FR3106868A1 - Palier comprenant un revêtement comprenant un nanocapteur intégré - Google Patents

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Benoît Hauvespre
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Abstract

Palier (20) comprenant au moins un revêtement (30, 32, 34a, 34b, 36, 38, 39) comportant au moins un capteur intégré dans ledit revêtement, ledit capteur étant un nanocapteur comprend au moins une nanoparticule. Figure 2

Description

Palier comprenant un revêtement comprenant un nanocapteur intégré
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne le domaine général de la récupération d’informations, notamment de pièces tournantes, telles que la température, les efforts, les vibrations, la vitesse de rotation, l’humidité, la qualité du lubrifiant, etc.
Etat de la technique antérieure
La présent invention trouve une application particulière dans le domaine des paliers, tels que les paliers à roulements, par exemple les roulements à billes, les roulements à rouleaux, les roulements à aiguilles, ou encore les paliers dits «lisses» dépourvus d’éléments roulants, utilisés notamment dans les suiveurs de cames, etc..
Afin d’assurer le bon fonctionnement des paliers et d’améliorer leur durée de vie, il est connu d’utiliser des capteurs pour analyser la surveillance du palier, et notamment des fibres optiques capables de détecter la charge transmise audit palier.
Toutefois, l’intégration des capteurs ou des fibres optiques est particulièrement contraignante puisqu’ils sont généralement en saillie par rapport aux éléments du palier. Par ailleurs, ces différents capteurs sont difficiles à positionner efficacement sur le palier.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
Il existe un besoin pour améliorer la surveillance de l’état des paliers.
L’invention a pour objet un palier comprenant au moins un revêtement comportant au moins un capteur intégré dans ledit revêtement, ledit capteur étant un nanocapteur comprend au moins une nanoparticule.
Un capteur à nanoparticules ou nanocapteur caractérise tout capteur effectuant une opération à l’échelle nanométrique et configuré pour transmettre un signal à l’échelle macroscopique.
Par «nanoparticule», on entend un nano-objet dont les trois dimensions sont à l’échelle nanométrique, c’est-à-dire une particule dont le diamètre nominal est inférieur à environ 100nm.
Une nanoparticule peut comprendre par exemple du graphène.
Le graphène est une feuille de carbone bidimensionnelle épaisse d'un seul atome qui se caractérise par des propriétés chimiques, électriques, matérielles, optiques et physiques exceptionnelles.En conséquence, le graphène et les matériaux connexes, tels que l'oxyde de graphène et l'oxyde de graphène réduit, ont été mis au premier plan dans le domaine de la détection.
Les structures hybrides graphène-nanoparticules peuvent agir en synergie pour offrir un certain nombre de propriétés physicochimiques uniques qui sont souhaitables et avantageuses pour les applications de détection.Ces structures hybrides graphène-nanoparticules sont particulièrement intéressantes car non seulement elles présentent les propriétés individuelles des nanoparticules et du graphène,mais ils peuvent également présenter des propriétés synergiques supplémentaires améliorant ainsi la sensibilité et la sélectivité réalisables en utilisant une variété de mécanismes de détection.
Selon une autre variante, une nanoparticule peut être du type nanoparticule de carbone fluorescent, d’acronyme FCNP, susceptible de changer de couleurs.
Selon encore une autre variante, une nanoparticule peut être réalisée à base de polymères thermoplastiques et peuvent par exemple comprendre un colorant de base Rhodamine B.
Le type de nanoparticule n’est pas limité aux exemples cités ci-dessus et peut être tout nano-objet dont les trois dimensions sont à l’échelle nanométrique, c’est-à-dire une particule dont le diamètre nominal est inférieur à environ 100nm.
Selon un mode de réalisation, le palier comprenant au moins une bague extérieure et une bague intérieure, le revêtement étant disposé sur au moins un élément du palier.
Par exemple, le palier est un palier à roulement ou un palier à glissement.
Par exemple, le revêtement est disposé radialement entre la bague extérieure et la bague intérieure.
Par exemple, le revêtement est déposé sur la surface intérieure et/ou la surface extérieure de la bague extérieure.
Par exemple, le revêtement est déposé sur la surface intérieure et/ou la surface extérieure de la bague intérieure.
Avantageusement, le palier comprend au moins une rangée d’éléments roulants disposée radialement dans des chemins de roulements pratiqués respectivement sur la surface extérieure de la bague intérieure et la surface intérieure de la bague extérieure et une cage configurée pour maintenir l’espacement circonférentiel entre lesdites éléments roulants. Le revêtement est disposé sur chacun des éléments roulants et/ou sur la cage.
Par exemple, le palier comprend deux rangées d’éléments roulants.
Les éléments roulants sont, par exemple, des billes. En variante, on pourrait prévoir d’autres types d’éléments roulants, tels que par exemple des rouleaux ou des aiguilles.
Par exemple, le palier comprend au moins un élément d’étanchéité monté radialement entre les bagues extérieure et intérieure, le revêtement étant situé sur au moins une partie l’élément d’étanchéité, tel que, par exemple, sur une lèvre d’étanchéité en contact de frottement avec la bague intérieure.
Selon un autre mode de réalisation, le palier est un palier lisse, le revêtement étant disposé sur la surface extérieure et/ou sur l’alésage dudit palier lisse.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un revêtement configuré pour être déposé sur au moins un élément d’un palier et comportant au moins un capteur intégré dans ledit revêtement, ledit capteur étant un nanocapteur comprend au moins une nanoparticule.
  • Par exemple, le revêtement est déposé sur une surface par des techniques de dépôt sous vide, par exemple par pulvérisation physique, dite «physical vapour deposition», d’acronyme «PVD» ou «plasma assisted chemical vapour deposition», d’acronyme «PACVD» en termes anglo-saxons. On pourrait également prévoir l’imprégnation d’au moins un des bagues du palier par d’autres techniques d’imprégnation..
Brève description des figures
La présente invention sera mieux comprise à l’étude de la description détaillée de modes de réalisation, pris à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels:
est une vue en perspective d’un dispositif de rouleau comprenant un palier comportant un revêtement selon un mode de réalisation de l’invention ; et
est une vue en perspective d’un palier à roulement comprenant un revêtement selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée de l’invention
Les expressions «extérieur» et «intérieur» font référence à l’axe de rotation Y-Y des paliers, les parties intérieures sont plus proches de l’axe de rotation que les parties extérieures.
Sur la figure 1 est représenté un dispositif de rouleau suiveur de came, désigné par la référence générale 10, pouvant, par exemple, être utilisé dans une pompe d’injection de carburant destinée à un moteur à combustion interne.
Le dispositif 10 comprend un poussoir ou corps 12 et un rouleau 14 monté à rotation par rapport au corps et destiné à venir en appui contre une came synchronisée avec un arbre à cames du moteur à combustion interne ou directement contre une came dudit arbre. Le corps 12 délimite un évidement 12a ouvert vers l’extérieur et à l’intérieur duquel est monté le rouleau 14. Le rouleau 14 s’étend radialement en saillie à l’extérieur du corps 12. Le corps 12 peut avantageusement être obtenu à faible coût par forgeage ou par découpe, emboutissage et pliage à partir d’un flanc de tôle d’épaisseur mince.
Le dispositif 10 comprend également un arbre 16, d’axe Y-Y, monté sur le corps 12 et supportant le rouleau 14. L’arbre 16 de support comprend une surface extérieure 16a cylindrique axiale autour de laquelle est monté le rouleau 14. Les extrémités de l’arbre 16 sont montées à l’intérieur de orifices 17, 18 traversants ménagés sur le corps 12 axialement en regard l’un par rapport à l’autre. L’arbre 16 est fixé par tout moyen approprié sur le corps 12. La portion de la surface extérieure 16a laissée libre par le corps 12 forme une portée extérieure de montage. La portée extérieure est située axialement entre les extrémités de l’arbre 16 logées à l’intérieur des trous 17, 18 du corps.
Le rouleau 14 comprend un alésage 14a cylindrique axial formant une surface intérieure, et une surface extérieure 14b cylindrique axiale radialement opposée audit alésage. La surface extérieure 14b du rouleau forme une surface de contact destinée à venir en appui contre la came associée du moteur à combustion interne.
Le dispositif 10 comprend en outre un palier 19 lisse interposé radialement entre le rouleau 14 et l’arbre 16. Le palier 19 lisse présente une forme de manchon annulaire et est coaxial au rouleau 14 et à l’arbre 16. Le palier 19 comprend une surface extérieure 19a cylindrique axiale montée radialement en contact contre l’alésage 14a du rouleau 14, et un alésage 19b cylindrique axial opposé monté radialement en contact direct avec la portée extérieure du palier 19.
La portée extérieure de l’arbre 16 forme une portée de montage pour le palier lisse 19 qui supporte le rouleau 14. Le palier 19 lisse peut être fixé sur le rouleau 14, ou sur l’arbre 16 ou encore monté libre à rotation entre eux. Le rouleau 14 est monté libre à rotation par rapport à la portée extérieure de l’arbre 16.
Dans l’exemple illustré, le rouleau 14 est monté libre en translation par rapport à ladite portée extérieure de l’arbre 16.
Le palier 19 lisse est réalisé en matériau configuré pour limiter le frottement entre le rouleau 14 et l’arbre 16. Par exemple, le palier 19 lisse est réalisé en carbone amorphe, d’acronyme «DLC».
Le palier 19 lisse comprend, sur sa surface extérieure 19a et/ou sur son alésage 19b, un revêtement (non référencé) pouvant être déposé, par exemple, par des techniques de dépôt sous vide, par exemple par pulvérisation physique, dite «physical vapour deposition», d’acronyme «PVD» ou «plasma assisted chemical vapour deposition», d’acronyme «PACVD» en termes anglo-saxons. On pourrait également prévoir l’imprégnation d’au moins un des bagues du palier par d’autres techniques d’imprégnation.
Le revêtement comprend un ou plusieurs nanocapteurs (non représentés) intégrés dans ledit revêtement. Par exemple, les nanocapteurs peuvent être sous la forme de nanoparticules.
Un capteur à nanoparticules ou nanocapteur caractérise tout capteur effectuant une opération à l’échelle nanométrique et configuré pour transmettre un signal à l’échelle macroscopique.
Par «nanoparticule», on entend un nano-objet dont les trois dimensions sont à l’échelle nanométrique, c’est-à-dire une particule dont le diamètre nominal est inférieur à environ 100nm.
Chacun des nanocapteurs est configuré pour communiquer sans fil avec un récepteur extérieur (non représenté) au palier lisse 19.
Sur la figure 2 est représenté un palier à roulement, référencé 20 dans son ensemble, tel qu’un palier à double rangées de billes.
Le palier à roulement 20 comprend une bague extérieure 22, une bague intérieure 24, et deux rangées 26a, 26b d’éléments roulants radialement disposés entre lesdites bagues 22, 24. Tel qu’illustré, les éléments roulants sont des billes. En variante, on pourrait prévoir d’autres types d’éléments roulants, tels que par exemple des rouleaux ou des aiguilles. On pourrait également prévoir une seule rangée d’éléments roulants.
Tel qu’illustré, les éléments roulants de chaque rangée d’éléments roulants 26a, 26b sont maintenus circonférentiellement à l’intérieur d’une cage 28a, 28b. Chaque cage 28a, 28b peut comprendre une pluralité d’alvéoles configurées pour logées les éléments roulants et assurer leur maintien avec un espacement circonférentiel régulier.
Telle qu’illustré, la bague intérieure 24 est massive et est délimitée radialement par une surface cylindrique intérieure 24a et une surface cylindrique extérieure 24b et axialement par deux surfaces radiales frontales opposées 24c, 24d.
La bague intérieure 24 comporte, sur sa surface cylindrique extérieure 24b, deux gorges toroïdales 24e, 24f formant chemins de roulement pour les éléments roulants. La bague intérieure 24 peut être fabriquée par tournage ou formage d’une ébauche en acier, ladite ébauche étant ensuite rectifiée et éventuellement rodée à l’endroit du chemin de roulement afin de procurer à la bague intérieure 24 ses caractéristiques géométriques et son état de surface final.
Telle qu’illustré, la bague extérieure 22 est massive et est délimitée radialement par une surface cylindrique intérieure 22a et une surface cylindrique extérieure 22b et axialement par deux surfaces radiales frontales opposées 22c, 22d.
La surface cylindrique intérieure 22a de la bague extérieure 22 comporte, deux gorges toroïdales 22e, 22f formant chemins de roulement pour les éléments roulants.
En variante, on pourrait prévoir sur la surface cylindrique intérieure 22a de la bague extérieure 22 forme une surface de roulement pour les éléments roulants.
La bague extérieure 22 peut être fabriquée par tournage ou formage d’une ébauche en acier, ladite ébauche étant ensuite rectifiée et éventuellement rodée à l’endroit du chemin de roulement afin de procurer à la bague extérieure 22 ses caractéristiques géométriques et son état de surface final.
Tel qu’illustré, le palier à roulement 20 comprend un élément d’étanchéité 29 monté radialement entre les bagues 22, 24. En variante, on pourrait prévoir deux éléments d’étanchéité montés radialement entre les bagues 22, 24 de chaque côté des éléments roulants 26a, 26b. Tel qu’illustré, l’élément d’étanchéité 29 est un joint d’étanchéité radial comprenant une lèvre d’étanchéité (non référencée) en contact de frottement radial sur la surface extérieure 24b de la bague intérieure 24. En variante, on pourrait prévoir la lèvre d’étanchéité de l’élément d’étanchéité pourrait être en contact de frottement radial sur la surface intérieure 22a de la bague extérieure 22.
Tel qu’illustré, le palier à roulement 20 comprend en outre un premier revêtement 30 situé sur la surface intérieure 22a de la bague intérieure 22, notamment sur les deux gorges toroïdales 22e, 22f formant chemins de roulement pour les éléments roulants.
Tel qu’illustré, le palier à roulement 20 comprend un deuxième revêtement 32 situé sur la surface intérieure 24a de la bague intérieure 24.
Tel qu’illustré, le palier à roulement 20 comprend un troisième revêtement 34b, 34b situé sur chacune des cages 28a, 28b, notamment sur leur surface extérieure. En variante, le troisième revêtement 34b, 34b situé pourrait être situé sur la surface intérieure de chacune des cages ou sur un des côtés latéraux des cages.
Tel qu’illustré, le palier à roulement 20 comprend un quatrième revêtement 36 situé sur la surface extérieure 22b de la bague extérieure 22.
Tel qu’illustré, le palier à roulement 20 comprend un cinquième revêtement 38 situé sur la lèvre d’étanchéité de l’élément d’étanchéité 29.
Tel qu’illustré, le palier à roulement 20 comprend un sixième revêtement 39 situé sur chacun des éléments roulants.
Chacun des revêtements 30, 32, 34a, 34b, 36, 38, 39 comprend un ou plusieurs nanocapteurs (non représentés) intégré dans ledit revêtement. Par exemple, les capteurs peuvent être sous la forme de nanoparticules.
Les nanocapteurs peuvent être identiques ou différents d’un revêtement à l’autre.
Chacun des nanocapteurs est configuré pour communiquer sans fil avec un récepteur extérieur (non représenté) au palier à roulement 20. Chacun des revêtements 30, 32, 34a, 34b, 36, 38, 39 est déposé sur la surface associée, par des techniques de dépôt sous vide, par exemple par pulvérisation physique, dite «physical vapour deposition», d’acronyme «PVD» ou «plasma assisted chemical vapour deposition», d’acronyme «PACVD» en termes anglo-saxons. On pourrait également prévoir l’imprégnation d’au moins un des bagues du palier par d’autres techniques d’imprégnation.
Dans l’exemple illustré sur la figure 2, le palier à roulement comprend une pluralité de revêtements comportant un ou plusieurs nanocapteurs. En variante, on pourrait prévoir que le palier à roulement comporte un nombre différent de revêtements, par exemple un seul revêtement, deux, trois, quatre ou cinq revêtements ou un nombre supérieur à six revêtements.
Le revêtement pourrait s’appliquer à tout type de palier ou de roulement, tel que par exemple un roulement de butée d’embrayage.
Grace l’intégration d’un revêtement à nanocapteurs dans un palier, le temps d’assemblage des capteurs sur les paliers est réduit et la surveillance de l’état des paliers est améliorée.

Claims (10)

  1. Palier (19, 20) comprenant au moins un revêtement (30, 32, 34a, 34b, 36, 38, 39) comportant au moins un capteur intégré dans ledit revêtement, ledit capteur étant un nanocapteur comprend au moins une nanoparticule.
  2. Palier (20) selon la revendication 1, comprenant au moins une bague extérieure (22) et une bague intérieure (24), le revêtement (30, 32, 34a, 34b, 36, 38, 39) étant disposé sur au moins un élément du palier.
  3. Palier (20) selon la revendication 2, dans lequel le revêtement (30) est disposé radialement entre la bague extérieure (22) et la bague intérieure (24).
  4. Palier (20) selon la revendication 3, dans lequel le revêtement (30; 36) est déposé sur la surface intérieure (22a) et/ou la surface extérieure (22b) de la bague extérieure (12).
  5. Palier (20) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le revêtement (32) est déposé sur la surface intérieure (24a) et/ou la surface extérieure (24b) de la bague intérieure (24).
  6. Palier (20) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, comprenant en outre au moins une rangée d’éléments roulants (26a, 26b) disposée radialement dans des chemins de roulements (24e, 24f; 22e, 22f) pratiqués respectivement sur la surface extérieure (24b) de la bague intérieure (24) et la surface intérieure (22a) de la bague extérieure (22) et une cage (28a, 28b) configurée pour maintenir l’espacement circonférentiel entre lesdites éléments roulants, le revêtement (39, 34a, 34b) étant disposé sur chacun des éléments roulants et/ou sur la cage (28a, 28b).
  7. Palier (20) selon la revendication 6, dans lequel les éléments roulants sont des billes.
  8. Palier (20) selon l’une quelconque des revendications 2 à 7, comprenant au moins un élément d’étanchéité (29) monté radialement entre les bagues extérieure et intérieure (22, 24), le revêtement (38) étant situé sur au moins une partie l’élément d’étanchéité (29).
  9. Palier (19) selon la revendication 1, dans lequel le palier (19) est un palier lisse, le revêtement étant disposé sur la surface extérieure (19a) et/ou sur l’alésage (19b) dudit palier lisse (19).
  10. Revêtement (30, 32, 34a, 34b, 36, 38, 39) configuré pour être déposé sur au moins un élément d’un palier (19, 20) et comportant au moins un capteur intégré dans ledit revêtement, ledit capteur étant un nanocapteur comprend au moins une nanoparticule.
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