EP4274975A1 - Courroie de transmission de puissance presentant un comportement bimodule en fonctionnement - Google Patents

Courroie de transmission de puissance presentant un comportement bimodule en fonctionnement

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Publication number
EP4274975A1
EP4274975A1 EP21856932.5A EP21856932A EP4274975A1 EP 4274975 A1 EP4274975 A1 EP 4274975A1 EP 21856932 A EP21856932 A EP 21856932A EP 4274975 A1 EP4274975 A1 EP 4274975A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
belt
equal
elongation
reinforcing element
developed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21856932.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christophe Le Clerc
Magaly BROUSSEAU
Nathan Muller
Eric MC CORMICK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA filed Critical Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Publication of EP4274975A1 publication Critical patent/EP4274975A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F16G1/08—Driving-belts made of rubber with reinforcement bonded by the rubber
    • F16G1/10—Driving-belts made of rubber with reinforcement bonded by the rubber with textile reinforcement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16G1/16—Driving-belts made of plastics with reinforcement bonded by the plastic material
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    • F16G5/08—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section made of rubber with reinforcement bonded by the rubber with textile reinforcement
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    • F16G5/00—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section
    • F16G5/20—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section with a contact surface of special shape, e.g. toothed

Definitions

  • the field of the present invention is that of power transmission belts, in particular those driven by friction.
  • a power transmission belt comprising a belt ply comprising reinforcing elements comprising an assembly of three multifilament strands of aramid known under the trade name of Twaron 2100 at 168 Tex and a multifilament strand of nylon 6,6 known under the trade name of Enka Nylon at 94 Tex.
  • the diameter of this reinforcing element is 0.85 mm and the force at 2% elongation developed by the belt ply on the diameter of the reinforcing element is 12.0 daN/mm.
  • the object of the invention is to obtain a belt with easy mounting while having good torque transmission performance in a sustainable manner.
  • the subject of the invention is a power transmission belt comprising one or more reinforcing elements embedded in a polymeric composition.
  • the belt is such that:
  • the ratio of the maximum tangent modulus MP2 in the range from 1 to 10% elongation developed by the belt to the tangent modulus at 1% elongation MP1 developed by the belt MP2/MP1 is greater than or equal to 2, 00;
  • the force at 2% elongation developed by the belt over the width of the belt is less than or equal to 120.0 daN/cm.
  • power transmission belt we mean closed or open belts.
  • the belt is preferably used with pulleys, and sometimes with a tensioning system such as a tensioning roller or a movement of a pulley.
  • the closed or continuous belt is usable on a system of pulleys with a substantially fixed dimension; the endless open belt (in English "endless belt”) can be used by cutting and adjusting to the size of the system and welding, attaching by thermal effect and or adding of a connector.
  • V-belt flat friction power transmission belts with rectangular, trapezoidal (in English “V-belt”), hexagonal or toric section, there are also twin or ribbed V-belts in the direction of the length (in English “ribbed V-belt”) which enormously increases the contact surface between the pulley and the belt, it works by adhesion of the teeth on the pulley.
  • power transmission belts by ribbed friction in the transverse direction which limits the energy dissipated by the bending of the belt (in English “cogged belt”).
  • the belt can be synchronous.
  • a synchronous belt is a toothed belt which ensures a transmission by obstacle and not by adhesion.
  • the power transmission belts are elastic belts, therefore with a low initial elastic modulus.
  • These belts are easy to assemble, sometimes manually. These belts are often devoid of tensioning systems and therefore relatively simple to implement. Depending on the lengths of the belts, and the complexity of the tensioning system, it is necessary to extend the elastic belt by 0.5 to 6% and in most cases between 1 and 3%.
  • the tension developed by the belt at 2% elongation is representative of the ability to easily position the belt in the groove(s) of the pulleys.
  • these belts are particularly relevant for drive systems with pulleys positioned at fixed distances.
  • reinforcing element an element allowing the mechanical reinforcement of a matrix in which this reinforcing element is intended to be embedded.
  • any interval of values denoted by the expression "between a and b" represents the range of values going from more than a to less than b (that is to say bounds a and b excluded) while any interval of values denoted by the expression “from a to b” signifies the range of values going from a to b (i.e. including the strict bounds a and b ).
  • the compounds mentioned in the description may be of fossil or biosourced origin. In the latter case, they can be, partially or totally, derived from biomass or obtained from renewable raw materials derived from biomass. In the same way, the compounds mentioned can also come from the recycling of materials already used, that is to say they can be, partially or totally, from a recycling process, or obtained from materials raw materials themselves from a recycling process. This particularly concerns strands, filaments, polymers, plasticizers, fillers, etc.
  • maximum tangent modulus MP2 in the interval going from 1 to 10% of elongation developed by the reinforcing element we mean the maximum tangent modulus by calculating the derivative of the Force-Elongation curve obtained from a force/width-elongation curve obtained by applying the ASTM D 378 standard of 2016 ranging from 1% to 10% elongation.
  • tangent modulus at 1% elongation MP1 developed by the reinforcing element we mean the tangent modulus by calculating the derivative of the force/width-elongation curve obtained by applying the ASTM D 378 standard from 2016 to 1 % elongation.
  • force at 2% elongation developed by the belt is meant the force measured at 2% obtained from a force/width-elongation obtained by applying the ASTM D 378 standard of 2016 to the abscissa point 2% of this same curve.
  • the interval according to the invention of the ratio of the maximum tangent modulus MP2 in the interval going from 1 to 10% elongation developed by the belt on the tangent modulus at 1% elongation MP1 developed by the belt corresponds to the operating range when tensioning the belt which allows the transmission of the engine torque.
  • slippage between the belt and the pulleys causes transmission efficiency losses.
  • the elastic belts of the state of the art tend to creep, that is to say to stretch plastically in an irreversible way which can make them non-functional.
  • the force at 2% elongation developed by the belt over the width of the belt is less than or equal to 100.0 daN/cm and preferably less than or equal to 80.0 daN/cm.
  • the power transmission belt is obtained by a method comprising a step of embedding one or more reinforcing elements in a polymeric composition then a step of curing to form the belt in which the reinforcing element is such that:
  • the ratio of the maximum tangent modulus MR2 in the interval going from 1 to 10% elongation developed by the reinforcement element on the tangent modulus at 1% elongation MR1 developed by the reinforcement element MR2/MR1 is greater than or equal to 2.00;
  • the force at 2% elongation developed by the reinforcing element on the diameter of the reinforcing element is strictly less than 11.0 daN/mm.
  • FIG 4 a force-elongation curve of the reinforcing elements of the prior art and reinforcing elements according to the invention. This curve is representative of what happens in the belt during its assembly when it is under little stress, i.e. at low deformations (elongation between 0 and 2%), and at the highest stresses during its operation, that is to say at elongations between 1 and 10%.
  • maximum tangent modulus MR2 in the range from 1 to 10% elongation developed by the reinforcing element, is meant the maximum tangent modulus by calculating the derivative of the Force-Elongation curve obtained from a force-elongation curve obtained by applying the ASTM D 885/D 885M - 10a standard of 2014 ranging from 1% to 10% elongation after a standard pretension of 0.5 cN/tex of the reinforcing element [023]
  • tangent modulus at 1% elongation MR1 developed by the reinforcing element we mean the tangent modulus by calculating the derivative of the Force-Elongation curve obtained from a force-elongation curve obtained by applying the standard ASTM D 885/D 885M
  • the tangent modulus is measured directly before the step of embedding the reinforcing element in the belt ply, that is to say without any other step modifying the tangent modulus properties takes place between its last shaping step (twisting or heat treatment) and the step of embedding in the polymeric composition.
  • force at 2% elongation developed by the reinforcing element is meant the force measured at 2% obtained from a force-elongation curve obtained under the conditions of standard ASTM D 885/D 885M - 10a of 2014 at the 2% abscissa point of this same curve, which occurs just after a standard pretension of 0.5 cN/tex of the reinforcement element.
  • the diameter of a reinforcing element is the diameter of the smallest circle in which the reinforcing element is circumscribed.
  • the interval according to the invention of the ratio of the maximum tangent modulus MR2 in the interval going from 1 to 10% elongation developed by the reinforcing element on the tangent modulus at 1% elongation MR1 developed by the reinforcement element corresponds to the domain operation when tensioning the belt strand which allows the transmission of the engine torque.
  • the slips between the belt and the pulleys cause transmission efficiency losses.
  • the applicant has observed that with bimodule behavior as defined in this interval, the slips were lower at power iso-transmission.
  • the elastic belts of the state of the art tend to creep, that is to say to stretch plastically in an irreversible manner, which can make them non-functional.
  • the force at 2% elongation developed by the reinforcing element on the diameter of the reinforcing element is the force necessary for good fitment of the belt.
  • the belt comprises a single belt ply consisting of a polymeric body comprising several reinforcing elements.
  • the reinforcing elements are arranged side by side parallel to each other in a longitudinal direction X substantially perpendicular to the general direction Y along which the reinforcing elements of the belt ply extend.
  • each reinforcing element comprises an assembly comprising at least one multifilament strand of aromatic polyamide or aromatic copolyamide, and at least one multifilament strand of aliphatic polyamide or polyester.
  • One effect of using a hybrid reinforcing element comprising an assembly of at least one multifilament strand of aromatic polyamide or aromatic copolyamide and at least one multifilament strand of aliphatic polyamide or polyester is to obtain a bimodule curve, that is to say which has a relatively low modulus at low deformations and a relatively high modulus at high deformations.
  • the belt ply has a relatively low modulus at low deformations, in this case driven by that of the aliphatic polyamide strand, which allows good mountability.
  • the belt reinforcement elements have a relatively high modulus at high deformations, in this case controlled by that of the strand(s) of aromatic polyamide or aromatic copolyamide, which will make it possible to prevent slipping and allow good transmission of torque under high stresses.
  • aromatic polyamide or aromatic copolyamide By multifilament strand of aromatic polyamide or aromatic copolyamide, one recalls in a well-known way that it is a filament of linear macromolecules formed of aromatic groups linked together by amide bonds of which at least 85% are directly linked to two aromatic nuclei, and more particularly poly ( p-phenylene terephthalamide) (or PPTA), which have been manufactured for a very long time from optically anisotropic spinning compositions.
  • aromatic polyamides or aromatic copolyamides mention may be made of polyarylamides (or PAA, in particular known under the trade name Ixef from Solvay), poly(metaxylylene adipamide), polyphthalamides (or PPA, in particular known under the trade name Amodel from the company Solvay), or para-aramids (or poly(paraphenylene terephthalamide or PA PPD-T, in particular known under the trade name Kevlar from the company Du Pont de Nemours or Twaron from the company Teijin).
  • PAA polyarylamides
  • PAA poly(metaxylylene adipamide)
  • PPA polyphthalamides
  • para-aramids or poly(paraphenylene terephthalamide or PA PPD-T, in particular known under the trade name Kevlar from the company Du Pont de Nemours or Twaron from the company Teijin.
  • multifilament strand of aliphatic polyamide is meant a filament of linear macromolecules of polymers or copolymers containing amide functions not having aromatic rings and which can be synthesized by polycondensation between a carboxylic acid and an amine.
  • aliphatic polyamides mention may be made of the nylons PA4.6, PA6, PA6.6 or else PA6.10, and in particular Zytel from the company DuPont, Technyl from the company Solvay or Rilsamid from the company Arkema.
  • polyester strand By multifilament polyester strand, it is recalled that it is a filament of linear macromolecules formed of groups linked together by ester bonds.
  • Polyesters are made by polycondensation by esterification between a dicarboxylic acid or one of its derivatives a diol.
  • polyethylene terephthalate can be made by polycondensation of terephthalic acid and ethylene glycol.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • PBN polybutylene naphthalate
  • PPT polypropylene terephthalate
  • PPN polypropylene naphthalate
  • the MR2/MR1 ratio is greater than or equal to 2.50, preferably greater than or equal to 3.00.
  • the MR2/MR1 ratio is less than or equal to 20.00, preferably less than or equal to 15.00.
  • the force at 2% elongation developed by the reinforcing element (R) on the diameter of the reinforcing element (R) is less than or equal to 8.0 daN/mm.
  • the force at 2% elongation developed by the reinforcing element (R) on the diameter of the reinforcing element (R) is greater than or equal to 0.50 daN/mm and preferably greater than or equal to 1.00 daN/mm.
  • the belt is a friction power transmission belt.
  • the diameter of the reinforcing element is less than or equal to 2.00 mm, preferably less than or equal to 1.00 mm and more preferably less than or equal to 0.50 mm.
  • each reinforcing element comprises an assembly consisting of a single multifilament strand of aromatic polyamide or aromatic copolyamide, and a single multifilament strand of aliphatic polyamide or polyester, the strands being wound together helix around each other.
  • each carcass reinforcement element is balanced in torsion.
  • the multifilament strand of aromatic polyamide or aromatic copolyamide and the multifilament strand of aliphatic polyamide or polyester are assembled together and are helically wound around each other.
  • each reinforcing element comprises an assembly consisting of two multifilament strands of aromatic polyamide or aromatic copolyamide, and a single multifilament strand of aliphatic polyamide or polyester, the strands being wound together in a helix to form a layer.
  • assembly it is meant that the assembly does not comprise any other multifilamentary strand than the two multifilamentary strands of aromatic polyamide or aromatic copolyamide and of aliphatic polyamide.
  • each carcass reinforcement element is balanced in torsion.
  • the characteristics that follow apply to the two embodiments described above.
  • constituted assembly it is meant that the assembly does not comprise any multifilament strand other than the two multifilament strands of aromatic polyamide or aromatic copolyamide or of polyester.
  • substantially zero residual torsion is meant that the residual torsion is strictly less than 2.5% of the torsion R4.
  • the titer of the multifilament strand(s) of aromatic polyamide or aromatic copolyamide is greater than or equal to 10 tex and preferably greater than or equal to 20 tex.
  • the titer of the multifilament strand(s) of aromatic polyamide or aromatic copolyamide is less than or equal to 100 tex, preferably less than or equal to 80 tex and more preferably less than or equal to 60 tex .
  • the titer of the multifilament strand of aliphatic polyamide or polyester is greater than or equal to 10 tex, preferably greater than or equal to 20 tex.
  • the titer of the multifilament strand of aliphatic polyamide or polyester is less than or equal to 100 tex, preferably less than or equal to 80 tex and more preferably less than or equal to 60 tex.
  • the titer (or linear density) of each strand is determined according to the ASTM D1423 standard. The title is given in tex (weight in grams of 1000 m of product, as a reminder: 0.111 tex equal to 1 denier).
  • the twist of each multifilament strand of the reinforcing element ranges from 200 to 700 turns per meter and preferably from 250 to 650 turns per meter.
  • the torsion of the reinforcing element can be measured by any method known to those skilled in the art, for example in accordance with standard ASTM D 885/D 885M - 10a of 2014.
  • the density of reinforcing elements in the belt ranges from 96 to 250 reinforcing elements per decimeter of belt, preferably from 140 to 220 reinforcing elements per decimeter of belt.
  • the density of reinforcing elements in the belt ply is the number of reinforcing elements taken over one decimeter of the belt ply in the direction (X) perpendicular to the direction (Y) in which the reinforcing elements run parallel to each other.
  • the edge-to-edge distance between the reinforcing elements typically represents 10 to 50% of the value of the diameter of the reinforcing element. Taking a typical value of 30% of the diameter, the belt ply has a density of 96 to 250 threads per decimeter for a diameter of the reinforcing element ranging from 0.3 to 0.8 mm allowing its manufacture and use. in power transmission belt. The skilled person may set this value according to the manufacturing constraints (viscosity of the polymeric composition) or the conditions of use.
  • the polymeric composition is a composition of the polyurethane type.
  • a composition of the polyurethane type consists of a diisocyanate-terminated prepolymer which is cured with a diamine or a diol, and can be extended with other polymeric diamines or diols.
  • Other additives may optionally be included to impart various properties, including, but not limited to, cure catalysts, plasticizers, antistatic agents, colorants, and fillers.
  • the reinforcing elements are arranged alternately with a final twist Z and S in the direction (X) perpendicular to the direction (Y) of the belt.
  • the belt has a shape of the continuous type having an external geometry of the trapezoidal, trapezoidal type with longitudinal or transverse ridges or ribs, circular, semicircular, oblong, rectangular or a combination of these shapes.
  • the belt has a welded endless type shape of rectangular, trapezoidal, trapezoidal external geometry with longitudinal or transverse ridges or ribs, circular, semicircular, oblong or a combination of these shapes.
  • FIG. 6 illustratively shown in FIG. 6 are power transmission belts according to the invention of semicircular or even rectangular shape.
  • FIG. 1 is a representation of a power transmission belt P according to the invention.
  • Figure 2 illustrates the polymeric body 20 of Figure 1;
  • FIG. 3 illustrates a dynamometric test
  • FIG. 4 illustrates force-elongation curves of a reinforcing element EC of a belt of the prior art and that of the reinforcing elements R1, R3, R4 and R5 of the belts according to the invention;
  • FIG. 1 a power transmission belt P according to the invention of the continuous type having an external geometry of the trapezoidal type.
  • the power transmission belt P is intended for driving a component in rotation any.
  • the power transmission belt comprises a polymeric body 20 made from a polyurethane matrix and in which are embedded reinforcing elements R to form the belt ply.
  • the power transmission belt P also comprises a mechanical drive layer 22 also made of polyurethane in contact with the polymeric body 20.
  • the mechanical drive layer 22 is provided with several ribs 24 each extending in a general direction Y substantially perpendicular to a longitudinal direction X of the belt P.
  • Each rib 24 has a trapezoidal shape in cross section.
  • the general directions of the ribs 24 are substantially parallel to each other.
  • the ribs 24 extend over the entire length of the belt P. These ribs 24 are intended to be engaged in grooves or grooves of complementary shape, for example carried by pulleys on which the belt is intended to be mounted.
  • the belt P is the belt P4 with the elements of the reinforcements R4.
  • the belt P comprises a single belt ply N4 consisting of a polymeric body 20 comprising several reinforcing elements R4 as shown in Figure 2.
  • the polymeric body 20 comprises several reinforcing elements R4.
  • the reinforcing elements are arranged side by side parallel to each other in a longitudinal direction X substantially perpendicular to the general direction Y along which the reinforcing elements of the belt ply extend.
  • the reinforcing element R4 comprises an assembly consisting of a multifilament strand of aromatic polyamide or aromatic copolyamide and a multifilament strand of aliphatic polyamide, the two strands being wound together in a helix .
  • the P4 belt reinforcement element is torsionally balanced.
  • the aromatic polyamide chosen here is preferably a para-aramid, known under the trade name TWARON 1000 or TWARON 2040 from the company TEIJIN.
  • the aliphatic polyamide is nylon, known under the trade name TYP632 470f68 from the company NEXIS
  • the title of the aromatic polyamide or aromatic copolyamide strand is greater than or equal to 10 tex and preferably greater than or equal to 20 tex and is less than or equal to 100 tex, preferably less than or equal to 80 tex and more preferably less than or equal to 60 tex.
  • the title of the aramid strand is equal to 55 tex.
  • the titer of the aliphatic polyamide strand is greater than or equal to 20 tex, preferably greater than or equal to 30 tex and more preferably greater than or equal to 40 tex and is less than or equal to 100 tex , preferably less than or equal to 80 tex and more preferably less than or equal to 60 tex.
  • the title of the nylon strand is equal to 47 tex.
  • the twist of each multifilament strand of the reinforcing element from 240 to 700 turns per meter and preferably from 250 to 650 turns per meter. In this case, the twist of each multifilament strand of the reinforcing element R4 is equal to 350 turns per meter.
  • the diameter of the reinforcing element R4 is less than or equal to 2.00 mm, preferably less than or equal to 1.00 mm and more preferably less than or equal to 0.60 mm.
  • MR2/MR1 The ratio of the maximum tangent modulus MR2 in the range from 1 to 10% elongation developed by the reinforcing element R4 to the tangent modulus at 1% elongation MR1 developed by the reinforcing element R4 , MR2/MR1 is greater than or equal to 2.00 and preferably greater than or equal to 2.50, and more preferably greater than or equal to 3.00; this MR2/MR1 ratio is less than or equal to 20.00, preferably less than or equal to 15.00.
  • MR2/MR1 9.3.
  • the force at 2% elongation developed by the reinforcing element R4 on the diameter of the reinforcing element is strictly less than 11.00 daN/mm and preferably less than or equal to 8.00 daN/ mm; this force is greater than or equal to 0.50 daN/mm and preferably greater than or equal to 1.00 daN/mm.
  • the force at 2% elongation developed by the reinforcing element R4 on the diameter of the reinforcing element is equal to 2.3 daN/mm.
  • the density of the reinforcing element R4 in the belt P4 ranges from 96 to 250 reinforcing elements per decimetre of belt P4, preferably from 140 to 220 reinforcing elements per decimetre of belt P4.
  • the density of reinforcement elements R4 is equal to 179 reinforcement elements R4 per decimetre of belt P4.
  • each monofilament yarn in English "yarn" is first individually twisted on itself according to an initial twist equal to 350 turns per meter in a given direction, here the Z direction, to form a strand or surtors (in English "strand").
  • each monofilament yarn is first individually twisted on itself according to an initial twist equal to 350 turns per meter in a given direction, here the direction S, to form a strand or overtwist. Then, during a second step, the two strands are then twisted together according to a final twist equal to 350 turns per meter in the Z direction to obtain the assembly of the reinforcing element.
  • the belt P4 is manufactured by embedding in a polymer composition several reinforcing elements R4 by inserting the reinforcing elements assembled in S and Z according to the embodiments described above in a mold. During the drowning step, the reinforcing elements are drowned in a polymeric composition, for example in polyurethane. Finally, the blank thus obtained is cross-linked to obtain the P4 belt.
  • Tables 1 and 2 below summarize the geometric characteristics of control belts C1, C3 and C3, prior art belts (PEDT and PC) and belts according to the invention P1 to P6.
  • NC means that the measurements were not taken on these different belts.
  • a third variant has finally been made in the configuration of pulleys free to move relative to each other.
  • a pretension of 22.7 kg was imposed, and a torque variation was imposed between 2.71 N.m and 7.45 N.m.
  • the slip i.e. the variation in rotational speed between the driving and braking pulleys, was measured. In a conventional operating regime, the slip is less than 5% and preferably less than 3%.
  • Table 3 shows the resistance to the decrease in tension of the belts tested during the test with fixed pulleys. Good resistance to voltage decay is indicated by the lowest possible value at a time by measuring the percentage of voltage loss between 100s and 400,000s. This table also indicates the resistance to creep, i.e. to elongation during a test with imposed tension and mobile pulleys between 10,000 and 400,000s.
  • the belts P4 and P5 according to the invention have both a resistance to the decrease in tension greater than the belt of the prior art NC and control C3 and what is more, a resistance to significantly better creep compared to the state of the art NC belt.
  • the P4 and P5 belts also have a greater capacity to transmit a high torque for a given slip level (5% or 10%).
  • the belts according to the invention therefore have very good resistance to tension decrease, improved creep resistance and improved ability to transmit a mechanical torque.
  • the invention indeed consists of a power transmission belt comprising one or more reinforcing elements embedded in a polymeric composition.
  • the belt is such that:
  • the ratio of the maximum tangent modulus MP2 in the range from 1 to 10% elongation developed by the belt to the tangent modulus at 1% elongation MP1 developed by the belt MP2/MP1 is greater than or equal to 2, 00; and - the force at 2% elongation developed by the belt (P) over the width of the belt is less than or equal to 120.0 daN/cm.

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Abstract

L'invention concerne une courroie de transmission de puissance (P) comprenant un ou des éléments de renfort (R) noyés dans une composition polymérique (20). La courroie est telle que : - le rapport du module tangent maximal MP2 dans l'intervalle allant de 1 à 10% d'allongement développé par la courroie (P) sur le module tangent à 1% d'allongement MP1 développé par la courroie (P) MP2/MP1 est supérieur ou égal à 2,00; et - la force à 2% d'allongement développée par la courroie (P) sur la largeur de la courroie (P) est inférieure ou égale à 120,0 daN/cm. La courroie (P) est obtenue par un procédé comprenant une étape de noyage d'un ou des éléments de renfort (R) dans une composition polymérique (20) puis une étape de cuisson pour former la courroie (P) dans laquelle l'élément de renfort (R) est tel que : - le rapport du module tangent maximal MR2 dans l'intervalle allant de 1 à 10% d'allongement développé par l'élément de renfort (R) sur le module tangent à 1% d'allongement MR1 développé par l'élément de renfort (R) MR2/MR1 est supérieur ou égal à 2,00; et - la force à 2% d'allongement développée par l'élément de renfort (R) sur le diamètre de l'élément de renfort est strictement inférieure à 11,0 daN/mm.

Description

Courroie de transmission de puissance présentant un comportement bimodule en fonctionnement
[001] Le domaine de la présente invention est celui des courroies de transmission de puissance en particulier celle entraînées par friction.
[002] On connaît de l’état de la technique, notamment de WO97/06297, une courroie de transmission de puissance comprenant une nappe de courroie comprenant des éléments de renfort comprenant un assemblage de trois brins multifilamentaires d’aramide connu sous le nom commercial de Twaron 2100 à 168 Tex et d’un brin multifilamentaire de nylon 6,6 connu sous le nom commercial de Enka Nylon à 94 Tex. Le diamètre de cet élément de renfort est de 0,85 mm et la force à 2% d’allongement développée par la nappe de courroie sur le diamètre de l’élément de renfort est de 12,0 daN/mm.
[003] Or, il est souhaitable d’avoir une nappe de courroie avec une bonne montabilité, c’est- à-dire suffisamment d’élongation sous faible charge pour pouvoir l’installer sur la courroie et lorsque la nappe est en fonctionnement, il est souhaitable qu’elle présente des bonnes performances en transmission du couple avec un faible glissement et un fluage réduit.
[004] On connaît également dans l’état de la technique la demande US20030171181 décrivant des courroies à comportement élastique avec un faible module initial comprenant un empilement de nappes de courroie à angles. Elles présentent les désavantages suivants : les nappes de courroie doivent être découpées, orientées et empilées lors de leur fabrication et une fois fabriquées, les éléments renforts coupés affleurent sur le bord de la corroie ce qui pose des problèmes de pérennité dans le fonctionnement de la courroie.
[005] L’invention a pour but d’obtenir une courroie avec une montabilité aisée tout en ayant de bonnes performances de transmission de couple de manière pérenne.
[006] L’invention a pour objet une courroie de transmission de puissance comprenant un ou des éléments de renfort noyés dans une composition polymérique. La courroie est telle que :
- le rapport du module tangent maximal MP2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par la courroie sur le module tangent à 1% d’allongement MP1 développé par la courroie MP2/MP1 est supérieur ou égal à 2,00 ; et
- la force à 2% d’allongement développée par la courroie sur la largeur de la courroie est inférieure ou égale à 120,0 daN/cm.
[007] Par courroie de transmission de puissance, on entend des courroies fermées ou ouvertes. La courroie est utilisée, de préférence, avec des poulies, et parfois avec un système de mise en tension tel qu’un galet tendeur ou un déplacement d’une poulie. La courroie fermée ou continue est utilisable sur un système de poulies avec une dimension sensiblement fixée ; la courroie ouverte (en anglais « endless belt ») sans fin est utilisable par découpe et ajustement à la dimension du système et soudure, rattache par effet thermique et ou l’ajout d’un connecteur. Il existe des courroies de transmission de puissance par friction plates de section rectangulaire, trapézoïdale (en anglais « V-belt »), hexagonale ou torique, il existe également des courroies de transmission de puissance par friction trapézoïdales jumelées ou striées dans le sens de la longueur (en anglais « ribbed V-belt ») ce qui augmente énormément la surface de contact entre la poulie et la courroie, elle fonctionne par adhérence de la denture sur la poulie. Il existe des courroies de transmission de puissance par friction striée dans le sens transverse qui limite l’énergie dissipée par la flexion de la courroie (en anglais « cogged belt »). La courroie peut être synchrone. Une courroie synchrone est une courroie dentée qui assure une transmission par obstacle et non par adhérence.
[008] De préférence, les courroies de transmission de puissance sont des courroies élastiques donc avec un module élastique initial faible. Ces courroies présentent un montage aisé parfois manuel. Ces courroies sont souvent dépourvues de systèmes de mise en tension et donc relativement simples à mettre en oeuvre. Selon les longueurs des courroies, et la complexité du système de mise en tension, il est nécessaire d’étendre la courroie élastique de 0.5 à 6% et dans la majorité des cas entre 1 et 3%. La tension développée par la courroie à 2% d’allongement est représentative de la capacité à positionner aisément la courroie dans la ou les gorges des poulies.
[009] Sans se limiter à cet usage, ces courroies sont particulièrement pertinentes pour les systèmes d’entrainement à poulies positionnées à distance fixes.
[010] Par élément de renfort, on entend un élément permettant le renforcement mécanique d’une matrice dans laquelle cet élément de renfort est destiné à être noyé.
[011] Dans la présente description, sauf indication expresse différente, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs allant de plus de a à moins de b (c’est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de a jusqu'à b (c’est- à-dire incluant les bornes strictes a et b).
[012] Les composés mentionnés dans la description peuvent être d'origine fossile ou biosourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse. De la même manière, les composés mentionnés peuvent également provenir du recyclage de matériaux déjà utilisés, c’est-à-dire qu’ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus d’un procédé de recyclage, ou encore obtenus à partir de matières premières elles-mêmes issues d’un procédé de recyclage. Sont concernés notamment les brins, filaments, polymères, les plastifiants, les charges, etc.
[013] On a représenté sur la figure 5, une courbe force/largeur-élongation d’une courroie selon l’invention en appliquant la norme ASTM D 378 de 2016. La norme est appliquée avec les modifications suivantes : la machine de test est équipée de deux poulies de 25,4 mm de diamètre adaptées aux courroies à tester sans blocage de la courroie dans des mâchoires, la vitesse de traction utilisée est 50,8 mm/min.
[014] Par module tangent maximal MP2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par l’élément de renfort, on entend le module tangent maximal en calculant la dérivée de la courbe Force-Allongement obtenue à partir d’une courbe force/largeur- élongation obtenue en appliquant la norme ASTM D 378 de 2016 allant de 1% à 10% d’élongation.
[015] Par module tangent à 1 % d’allongement MP1 développé par l’élément de renfort, on entend le module tangent en calculant la dérivée de la courbe force/largeur-élongation obtenue en appliquant la norme ASTM D 378 de 2016 à 1% d’élongation.
[016] Par force à 2% d’allongement développée par la courroie, on entend la force mesurée à 2% obtenue à partir d’une force/largeur-élongation obtenue en appliquant la norme ASTM D 378 de 2016 au point d’abscisse 2% de cette même courbe.
[017] L’intervalle selon l’invention du rapport du module tangent maximal MP2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par la courroie sur le module tangent à 1% d’allongement MP1 développé par la courroie correspond au domaine de fonctionnement lors de la mise en tension de la courroie qui permet la transmission du couple moteur. Lors de l’augmentation de la transmission de puissance, les glissements entre la courroie et les poulies engendrent des pertes d’efficience de transmission. La demanderesse a constaté qu’avec un comportement bimodule tel que défini dans cet intervalle, les glissements étaient plus faibles à iso-transmission de puissance. Par ailleurs avec le temps, les courroies élastiques de l’état de la technique ont tendance à fluer, c’est-à-dire à s’allonger plastiquement de manière irréversible ce qui peut les rendre non fonctionnelles. La demanderesse a constaté que le fluage était fortement limité dans le cas d’un comportement bimodule marqué dans l’intervalle défini ci-dessus assurant ainsi une plus grande longévité dans le fonctionnement de la courroie. Au cours du temps, ce fluage peut induire une perte de tension dans les courroies élastiques. Ce comportement bimodule dans l’intervalle défini ci-dessus traduit par le rapport MP2/MP1 supérieur ou égal à 2,0 permet de réduire le fluage de la nappe de courroie avec une transmission de couple élevée.
[018] La force à 2% d’allongement développée par la courroie sur la largeur de la courroie est la force nécessaire pour une bonne montabilité de celle-ci.
[019] Avantageusement, la force à 2% d’allongement développée par la courroie sur la largeur de la courroie est inférieure ou égale à 100,0 daN/cm et de préférence inférieure ou égale à 80,0 daN/cm.
[020] Selon l’invention, la courroie de transmission de puissance est obtenue par un procédé comprenant une étape de noyage d’un ou des éléments de renfort dans une composition polymérique puis une étape de cuisson pour former la courroie dans laquelle l’élément de renfort est tel que :
- le rapport du module tangent maximal MR2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par l’élément de renfort sur le module tangent à 1% d’allongement MR1 développé par l’élément de renfort MR2/MR1 est supérieur ou égal à 2,00 ; et
- la force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort sur le diamètre de l’élément de renfort est strictement inférieure à 11 ,0 daN/mm.
[021] On a représenté sur la figure 4, une courbe force-allongement des éléments de renfort de l’état de la technique et des éléments de renfort selon l’invention. Cette courbe est représentative de ce qui se passe dans la courroie lors de son montage lorsqu’elle est peu sollicitée, c’est-à-dire aux faibles déformations (allongement compris entre 0 et 2%), et aux plus fortes sollicitations lors de son fonctionnement, c’est-à-dire aux allongements compris entre 1 et 10%.
[022] Par module tangent maximal MR2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par l’élément de renfort, on entend le module tangent maximal en calculant la dérivée de la courbe Force-Allongement obtenue à partir d’une courbe force-allongement obtenue en appliquant la norme ASTM D 885/D 885M - 10a de 2014 allant de 1% à 10% d’allongement après une prétension standard de 0,5 cN/tex de l’élément de renfort [023] Par module tangent à 1% d’allongement MR1 développé par l’élément de renfort, on entend le module tangent en calculant la dérivée de la courbe Force-Allongement obtenue à partir d’une courbe force-allongement obtenue en appliquant la norme ASTM D 885/D 885M
- 10a de 2014 à 1% d’allongement après une prétension standard de 0,5 cN/tex de l’élément de renfort.
[024] Dans le cas de l’élément de renfort, le module tangent est mesuré directement avant l’étape de noyage de l’élément de renfort dans la nappe de courroie, c’est-à-dire sans qu’aucune autre étape ne modifiant les propriétés de module tangent n’ait lieu entre sa dernière étape de mise en forme (retordage ou traitement thermique) et l’étape de noyage dans la composition polymérique.
[025] Par force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort, on entend la force mesurée à 2% obtenue à partir d’une courbe force-allongement obtenue dans les conditions de la norme ASTM D 885/D 885M - 10a de 2014 au point d’abscisse 2% de cette même courbe, qui intervient juste après une prétension standard de 0,5 cN/tex de l’élément de renfort.
[026] Par définition, le diamètre d’un élément de renfort est le diamètre du cercle le plus petit dans lequel est circonscrit l’élément de renfort.
[027] L’intervalle selon l’invention du rapport du module tangent maximal MR2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par l’élément de renfort sur le module tangent à 1% d’allongement MR1 développé par l’élément de renfort correspond au domaine de fonctionnement lors de la mise en tension du brin de la courroie qui permet la transmission du couple moteur. Lors de l’augmentation de la transmission de puissance, les glissements entre la courroie et les poulies engendrent des pertes d’efficience de transmission. La demanderesse a constaté qu’avec un comportement bimodule tel que défini dans cet intervalle, les glissements étaient plus faibles à iso-transmission de puissance. Par ailleurs avec le temps, les courroies élastiques de l’état de la technique ont tendance à fluer, c’est-à- dire à s’allonger plastiquement de manière irréversible ce qui peut les rendre non fonctionnelles. La demanderesse a constaté que le fluage était fortement limité dans le cas d’un comportement bimodule marqué dans l’intervalle défini ci-dessus assurant ainsi une plus grande longévité dans le fonctionnement de la courroie. Au cours du temps, ce fluage peut induire une perte de tension dans les courroies élastiques. Ce comportement bimodule dans l’intervalle défini ci-dessus traduit par le rapport MR2/MR1 supérieur ou égal à 2 permet de réduire le fluage de la nappe de courroie avec une transmission de couple élevée.
[028] La force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort sur le diamètre de l’élément de renfort est la force nécessaire pour une bonne montabilité de la courroie.
[029] Avantageusement, la courroie comprend une unique nappe de courroie constituée d’un corps polymérique comprenant plusieurs éléments de renfort. Les éléments de renfort sont agencés côte à côte parallèlement les uns aux autres selon une direction longitudinale X sensiblement perpendiculaire à la direction générale Y selon laquelle les éléments de renfort de la nappe de courroie s’étendent.
[030] Ainsi, la fabrication de la courroie est facilitée une seule nappe de courroie et avec des renforts sensiblement à 0 degrés avec un comportement bi-élastique.
[031] Avantageusement, chaque élément de renfort comprend un assemblage comprenant au moins un brin multifilamentaire de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique, et au moins un brin multifilamentaire de polyamide aliphatique ou de polyester.
[032] Un effet d’utiliser un élément de renfort hybride comprenant un assemblage d’au moins un brin multifilamentaire en polyamide aromatique ou copolyamide aromatique et d’au moins un brin multifilamentaire en polyamide aliphatique ou polyester est d’obtenir une courbe bimodule, c’est-à-dire qui présente un module relativement faible aux faibles déformations et un module relativement élevé aux fortes déformations. En effet, d’une part, la nappe de courroie présente un module relativement faible aux faibles déformations, en l’espèce piloté par celui du brin de polyamide aliphatique, qui permet une bonne montabilité. D’autre part, les éléments de renforts de courroie présentent un module relativement élevé aux fortes déformations, en l’espèce piloté par celui du ou des brin(s) de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique, qui va permettre d’éviter le glissement et permettre une bonne transmission du couple aux fortes sollicitations.
[033] Par brin multifilamentaire de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique, on rappelle de manière bien connue qu’il s’agit d’un filament de macromolécules linéaires formées de groupes aromatiques liés entre eux par des liaisons amides dont au moins 85% sont directement liées à deux noyaux aromatiques, et plus particulièrement de fibres en poly (p- phénylène téréphtalamide) (ou PPTA), fabriquées depuis fort longtemps à partir de compositions de filage optiquement anisotropes. Parmi les polyamides aromatiques ou copolyamides aromatiques, on pourra citer les polyarylamides (ou PAA, notamment connu sous la dénomination commerciale Ixef de la société Solvay), le poly(métaxylylène adipamide), les polyphtalamides (ou PPA, notamment connu sous la dénomination commerciale Amodel de la société Solvay), ou les para-aramides (ou poly(paraphénylène téréphtalamide ou PA PPD-T notamment connu sous la dénomination commerciale Kevlar de la société Du Pont de Nemours ou Twaron de la société Teijin).
[034] Par brin multifilamentaire de polyamide aliphatique, on entend un filament de macromolécules linéaires de polymères ou copolymères contenant des fonctions amides ne présentant pas de cycles aromatiques et pouvant être synthétisés par polycondensation entre un acide carboxylique et une amine. Parmi les polyamides aliphatiques, on pourra citer les nylons PA4.6, PA6, PA6.6 ou encore PA6.10, et notamment le Zytel de la société DuPont, le Technyl de la société Solvay ou le Rilsamid de la société Arkema.
[035] Par brin multifilamentaire de polyester, on rappelle qu’il s’agit d’un filament de macromolécules linéaires formées de groupes liés entre eux par des liaisons esters. Les polyesters sont fabriqués par polycondensation par estérification entre un diacide carboxylique ou de l’un de ses dérivés un diol. Par exemple le polyéthylène téréphtalate peut être fabriqué par polycondensation de l’acide téréphtalique et de l’éthylène glycol. Parmi les polyesters connus, on pourra citer le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyéthylène naphthalate (PEN), le polybutylène téréphthalate (PBT), le polybutylène naphthalate (PBN), le polypropylène téréphthalate (PPT) ou le polypropylène naphthalate (PPN).
[036] Avantageusement, le rapport MR2/MR1 est supérieur ou égal à 2,50, de préférence supérieur ou égal à 3,00.
[037] Avantageusement, le rapport MR2/MR1 est inférieur ou égal à 20,00, de préférence inférieur ou égal à 15,00.
[038] Avantageusement, la force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort (R) sur le diamètre de l’élément de renfort (R) est inférieure ou égale à 8,0 daN/mm.
[039] Avantageusement, la force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort (R) sur le diamètre de l’élément de renfort (R) est supérieure ou égale à 0,50 daN/mm et de préférence supérieure ou égale à 1 ,00 daN/mm.
[040] Avantageusement, la courroie est une courroie de transmission de puissance par friction.
[041] Avantageusement, le diamètre de l’élément de renfort est inférieur ou égal à 2,00 mm, de préférence inférieur ou égal à 1 ,00 mm et plus préférentiellement inférieur ou égal à 0,50 mm.
[042] Dans un premier mode de réalisation, chaque élément de renfort comprend un assemblage constitué d’un unique brin multifilamentaire de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique, et d’un unique brin multifilamentaire de polyamide aliphatique ou de polyester, les brins étant enroulés ensemble en hélice l’un autour de l’autre.
[043] Avantageusement, chaque élément de renfort de carcasse est équilibré en torsions. [044] Le brin multifilamentaire de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique et le brin multifilamentaire de polyamide aliphatique ou de polyester sont assemblés ensemble et sont enroulés en hélice l’un autour de l’autre.
[045] Dans un deuxième mode de réalisation, chaque élément de renfort comprend un assemblage constitué de deux brins multifilamentaires de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique, et d’un unique brin multifilamentaire de polyamide aliphatique ou de polyester, les brins étant enroulés ensemble en hélice pour former une couche.
[046] Par assemblage constitué, on entend que l’assemblage ne comprend pas d’autre brin multifilamentaire que les deux brins multifilamentaires de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique et de polyamide aliphatique.
[047] Avantageusement, chaque élément de renfort de carcasse est équilibré en torsions. [048] Les caractéristiques qui suivent s’appliquent aux deux modes de réalisation décrit ci- dessus.
[049] Par « assemblage constitué », on entend que l’assemblage ne comprend pas d’autre brin multifilamentaire que les deux brins multifilamentaires de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique ou de polyester.
[050] Par équilibré en torsions, dans les deux modes de réalisation de l’invention, on comprend que les brins multifilamentaires sont enroulés avec une torsion sensiblement identique et que la torsion des monofilaments de chaque brin multifilamentaire dans l’assemblage final est sensiblement nulle. En effet, le procédé de fabrication de ces éléments de renforts de carcasse, bien connu de l’état de la technique, comprend une première étape durant laquelle, chaque filé de monofilaments (en anglais « yarn ») est tout d’abord individuellement tordu sur lui-même (selon une torsion initiale R1 ’, R2’, R3’ avec R1’=R2’=R3’) dans une direction donnée D’=D1’=D2’=D3’ (respectivement sens S ou Z, selon une nomenclature reconnue désignant l’orientation des spires selon la barre transversale d’un S ou d’un Z), pour former un brin ou surtors (en anglais « strand ») dans lequel les monofilaments se voient imposer une déformation en hélice autour de l’axe du brin. Puis, au cours d’une seconde étape, les brins, sont ensuite retordus ensemble selon une torsion finale R4 telle que R4=R1 ’=R2’=R3’ en direction D4 opposée à la direction D’=D1 ’=D2’=D3’ (respectivement sens Z ou S), pour l’obtention de l’élément de renfort (en anglais « cord »). Cet élément de renfort est alors dit équilibré en torsion car les monofilaments des brins présentent, dans l’élément de renfort final, la même torsion résiduelle car R1’=R2’=R3’ et que cette torsion résiduelle est nulle ou sensiblement nulle car R4=R1 ’=R2’=R3’ et la direction D’=D1’=D2’=D3’ est opposée à la direction D4. Par torsion résiduelle sensiblement nulle, on entend que la torsion résiduelle est strictement inférieure à 2,5% de la torsion R4.
[051] De préférence, le titre du ou des brin(s) multifilamentaire(s) de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique est supérieur ou égal à 10 tex et de préférence supérieur ou égal à 20 tex.
[052] De préférence, le titre du ou des brin(s) multifilamentaire(s) de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique est inférieur ou égal à 100 tex, de préférence inférieur ou égal à 80 tex et plus préférentiellement inférieur ou égal à 60 tex.
[053] De préférence, le titre du brin multifilamentaire de polyamide aliphatique ou polyester est supérieur ou égal à 10 tex, de préférence supérieur ou égal à 20 tex.
[054] De préférence, laquelle le titre du brin multifilamentaire de polyamide aliphatique ou polyester est inférieur ou égal à 100 tex, de préférence inférieur ou égal à 80 tex et plus préférentiellement inférieur ou égal à 60 tex.
[055] Le titre (ou densité linéique) de chaque brin est déterminé selon la norme ASTM D1423. Le titre est donné en tex (poids en grammes de 1000 m de produit, pour rappel: 0, 111 tex égal à 1 denier).
[056] Avantageusement, la torsion de chaque brin multifilamentaire de l’élément de renfort va de 200 à 700 tours par mètre et de préférence de 250 à 650 tours par mètre.
[057] La mesure de la torsion de l’élément de renfort peut être réalisée par toute méthode connue par l’homme du métier, par exemple conformément à la norme ASTM D 885/D 885M - 10a de 2014.
[058] Avantageusement, la densité d’éléments de renfort dans la courroie va de 96 à 250 éléments de renfort par décimètre de courroie, de préférence de 140 à 220 éléments de renfort par décimètre de courroie.
[059] La densité d’éléments de renfort dans la nappe de courroie est le nombre d’éléments de renfort pris sur un décimètre de la nappe de courroie selon la direction (X) perpendiculaire à la direction (Y) selon laquelle le ou les éléments de renfort s’étendent parallèlement les uns aux autres.
[060] Pour utiliser de manière efficiente le renforcement tout en permettant la fabrication de la nappe de courroie, la distance bord à bord entre les éléments de renfort représente typiquement 10 à 50% de la valeur du diamètre de l’élément de renfort. En prenant une valeur typique de 30% du diamètre, la nappe de courroie présente une densité de 96 à 250 fils par décimètre pour un diamètre de l’élément de renfort allant de 0,3 à 0,8 mm permettant sa fabrication et son utilisation en courroie de transmission de puissance. L’homme du métier pourra fixer cette valeur selon les contraintes de fabrication (viscosité de la composition polymérique) ou les conditions d’usage.
[061] De préférence, la composition polymérique est une composition de type polyuréthane. [062] De façon courante pour l’homme du métier, une composition de type polyuréthanne consiste en un prépolymère à terminaison diisocyanate qui est durci avec une diamine ou un diol, et peut être allongé avec d'autres diamines ou diols polymères. D'autres additifs peuvent éventuellement être inclus pour conférer diverses propriétés, y compris, mais sans s'y limiter, des catalyseurs de durcissement, des plastifiants, des agents antistatiques, des colorants et des charges.
[063] Avantageusement, les éléments de renfort sont agencés alternativement avec une torsion finale Z et S selon la direction (X) perpendiculaire à la direction (Y) de la courroie. [064] Dans une première alternative, la courroie présente une forme de type continue présentant une géométrie externe de type trapézoïdale, trapézoïdale avec des stries ou nervures longitudinales ou transverses, circulaire, hémicirculaire, oblongue, rectangulaire ou une combinaison de ses formes.
[065] Dans une deuxième alternative, la courroie présente une forme de type sans fin soudée de géométrie externe rectangulaire, trapézoïdale, trapézoïdale avec des stries ou nervures longitudinales ou transverses, circulaire, hémicirculaire, oblongue ou une combinaison de ses formes.
[066] On a notamment représenté de façon illustrative sur la figure 6 des courroies de transmission de puissance selon l’invention de forme hémicirculaire ou encore rectangulaire. [067] L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation d’une courroie de transmission de puissance P selon l’invention ;
- la figure 2 illustre le corps polymérique 20 de la figure 1 ;
- la figure 3 illustre un test dynamométrique ;.
- la figure 4 illustre des courbes force-allongement d’un élément de renfort EC d’une courroie de l’état de la technique et de celui des éléments de renforts R1 , R3, R4 et R5 des courroies selon l’invention ;
- la figure 5 illustre une courbe force-allongement de la courroie P4 selon l’invention et ;
- la figure 6 une représentation d’autres courroies de transmission de puissance selon l’invention.
[068] EXEMPLE DE COURROIE P4 SELON L’INVENTION
[069] On a représenté sur la figure 1 une courroie de transmission de puissance P selon l’invention du type continue présentant une géométrie externe de type trapézoïdale. La courroie de transmission de puissance P est destinée à l’entrainement en rotation d’un organe quelconque. La courroie de transmission de puissance comprend un corps polymérique 20 réalisé dans une matrice de polyuréthane et dans lequel sont noyés des éléments de renfort R pour former la nappe de courroie. La courroie de transmission de puissance P comprend également une couche 22 d’entrainement mécanique également en polyuréthane au contact du corps polymérique 20. La couche d’entrainement mécanique 22 est pourvue de plusieurs nervures 24 s’étendant chacune selon une direction générale Y sensiblement perpendiculaire à une direction longitudinale X de la courroie P. Chaque nervure 24 présente une forme trapézoïdale en section transversale. Les directions générales des nervures 24 sont sensiblement parallèles entre elles. Les nervures 24 s’étendent sur toute la longueur de la courroie P. Ces nervures 24 sont destinées à être engagées dans des gorges ou des rainures de forme complémentaire, par exemple portées par des poulies sur lesquelles la courroie est destinée à être montée.
[070] Ici la courroie P est la courroie P4 avec les éléments des renforts R4.
[071] On va maintenant décrire en référence à la figure 2 le corps polymérique 20 de la figure 1. La courroie P comprend une unique nappe de courroie N4 constituée d’un corps polymérique 20 comprenant plusieurs éléments de renfort R4 comme illustré à la figure 2. [072] Le corps polymérique 20 comprend plusieurs éléments de renfort R4. Les éléments de renfort sont agencés côte à côte parallèlement les uns aux autres selon une direction longitudinale X sensiblement perpendiculaire à la direction générale Y selon laquelle les éléments de renfort de la nappe de courroie s’étendent.
La courroie de transmission de puissance P4 est telle que le rapport du module tangent maximal MP2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par la courroie P4 sur le module tangent à 1% d’allongement MP1 développé par la courroie P4 MP2/MP1 est supérieur ou égal à 2,00, ici il est MP2/MP1 = 3,5 et la force à 2% d’allongement développée par la courroie P4 sur la largeur de la courroie P4 est inférieure ou égale à 120,0 daN/cm, de préférence inférieure ou égale à 100,0 daN/cm et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 80,0 daN/cm, ici F à 2%= 74,7 daN/cm.
[073] On va décrire ci-dessous un élément de renfort de courroie R4 et l’assemblage correspondant.
[074] Nature des brins de l’élément de renfort
[075] Comme représenté schématiquement sur la figure 2, l’élément de renfort R4 comprend un assemblage constitué d’un brin multifilamentaires en polyamide aromatique ou copolyamide aromatique et d’un brin multifilamentaire en polyamide aliphatique, les deux brins étant enroulés ensemble en hélice. L’élément de renfort de courroie P4 est équilibré en torsions.
[076] Le polyamide aromatique choisi est ici de préférence un para-aramide, connu sous la dénomination commerciale TWARON 1000 ou le TWARON 2040 de la société TEIJIN. [077] Le polyamide aliphatique est le nylon, connu sous la dénomination commerciale TYP632 470f68 de la société NEXIS
[078] Titre de l’élément de renfort R4
[079] Dans l’élément de renfort, le titre du brin de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique est supérieur ou égal à 10 tex et de préférence supérieur ou égal à 20 tex et est inférieur ou égal à 100 tex, de préférence inférieur ou égal à 80 tex et plus préférentiellement inférieur ou égal à 60 tex. Ici le titre du brin d’aramide est égal à 55 tex.
[080] Dans l’élément de renfort, le titre du brin de polyamide aliphatique est supérieur ou égal à 20 tex, de préférence supérieur ou égal à 30 tex et plus préférentiellement supérieur ou égal à 40 tex et est inférieur ou égal à 100 tex, de préférence inférieur ou égal à 80 tex et plus préférentiellement inférieur ou égal à 60 tex. Ici le titre du brin de nylon est égal à 47 tex. [081] Torsion de l’élément de renfort R4
[082] Dans l’élément de renfort R4, la torsion de chaque brin multifilamentaire de l’élément de renfort de 240 à 700 tours par mètre et de préférence de 250 à 650 tours par mètre. En l’espèce, la torsion de chaque brin multifilamentaire de l’élément de renfort R4 est égale à 350 tours par mètre.
[083] Le diamètre de l’élément de renfort R4 est inférieur ou égal à 2,00 mm, de préférence inférieur ou égal à 1 ,00 mm et plus préférentiellement inférieur ou égal à 0,60 mm. Ici, l’élément de renfort R4 présente un diamètre D=0 ,43 mm.
[084] Courbe force-allongement du renfort R4
[085] Le rapport du module tangent maximal MR2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par l’élément de renfort R4 sur le module tangent à 1% d’allongement MR1 développé par l’élément de renfort R4, MR2/MR1 est supérieur ou égal à 2,00 et de préférence supérieur ou égal à 2,50, et plus préférentiellement supérieur ou égal à 3,00 ; ce rapport MR2/MR1 est inférieur ou égal à 20,00, de préférence inférieur ou égal à 15,00. Ici MR2/MR1= 9,3.
[086] La force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort R4 sur le diamètre de l’élément de renfort est strictement inférieure à 11 ,00 daN/mm et de préférence inférieure ou égale à 8,00 daN/mm ; cette force est supérieure ou égale à 0,50 daN/mm et de préférence supérieure ou égale à 1 ,00 daN/mm. Ici la force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort R4 sur le diamètre de l’élément de renfort est égale à 2,3 daN/mm.
[087] Caractéristiques géométriques de la nappe de courroie N4 [088] La densité de l’élément de renfort R4 dans la courroie P4 va de 96 à 250 éléments de renfort par décimètre de courroie P4, de préférence de 140 à 220 éléments de renfort par décimètre de courroie P4. Ici, la densité d’éléments de renfort R4 est égale à 179 éléments de renfort R4 par décimètre de courroie P4.
[089] PROCEDE DE FABRICATION DE L’ELEMENT DE RENFORT R4 [090] Comme décrit précédemment, l’élément de renfort R4 est équilibré en torsions, c’est- à-dire que les deux brins multifilamentaires sont enroulés avec une torsion sensiblement identique et que la torsion des monofilaments de chaque brin multifilamentaire est sensiblement nulle. Dans un mode de réalisation et dans une première étape, chaque filé de monofilaments (en anglais « yarn ») est tout d’abord individuellement tordu sur lui-même selon une torsion initiale égale à 350 tours par mètre dans une direction donnée, ici le sens Z, pour former un brin ou surtors (en anglais « strand »). Puis, au cours d’une seconde étape, les deux brins, sont ensuite retordus ensemble selon une torsion finale égale à 350 tours par mètre en direction S pour l’obtention de l’assemblage de l’élément de renfort (en anglais « cord »). [091] Dans un autre mode de réalisation et dans une première étape, chaque filé de monofilaments est tout d’abord individuellement tordu sur lui-même selon une torsion initiale égale à 350 tours par mètre dans une direction donnée, ici le sens S, pour former un brin ou surtors. Puis, au cours d’une seconde étape, les deux brins, sont ensuite retordus ensemble selon une torsion finale égale à 350 tours par mètre en direction Z pour l’obtention de l’assemblage de l’élément de renfort.
[092] PROCEDE DE FABRICATION DE LA COURROIE SELON L’INVENTION
[093] Le procédé de fabrication de la courroie est celui utilisé classiquement par l’homme du métier.
[094] On fabrique la courroie P4 en noyant dans une composition polymérique plusieurs éléments de renfort R4 en intercalant les éléments de renfort assemblés en S et en Z selon les modes de réalisation décrits précédemment dans un moule. Durant l’étape de noyage, on noie les éléments de renfort dans une composition polymérique, par exemple dans du polyuréthane. Enfin, on réticule l’ébauche ainsi obtenue pour obtenir la courroie P4.
[095] MESURES ET TESTS COMPARATIFS
[096] A titre d’exemple comparatif, on a pris deux courroies de l’état de la technique désignées respectivement par la référence générale PEDT et PC. On a également utilisé trois courroies C1 , C2 et C3 témoin.
[097] On a résumé dans les tableaux 1 et 2 ci-dessous les caractéristiques géométriques des courroies témoin C1 , C3 et C3, des courroies de l’état de la technique (PEDT et PC) et des courroies selon l’invention P1 à P6.
[098] On a également indiqué dans les tableaux 1 et 2 ci-dessous le résultat de montabilité des courroies, c’est-à-dire l’élongation sous faible charge pour pouvoir les installer sur la poulie.
[099] Le terme NC signifie que les mesures n’ont pas été effectuées sur ces différentes courroies. Tableau 1] [Tableau 21
[0100] Comparaison des courroies [0101] Pour analyser comparativement des courroies, des tests dynamométriques sur machine sont effectués tels qu’illustrés sur la figure 3. Le principe de ces tests est d’entraîner une courroie par le biais de deux poulies, une avec un couple moteur et l’autre avec un couple freineur. Le couple transmis est la différence entre ces deux couples et le glissement est la différence de vitesse de rotation de ces 2 poulies. Les différents essais ont été réalisés à une vitesse de rotation de 1750 tours par minutes.
[0102] Trois variantes de tests dynamométriques ont été effectués :
- Une première variante durant laquelle les poulies sont libres de se déplacer l’une par rapport à l’autre et la pré-tension imposée PT de 22,7kg reste fixe pendant l'essai. Dans ce cas, en imposant un couple de 2,71 N.m pendant 10Oh, il est possible de suivre la variation temporelle de position des poulies et ainsi l’allongement (en %) de la courroie ;
- Une deuxième variante pendant laquelle les poulies sont à distance maintenue fixe avec une pré-tension PT imposée initialement de 22,7kg. Par conséquent, en imposant un couple fixe de 2,71 N.m à la courroie pendant 100 heures, il est possible de suivre la décroissance au cours du temps de la tension dans la courroie par rapport à la prétension PT (en %) ;
- Une troisième variante a enfin été réalisée dans la configuration de poulies libres de se déplacer l’une par rapport à l’autre. Une prétension de 22,7kg a été imposée, et une variation du couple a été imposée entre 2,71 N.m et 7,45 N.m. Le glissement, c’est-à-dire la variation de vitesse de rotation entre les poulies motrice et freineuse a été mesurée. Dans un régime de fonctionnement classique, le glissement est inférieur à 5% et préférentiellement inférieur à 3%.
[0103] Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessous.
[0104] On a indiqué dans le tableau 3, la résistance à la décroissance de tension des courroies testées lors de test avec des poulies fixes. Une bonne résistance à la décroissance de tension est indiquée par la valeur la plus faible possible à la fois en mesurant le pourcentage de perte de tension entre 100s et 400 000 s. On a aussi indiqué dans ce tableau la résistance au fluage c’est-à-dire à l’allongement pendant un test à tension imposée et poulies mobiles entre 10 000 et 400 000s.
[0105] De la même façon, on a indiqué le couple maximale admissible pour obtenir un glissement inférieur respectivement à 5% et 10%, un bon passage du couple entre poulie motrice et freineuse est indiquée par la valeur la plus élevée possible.
[Tableau 3]
[0106] Ces résultats montrent que les courroies P4 et P5 selon l’invention présentent à la fois une résistance à la décroissance de tension supérieure à la courroie de l’état de la technique NC et témoin C3 et qui plus est, une résistance au fluage significativement meilleure par rapport à la courroie de l’état de la technique NC. Les courroies P4 et P5 présentent aussi une plus grande capacité à transmettre un couple important pour un niveau de glissement donné (5% ou 10%).
[0107] Les courroies selon l’invention présentent donc une très bonne résistance à la décroissance de tension, une résistance au fluage améliorée et une capacité améliorée à transmettre un couple mécanique.
[0108] Ainsi, comme le montrent les résultats ci-dessus, l’invention consiste bien en une courroie de transmission de puissance comprenant un ou des éléments de renfort noyés dans une composition polymérique. La courroie est telle que :
- le rapport du module tangent maximal MP2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par la courroie sur le module tangent à 1% d’allongement MP1 développé par la courroie MP2/MP1 est supérieur ou égal à 2,00 ; et - la force à 2% d’allongement développée par la courroie (P) sur la largeur de la courroie est inférieure ou égale à 120,0 daN/cm.
[0109] L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation précédemment décrits.
[0110] On pourra également combiner les caractéristiques des différents modes de réalisation et variantes décrits ou envisagés ci-dessus sous réserve que celles-ci soient compatibles entre elles et conformes à l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Courroie de transmission de puissance (P) comprenant un ou des éléments de renfort (R) noyés dans une composition polymérique (20), caractérisé en ce que la courroie (P) est telle que :
- le rapport du module tangent maximal MP2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par la courroie (P) sur le module tangent à 1% d’allongement MP1 développé par la courroie (P) MP2/MP1 est supérieur ou égal à 2,00 ; et
- la force à 2% d’allongement développée par la courroie (P) sur la largeur de la courroie (P) est inférieure ou égale à 120,0 daN/cm ; et dans laquelle la courroie (P) est obtenue par un procédé comprenant une étape de noyage d’un ou des éléments de renfort (R) dans une composition polymérique (20) puis une étape de cuisson pour former la courroie (P) dans laquelle l’élément de renfort (R) est tel que :
- le rapport du module tangent maximal MR2 dans l’intervalle allant de 1 à 10% d’allongement développé par l’élément de renfort (R) sur le module tangent à 1% d’allongement MR1 développé par l’élément de renfort (R) MR2/MR1 est supérieur ou égal à 2,00 ; et
- la force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort (R) sur le diamètre de l’élément de renfort est strictement inférieure à 11 ,0 daN/mm
2. Courroie (P) selon la revendication précédente, dans laquelle la force à 2% d’allongement développée par la courroie (P) sur la largeur de la courroie (P) est inférieure ou égale à 100,0 daN/cm et de préférence inférieure ou égale à 80,0 daN/cm.
3. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque élément de renfort (R) comprend un assemblage comprenant au moins un brin multifilamentaire de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique, et au moins un brin multifilamentaire de polyamide aliphatique ou de polyester.
4. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le rapport MR2/MR1 est supérieur ou égal à 2,50, de préférence supérieur ou égal à 3,00.
5. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le rapport MR2/MR1 est inférieur ou égal à 20,00, de préférence inférieur ou égal à 15,00.
6. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort (R) sur le diamètre de l’élément de renfort (R) est inférieure ou égale à 8,0 daN/mm.
7. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la force à 2% d’allongement développée par l’élément de renfort (R) sur le diamètre de l’élément de renfort (R) est supérieure ou égale à 0,50 daN/mm et de préférence supérieure ou égale à 1 ,00 daN/mm.
8. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la courroie (P) est une courroie de transmission de puissance par friction.
9. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le diamètre de l’élément de renfort (R) est inférieur ou égal à 2,00 mm, de préférence inférieur ou égal à 1,00 mm et plus préférentiellement inférieur ou égal à 0,50 mm.
10. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle chaque élément de renfort (R) comprend un assemblage constitué d’un unique brin multifilamentaire de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique, et d’un unique brin multifilamentaire de polyamide aliphatique ou de polyester, les brins étant enroulés ensemble en hélice l’un autour de l’autre.
11. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle chaque élément de renfort (R) comprend un assemblage constitué de deux brins multifilamentaires de polyamide aromatique ou copolyamide aromatique, et d’un unique brin multifilamentaire de polyamide aliphatique ou de polyester, les brins étant enroulés ensemble en hélice pour former une couche.
12. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la densité d’éléments de renfort (R) dans la courroie (P) va de 96 à 250 éléments de renfort par décimètre de courroie (P), de préférence de 140 à 220 éléments de renfort par décimètre de courroie (P).
13. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la composition polymérique est une composition de type polyuréthane.
14. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les éléments de renfort (R) sont agencés alternativement avec une torsion finale Z et S selon la direction (X) perpendiculaire à la direction (Y) de la courroie (P).
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