FR3039866A1 - Palier rotatif comprenant un moyen de chauffage par induction - Google Patents

Abstract

Ce palier (2) comprend une bague intérieure (6) et une bague extérieure (4). Au moins l'une des bagues (4, 6) comprend un moyen de chauffage (20) par induction, le palier (2) comprenant un moyen de détection (24) de la température du palier.

Description

Palier rotatif comprenant un moyen de chauffage par induction L’invention concerne le domaine des paliers rotatifs.

Les paliers rotatifs peuvent être utilisés dans de nombreux domaines d’application, comme par exemple dans le domaine des transports. Dans le domaine des transports ferroviaires par exemple, les paliers rotatifs peuvent être incorporés dans une boîte d’essieu d’un bogie afin de fournir la liaison pivot entre la boîte d’essieu et l’essieu d’un véhicule ferroviaire.

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, ainsi que d’une baisse des performances de la graisse introduite dans l’espace de roulement.

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 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 un palier rotatif pouvant être utilisé 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 un palier comprenant une bague intérieure et une bague extérieure, dans lequel au moins l’une des bagues comprend un moyen de chauffage par induction, le palier comprenant un moyen de détection de la température dudit palier.

Le moyen de chauffage permet d’éviter que la température du palier et de la graisse introduite pour faciliter le glissement et/ou le roulement descende en dessous de températures excessivement basses, par conduction de la chaleur émise par le moyen de chauffage à l’intérieur de palier. Un moyen de chauffage par induction est particulièrement intéressant, en ce qu’il présente un pouvoir calorifique important pour un encombrement limité.

Avantageusement, ce palier comprend en outre une unité de contrôle capable de piloter le fonctionnement du moyen de chauffage en fonction de la température mesurée par le moyen de détection.

Dans un exemple de réalisation, ladite bague est délimitée dans la direction radiale par deux surfaces cylindriques, le moyen de chauffage étant monté sur l’une des desdites surfaces cylindriques.

Dans un exemple de réalisation, ladite surface cylindrique comprend une gorge, ledit moyen de chauffage étant monté à l’intérieur de la gorge.

On peut prévoir que le moyen de chauffage soit décalé radialement vers le fond de la gorge par rapport à ladite surface cylindrique.

On peut également prévoir que ladite surface cylindrique comprenne une rainure axiale débouchant dans la gorge.

Dans un exemple de réalisation, le moyen de détection est apte à mesurer la température d’au moins l’une des bagues.

Selon un exemple de réalisation, le palier comprend un espace de roulement à l’intérieur duquel sont logés des éléments roulants, l’espace de roulement étant défini entre la bague intérieure et la bague extérieure et délimité axialement par deux flasques d’étanchéité, le moyen de détection étant monté sur l’un des deux flasques, au moins en partie à l’extérieur de l’espace de roulement.

Avantageusement, la même bague comprend le moyen de chauffage et le moyen de détection. Plus particulièrement, la bague extérieure peut comprendre le moyen de chauffage et le moyen de détection.

Le moyen de chauffage comprend de préférence un fil de cuivre enroulé de manière à former un bobinage autour de la direction axiale. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une vue en perspective d’un palier selon un exemple de réalisation selon l’invention, et - la figure 2 est une vue de détail en coupe axiale du palier de la figure 1.

En référence à la figure 1, un palier rotatif 2 du type à roulement est destiné à être incorporé dans une boîte d’essieu (non représentée) fixée à un bogie de véhicule ferroviaire. Le palier 2 a pour fonction d’assurer une liaison pivot entre la boîte d’essieu et un essieu (non représenté) relié aux roues du véhicule ferroviaire.

Dans l’exemple de réalisation illustré, le palier 2 comprend une bague extérieure 4 et une bague intérieure 6. Ce palier peut être du type à rouleaux coniques à une ou deux rangée(s), à rouleaux cylindriques, à aiguilles, à billes, etc. Alternativement, le palier peut être du type à glissement.

Le palier 2 comprend deux flasques d’étanchéité 8 et 10, disposés entre la bague extérieure 4 et la bague intérieure 6 aux extrémités axiales du palier 2.

Un espace de roulement est défini entre la bague extérieure 4, la bague intérieure 6 et les flasques d’étanchéité 8 et 10. L’espace de roulement ainsi délimité est isolé de l’environnement extérieur, et peut contenir un fluide lubrifiant, comme par exemple de la graisse. Une pluralité d’éléments roulants (non visibles) est disposée à l’intérieur de l’espace de roulement. Les éléments roulants coopèrent avec des pistes respectivement pratiquées sur la bague extérieure 4 et la bague intérieure 6.

La bague extérieure 4 comprend une surface extérieure cylindrique axiale 12 et une surface intérieure cylindrique axiale (non visible) formant alésage. La bague extérieure 4 comprend également deux surfaces frontales radiales opposées délimitant axialement lesdites surfaces extérieure 12 et intérieure. Les surfaces extérieure 12 et intérieure opposées délimitent radialement la bague extérieure 4. De même, la bague intérieure 6 comprend une surface extérieure cylindrique axiale (non visible), une surface intérieure cylindrique axiale 14 formant alésage et deux surfaces frontales radiales opposées délimitant axialement lesdites surfaces extérieure et intérieure 12, ces dernières délimitant radialement la bague intérieure 6.

La figure 2 est une vue de détail d’une coupe axiale de la bague extérieure 4. En référence à cette figure, la surface cylindrique axiale extérieure 12 de la bague extérieure 4 comprend une gorge 16 annulaire. La gorge 16 s’étend selon la direction axiale. Dans l’exemple de réalisation illustré, la gorge 16 s’étend sur une longueur comprise entre un tiers et un cinquième de la longueur axiale de la bague extérieure 4. Comme visible sur la figure 1, la gorge annulaire 16 est de préférence située au milieu de la surface extérieure 12 de la bague extérieure 4. En d’autres termes, la gorge 16 divise la surface extérieure 12 en deux portions cylindriques 17 de longueur égale.

En référence aux figures 1 et 2, le palier 2 comprend un moyen de chauffage 20 par induction. Le moyen de chauffage 20 a la forme d’un solénoïde disposé à l’intérieur de la gorge 16. Le moyen de chauffage par induction 20 comprend un fil électrique 22 en cuivre. Le fil 22 est enroulé à l’intérieur de la gorge 16. On obtient alors un bobinage qui s’étend selon la direction axiale, réalisé par enroulement d’un fil de cuivre sur une seule couche. Le bobinage est apte à produire de la chaleur par la génération de courants de Foucault.

De manière avantageuse, la profondeur de la gorge 16 est supérieure au diamètre du fil 22. De cette manière, le moyen de chauffage par induction 20 est intégralement situé à l’intérieur de la gorge 16 et reste en retrait par rapport à la surface cylindrique axiale 12. Cette caractéristique permet en particulier d’éviter d’endommager le fil électrique 22 par frottement contre l’alésage de la boîte d’essieu, en particulier lors de l’emmanchement de la bague extérieure 4 dans ledit alésage. Avantageusement, cette profondeur est comprise entre 1,05 et 1,2 fois le diamètre du fil 22.

Comme visible sur la figure 1, la surface extérieure 12 comprend une rainure axiale 18. La rainure 18 s’étend axialement et débouche dans la gorge 16. La rainure 18 s’étend à partir d’une des surfaces frontales de la bague extérieure. Un fil électrique 23 est introduit dans la rainure 18 et relié au moyen de chauffage 20 pour l’alimentation électrique dudit moyen 20.

Le palier 2 comprend encore un capteur 24, disposé de manière à pouvoir mesurer une température représentative de la température à l’intérieur de l’espace de roulement. Dans cet exemple, le capteur 24 est un capteur de température, pouvant être disposé sur n’importe quelle pièce constituant le palier 2. Le capteur de température 24 peut, comme cela est représenté sur la figure 1, être fixé sur l’un des flasques d’étanchéité 8 et 10, à l’extérieur de l’espace de roulement. Dans ce cas, on peut prévoir que le flasque d’étanchéité 8 ou 10 comporte un trou (non représenté) traversant l’épaisseur du flasque et prévu pour le passage d’une sonde (non représentée) de température. Au moyen d’un tel arrangement, le capteur 24 mesure directement la température du fluide lubrifiant enfermé à l’intérieur de l’espace de roulement. De manière alternative, le capteur de température 24 peut mesurer la température de la bague extérieure 4, puis estimer, en fonction de la température mesurée, la température du fluide lubrifiant au sein de l’espace de roulement. Pour ce faire, le capteur de température 24 peut alternativement être disposé sur la bague extérieure 4 ou être disposé sur l’un des flasques d’étanchéité 8 et 10 et comprendre une sonde portée au contact de la bague extérieure 4.

Le palier comporte encore une unité de contrôle (non représentée) de la température qui recueille la température mesurée par le capteur 24, en déduit la température de la graisse contenue dans l’espace de roulement et pilote la génération de puissance électrique aux bornes du fil électrique 22. Pour ce faire, l’unité de contrôle de la température peut comprendre un moyen de stockage de l’énergie électrique et/ou un moyen de récupération d’énergie électrique. Le moyen de récupération peut comporter un générateur d’énergie électrique et/ou un moyen de raccordement au circuit de puissance électrique du véhicule ferroviaire. Le moyen de récupération est capable d’alimenter en énergie électrique le moyen de stockage. Le moyen de récupération et le moyen de stockage sont aptes à fournir de l’énergie électrique au moyen de chauffage 20, par l’intermédiaire du fil électrique 23.

Dans l’exemple de réalisation illustré sur la figure 1, l’unité de contrôle est comprise à l’intérieur du capteur 24. De cette manière, le fil électrique 23 est directement relié au capteur 24, à l’extrémité de de la rainure 18, sans qu’il soit nécessaire d’effectuer d’autre raccordement.

On peut envisager, sans sortir du cadre de l’invention, une unité de contrôle externe par rapport au palier 2. Selon une telle variante, un câble électrique (non représenté) relie le capteur 24 à un boîtier (non représenté) fixé sur le bogie ou sur le véhicule ferroviaire. Le boîtier comprend l’unité de contrôle de la température, y compris le moyen de stockage et/ou le moyen de récupération de l’énergie électrique. Le câble comprend le prolongement du fil 23 et un second fil électrique (non représenté) dont la fonction est de transmettre un signal renseignant la température mesurée par le capteur 24. L’unité de contrôle de la température pilote la génération de puissance électrique aux bornes du moyen de chauffage 20 en fonction de la température au sein de l’espace de roulement. Pour ce faire, si le capteur 24 comprend une sonde de température à l’intérieur de l’espace de roulement, l’unité de contrôle recueille directement la température au sein de l’espace de roulement auprès du capteur 24. Si le capteur 24 mesure une autre température, comme par exemple la température de la bague extérieure 4, l’unité de contrôle de la température récupère la température mesurée et l’utilise pour estimer la température au sein de l’espace de roulement. L’unité de contrôle de la température pilote la génération d’un courant électrique dans le fil électrique 22 lorsqu’elle détecte que la température au sein de l’espace de roulement est inférieure à une valeur prédéterminée de température de référence. Dans ce mode de réalisation, la température de référence a pour valeur 0 °C. Toutefois, on peut envisager une autre valeur de la température de référence. De préférence, la valeur de la température de référence est calculée en fonction de la température de solidification du fluide lubrifiant contenu dans l’espace de roulement.

De cette manière, lorsque le véhicule ferroviaire est à l’arrêt et que la température extérieure est très faible, la température du palier à roulement 2 et de la graisse introduite dans l’espace de roulement baisse. Lorsque la température atteint 0 °C, l’unité de contrôle de la température le détecte au moyen du capteur 24. L’unité de contrôle commande alors la génération de courant dans le fil électrique 22. Par effet d’induction, la graisse introduite dans l’espace de roulement est réchauffée.

Lorsque la température au sein de l’espace de roulement est inférieure à 0 °C, l’unité de contrôle fournit une puissance électrique constante au moyen de chauffage. Alternativement, la puissance électrique peut être variable, par exemple en fonction de l’écart entre la température au sein de l’espace de roulement et la température de référence, 0 °C.

Ainsi, un palier réalisé selon cet exemple de réalisation empêche grâce à l’effet d’induction que la température au sein de l’espace de roulement descende à des températures trop faibles, en l’espèce 0 °C. On empêche de cette manière l’apparition du phénomène de condensation. Dès lors, on préserve la qualité du contact des éléments roulants et les propriétés lubrifiantes de la graisse de l’espace de roulement. L’incorporation de l’unité de contrôle à l’intérieur du capteur 24 est avantageuse en ce qu’elle dispense d’incorporer la source de puissance électrique et l’unité de contrôle de la température à l’extérieur de la boîte d’essieu. Il en résulte un encombrement limité, et une plus grande facilité des opérations de montage et de démontage du palier par rapport à la boîte d’essieu. La plus faible longueur de fil électrique entre la source de puissance électrique et le moyen de chauffage par induction permet de limiter les pertes d’énergie électrique et améliore la fiabilité du contrôle de la température. La variante non représentée, dans laquelle l’unité de contrôle est externe par rapport au palier 2, est avantageuse en ce qu’elle permet d’utiliser une même unité de contrôle de la température et une même source de puissance électrique pour des dispositifs de chauffage par induction incorporés sur différents paliers d’un même véhicule ferroviaire, lesdites palier pouvant éventuellement être incorporés sur des bogies différents.

Dans l’unique exemple de réalisation qui a été présenté, le moyen de chauffage 20 est disposé sur la bague extérieure 4. Toutefois, on ne sort pas du cadre de l’invention en disposant le moyen de chauffage 20 sur une autre partie du palier 2, par exemple sur la bague intérieure 6. Dans ce cas, le moyen de chauffage 20 peut comprendre un bobinage réalisé à partir du fil électrique 22, ledit fil électrique 22 étant enroulé dans une gorge prévue sur la surface intérieure 14 de la bague intérieure 6.

Dans l’exemple illustré, le moyen de détection 24 est disposé sur le flasque d’étanchéité 10, en regard de la rainure axiale 18. Cela est notamment avantageux en ce que la longueur de fil électrique 23 nécessaire pour connecter entre eux le moyen de chauffage 20, le moyen de détection 24 et l’unité de contrôle de la température est moins importante. Toutefois, on peut, sans sortir du cadre de l’invention, disposer le moyen de détection 24 sur le flasque d’étanchéité 8, ou encore sur l’une des bagues du palier 2. Par exemple, le capteur 24 peut être disposé sur la surface extérieure 12 de la bague extérieure 4 ou sur la surface intérieure 14 de la bague intérieure 6.

Il est alors possible de disposer le moyen de chauffage 20 et le moyen de détection 24 sur la même bague 4 ou 6, ou encore de disposer l’un des moyens de chauffage 20 ou de détection 24 sur la bague extérieure 4 et les autres des moyens de chauffage 20 ou de détection 24 sur la bague intérieure 6.

On note qu’il est particulièrement avantageux d’utiliser un moyen de chauffage 20 comprenant un bobinage dont l’axe coïncide avec celui du palier 2, notamment car un tel moyen permet un chauffage homogène et rapide au sein de l’espace de roulement, pour un encombrement réduit. Cette homogénéité et cette efficacité sont d’autant plus améliorées, que l’espace de roulement se trouve à l’intérieur du bobinage, et que la gorge contenant le moyen de chauffage se situe au milieu de la bague extérieure, par rapport à la direction axiale.

En résultat, cet exemple de réalisation d’un palier rotatif permet, par l’effet d’induction, de limiter les variations de température, en particulier au sein de l’espace de roulement, et ainsi d’éviter son usure prématurée. 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.

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 palier rotatif assurant la liaison entre le porte-fusée et le moyeu d’un véhicule automobile. De même, l’invention peut être incorporée dans tout palier rotatif susceptible d’être utilisé à des températures négatives.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Palier (2) comprenant une bague intérieure (6) et une bague extérieure (4), caractérisé en ce qu’au moins l’une des bagues (4, 6) comprend un moyen de chauffage (20) par induction, le palier (2) comprenant un moyen de détection (24) de la température dudit palier.
2. 2. Palier (2) selon la revendication 1, comprenant en outre une unité de contrôle capable de piloter le fonctionnement du moyen de chauffage (20) en fonction de la température mesurée par le moyen de détection (24).
3. 3. Palier (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite bague (4, 6) est délimitée dans la direction radiale par deux surfaces cylindriques (12, 14), le moyen de chauffage (20) étant monté sur l’une des desdites surfaces cylindriques (12, 14).
4. 4. Palier selon la revendication 3, dans lequel ladite surface cylindrique (12, 14) comprend une gorge (16), ledit moyen de chauffage (20) étant monté à l’intérieur de la gorge (16).
5. 5. Palier (2) selon la revendication 4, dans lequel le moyen de chauffage (20) est décalé radialement vers le fond de la gorge (16) par rapport à ladite surface cylindrique (12, 14).
6. 6. Palier (2) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel ladite surface cylindrique (12, 14) comprend une rainure axiale (18) débouchant dans la gorge (16).
7. 7. Palier (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de détection (24) est apte à mesurer la température d’au moins l’une des bagues (4, 6).
8. 8. Palier (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un espace de roulement à l’intérieur duquel sont logés des éléments roulants, l’espace de roulement étant défini entre la bague intérieure (6) et la bague extérieure (4) et délimité axialement par deux flasques d’étanchéité (8, 10), le moyen de détection (24) étant monté sur l’un des deux flasques (8, 10) au moins en partie à l’extérieur de l’espace de roulement.
9. 9. Palier (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la même bague (4) comprend le moyen de chauffage (20) et le moyen de détection.
10. 10. Palier (2) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de chauffage (20) comprend un fil de cuivre (20) enroulé de manière à former un bobinage autour de la direction axiale.