre, l'un étant alors qualifié de châssis, et l'autre de tourelle. 100221 Plus précisément, en considérant un engin avec une tourelle rotative, par exemple un engin de chantier tel qu'une pelleteuse, une grue ou une machine présentant une tourelle rotative, le roulement 20 va être solidaire d'une part à un châssis 1C de l'engin, et d'autre part à une tourelle 1T de l'engin. A titre d'exemple, nous allons ici considérer que la couronne externe 21 est solidaire du châssis 1C de l'engin, tandis que la couronne interne 22 est solidaire de la tourelle 1T de l'engin. On comprend hien que la configuration inverse est également possible, et présente un fonctionnement similaire. [0023] On comprend ainsi que la rotation relative de la couronne externe 21 par rapport à la couronne interne 22 (ou inversement) permet de faire pivoter la tourelle 1T de l'engin par rapport au châssis 1C. [0024] Dans la structure revendiqué, un moteur hydraulique 30 est positionné dans le roulement. Le moteur hydraulique 30 comprend un premier ensemble et un second ensemble montés mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre selon un axe de moteur. L'axe de rotation du moteur est confondu avec l'axe de tourelle Z-Z. Le roulement et le moteur hydraulique 30 sont ainsi coaxiaux. [0025] Le moteur hydraulique 30 est un moteur hydraulique à pistons radiaux et came multilobes. Il comprend un bloc cylindres 32 présentant une pluralité de logements s'étendant radialcment autour de l'axe de moteur, et dans lesquels sont montés coulissants des pistons 33 venant au contact de la came multilobes 34 positionnée autour du bloc cylindres 32. Le moteur hydraulique 30 comprend également un distributeur 35 réalisant une alimentation en fluide du bloc cylindres 32, le distributeur étant ici représenté comme associé à des conduits hydrauliques 45 et 45B assurant une alimentation et un échappement de fluide, ce qui permet de commander la rotation du moteur hydraulique 30 dans les deux sens en intervertissant l'alimentation et l'échappement. Le mouvement de rotation est piloté par ces conduits d'alimentation 45 et 45B. [0026] On définit pour le moteur hydraulique deux ensembles mobiles en rotation l'un par rapport à l'autre, l'un des ensembles étant solidaire en rotation de la came multilobes 34, et l'autre étant solidaire en rotation du bloc cylindres 32. [0027] Dans l'exemple illustré, le distributeur 35 est solidaire en rotation de la came multilobes 34, cette dernière étant formée dans le carter du moteur hydraulique 30. Le distributeur 35 et la carne multilobes 34 définissent un premier ensemble (ou ensemble carne) du moteur hydraulique 30, qui est ici solidaire en rotation de la couronne interne 22 au moyen d'un segment interne 352. Le bloc cylindres 32 définit un second ensemble (ou ensemble bloc) du moteur hydraulique 30, qui est ici solidaire en rotation de la couronne externe 21 au moyen d'un segment externe 332. On comprend que la configuration représentée est uniquement illustrative, et que l'un ou l'autre des ensembles du moteur hydraulique 30 peuvent de manière indifférente être solidaires de la couronne interne 22 ou de la couronne externe 21 du roulement 20. [0028] En variante, la came multilobcs 34 et la couronne interne 22 peuvent former une seule pièce. En effet, il est avantageux de réaliser la couronne interne 22 qui présente une piste de roulement dans le matériau de la came multilobcs 34, car les qualités de matériaux requises et les traitements sont similaires pour une came et pour un roulement. Le montage est simplifié, et la précision est augmentée. Cela est particulièrement avantageux pour les engins ou le diamètre de la couronne interne 22 est assez petit comparativement au diamètre externe du moteur 30. [0029] Du fait de la liaison de l'ensemble came et de l'ensemble bloc du moteur hydraulique 30 à la couronne interne 22 et à la couronne externe 21 du roulement 20, le roulement 20 permet d'assurer la fonction de palier de roulement pour le moteur hydraulique 30, qui peut donc ne pas comprendre de roulements internes à son carter. En variante non représentée, le moteur hydraulique 30 peut également présenter des roulements assurant la mise en rotation entre l'ensemble bloc et l'ensemble came. [0030] Le moteur hydraulique 30 est associé à un circuit hydraulique non représenté sur les figures, comprenant notamment une source de pression telle, qu'un groupe hydraulique délivrant une puissance nécessaire à la mise en oeuvre de l'engin, comportant une pompe et un réservoir de fluide hydraulique. Le groupe hydraulique est associé à un ensemble de valves de pilotage permettant de piloter notamment l'alimentation du moteur hydraulique 30. Dc manière avantageuse, le groupe hydraulique est positionné dans la partie de l'engin qui est solidaire de l'ensemble came du moteur hydraulique 30, c'est-à-dire l'ensemble du moteur hydraulique 30 présentant les orifices d'alimentation 45 et 45B du distributeur 35. Plus précisément, si on considère un exemple dans lequel l'ensemble came du moteur hydraulique 30 est solidaire du châssis de l'engin, le groupe hydraulique est alors avantageusement positionné dans le châssis de l'engin. Un tel positionnement est avantageux notamment pour l'agencement des lignes hydrauliques en évitant ainsi de nécessiter l'emploi d'un joint tournant, et en permettant l'emploi de conduites rigides. [0031] Dans l'exemple représenté sur les figures 2 et 3, le moteur hydraulique 30 présente un évidement central, qui peut notamment former un logement pour un joint tournant comme on le décrira par la suite. En variante, le moteur hydraulique 30 peut ne pas présenter un tel évidement central, qui peut alors être obturé ou un arbre solidaire au premier ensemble ou au second ensemble peut y être positionné. [0032] En fonctionnement, la mise en rotation relative du premier ensemble du moteur hy- draulique 30 par rapport à son second ensemble va donc entrainer en rotation la couronne externe 21 par rapport à la couronne interne 22, et ainsi permettre de réaliser une rotation de la tom-elle de l'engin par rapport à son châssis. [0033] Le moteur hydraulique 30 comprend typiquement un frein adapté pour immobiliser 6 le premier ensemble du moteur hydraulique par rapport à son second ensemble, et de ce fait immobiliser la couronne interne 22 par rapport à la couronne externe 21. Dans l'exemple illustré, le moteur hydraulique 30 comprend un frein 37 de type crabot, typiquement adapté pour réaliser par défaut une action de freinage, et qui peut être désengagé par application d'une pression de défreinage via une ligne de défreinage 38 ici reliée à une ligne de défreinage 48. En fonctionnement, le frein 37 permet d'assurer un maintien en position de la tourelle 1T par rapport au châssis 1C de l'engin, le frein 37. Le frein 37 peut par exemple être désengagé lorsque l'engin est en fonctionnement, le moteur hydraulique réalisant 30 étant alors piloté pour assurer un maintien en position de la tourelle 1T par rapport au châssis 1C, ou être engagé par défaut et désengagé temporairement pour permettre la rotation relative de la tourelle 1T par rapport au châssis 1C lorsqu'une consigne de rotation de la tourelle 1T par rapport au châssis 1C est émise. [0034] Du fait de l'agencement du moteur hydraulique 30 qui est coaxial par rapport au roulement 20, la structure proposée permet de s'affranchir de la nécessité de réaliser des crénelures ou dents afin de réaliser la mise en rotation relative d'une tourelle par rapport au châssis d'un engin. En effet, la mise en rotation est ici réalisée directement par le moteur hydraulique 30, la rotation du roulement 20 (ou plus précisément la rotation relative de la couronne interne 22 par rapport à la couronne externe 21) étant égale à la rotation du moteur hydraulique 30 (ou plus précisément à la rotation relative du premier ensemble du moteur hydraulique 30 par rapport à son second ensemble). Il y a donc un rapport de 1 entre la rotation du moteur hydraulique 30 et la rotation du roulement 20. [0035] De plus, la structure présentée simplifie le positionnement du moteur hydraulique 30 par rapport à la structure connue présentée en figure 1, qui nécessitait un usinage très précis d'une face du roulement afin d'assurer un appui plan, de la deuxième face en référence à la première pour assurer le bon parallélisme du moteur 30 avec l'axe de rotation, ainsi qu'un positionnement avec un très faible niveau de tolérance pour le moteur hydraulique par rapport au centre de la fixation du roulement afin d'assurer une bonne prise du pignon par rapport aux dentures, sans quoi on observait du jeu, du serrage, ou une excentration ou défaut de concentricité de la trajectoire du pignon par rapport à la denture de couronne, ce qui générait des vibrations, du bruit, du jeu ou du coincement, c'est-à-dire un manque de précision voire une destruction des dents du pignon ou du roulement 20. La structure proposée assure une concentricité grâce au montage du moteur hydraulique 30 par rapport au roulement 20, et simplifie le montage du roulement 20 par rapport au châssis 1C et à la tourelle 1T sans nécessiter d'usiner des surfaces planes sur deux faces et de faire des positionnements de fixation avec un niveau de tolérances trop élevé. De manière plus générale, la structure de 7 l'ensemble est simplifiée, que ce soit en termes de nombre de pièces, ou de contraintes liées à l'usinage ou à l'assemblage. [0036] Par ailleurs, la structure proposée permet de limiter l'encombrement de l'ensemble selon la direction définie par l'axe de tourelle Z-Z. En effet, par rapport aux structures conventionnelles, certains modes de réalisation de la structure proposée permet d'exploiter le volume interne du roulement 20 afin d'y positionner les différents composants du moteur hydraulique 30, plutôt que cc dernier ne s'étende selon la direction définie par l'axe de tourelle Z-Z au-dessus ou en-dessous du roulement 20. La figure 2 permet notamment d'illustrer l'encombrement de la structure proposée ; on constate aisément que cet encombrement est fortement réduit par rapport à l'encombrement d'un système antérieur tel que représenté sur la figure 1. La structure proposée permet donc de limiter l'encombrement du dispositif de rotation dans le châssis ou dans la tourelle, et permet également d'abaisser la tourelle et ainsi de réaliser un engin avec une tourelle rotative ayant un centre de gravité plus près du sol, ce qui est notamment avantageux en termes de stabilité et également de facilité d'accès pour l'utilisateur. [0037] On représente sur la figure 4 un dispositif de mise en rotation d'une tourelle pour un engin tel que déjà décrit en référence notamment à la figure 3, qui est ici associé à un joint tournant 50 (également nommé raccord tournant) positionné dans l'évidement central du moteur hydraulique 30pour la réalisation de la circulation de fluide entre la partie haute (ou tourelle) et la partie basse (ou châssis) de l'engin, pour un transfert de puissance. [0038] Le joint tournant 50 peut-être hydraulique, pneumatique, ou électrique. [0039] Plus précisément, on voit notamment sur la figure 3 que le joint tournant 50 (qui est ici un joint tournant hydraulique) comprend un segment interne 52 inséré dans un segment externe 54 concentrique avec le segment interne 52. Le segment externe 54 est solidarisé à l'ensemble bloc par un premier segment de liaison 58. En variante décrite ultérieurement, l'ensemble bloc et le segment interne 54 peuvent être formés en une seule pièce. Le segment interne 52 est solidaire en rotation du de l'ensemble came et donc notamment du distributeur 35 la liaison étant ici réalisée par un second segment de liaison 56, et est donc monté tournant par rapport au segment externe 54. Dans l'exemple illustré, le segment interne 52 est ainsi solidaire en rotation de la couronne interne 22 tandis que le segment externe 54 est solidaire en rotation de la couronne externe 21 du roulement 20. Comme déjà indique précédemment, on comprend que la configuration inverse est également possible, cet exemple étant uniquement illustratif et non limitatif. [0040] Le segment interne 52 tel que représenté comprend des conduits, typiquement hy- drauliques ou pneumatiques ou électriques. Lesdits conduits présentent typiquement 8 une première extrémité débouchant à une extrémité libre du segment interne 52 selon la direction définie par l'axe de tourelle Z-Z, et une seconde extrémité débouchant soit à l'extrémité opposée du segment externe 54 selon l'axe de tourelle Z-Z, soit radialement, à l'extrémité du segment interne 52. On décrit ci-après plusieurs de ces conduits. [0041] Dans l'exemple illustré, le segment interne 52 comprend plusieurs conduits 60 ayant chacun une portion axiale 62 s'étendant parallèlement à l'axe de tourelle Z-Z et débouchant à une première extrémité du joint tournant 50 selon l'axe de tourelle Z-Z, et une portion axiale 64 s'étendant radialcment par rapport à l'axe de tourelle Z-Z, et débouchant à l'interface entre le segment interne 52 et le segment externe 54. Le segment externe 54 comprend un plusieurs conduits internes 70, comprenant chacun une portion radiale 72 s'étendant radialement par rapport à l'axe de tourelle Z-Z, et une portion axiale 74 s'étendant parallèlement à l'axe de tourelle Z-Z et débouchant à une seconde extrémité du joint tournant 50 selon l'axe de tourelle Z-Z, opposée à la première extrémité du joint tournant 50 selon l'axe de tourelle Z-Z. Les portions radiales 72 sont typiquement associées chacune à une gorge radiale 76 alignée avec la portion radiale 64 d'un conduit du segment interne 52 de manière à permettre un passage de fluide et ainsi former un joint tournant. Les différentes gorges radiales 76 sont chacune encadrées par des éléments d'étanchéité 78 afin d'assurer l'étanchéité de la liaison au niveau de l'interface entre le segment interne 52 et le segment externe 54. [0042] En variante, le moteur hydraulique 30 et le joint tournant 50 peuvent être intégrés. Par exemple, le segment externe 54 du joint tournant 50 peut être formé en une seule pièce avec le distributeur 35, ou avec le bloc cylindres 32, ou plus généralement avec un composant du dispositif décrit précédemment solidaire en rotation du distributeur 35 ou du bloc cylindres 32. [0043] Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réa- lisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif [0044] 11 est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]