FR2863706A1 - Mechanical load measuring device for e.g. dryer`s antifriction bearing, has insulator disposed in contact with external ring of antifriction bearing, where ring acts as electrode and thickness of insulator varies according to applied load - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de mesure de charge sur un palier, palier à roulement etDevice for measuring load on a bearing, rolling bearing and
machine à tambour rotatif.rotary drum machine.
La présente invention relève du domaine des dispositifs de mesure de charge mécanique sur un palier, en particulier un palier à roulement. The present invention relates to the field of devices for measuring mechanical load on a bearing, in particular a rolling bearing.
On connaît à cet égard le document DE-A-101 36 438, qui décrit un roulement pourvu de capteurs piézoélectriques montés entre la bague extérieure et le logement de ladite bague extérieure. DE-A-101 36 438 discloses a bearing provided with piezoelectric sensors mounted between the outer ring and the housing of said outer ring.
Les capteurs piézoélectriques présentent l'inconvénient majeur de ne fournir les informations recherchées que lorsque le roulement tourne. Or, de nombreuses applications nécessitent de connaître les charges appliquées sur le roulement indépendamment de la rotation dudit roulement. Par ailleurs, les dispositifs existant à ce jour nécessitent des modifications de la structure du roulement pour l'intégration des capteurs, ce qui est coûteux. Les capteurs peuvent être disposés dans une encoche usinée par enlèvement de copeaux dans la bague extérieure. La fabrication de telles bagues est plus longue et génératrice de déchets. Piezoelectric sensors have the major disadvantage of providing the information sought only when the bearing rotates. However, many applications require knowledge of the loads applied to the bearing regardless of the rotation of said bearing. Moreover, existing devices require changes to the bearing structure for the integration of sensors, which is expensive. The sensors can be arranged in a notch machined by chip removal in the outer ring. The manufacture of such rings is longer and generates waste.
L'invention vise à remédier à ces inconvénients. The invention aims to remedy these drawbacks.
L'invention propose une mesure de charge sur un roulement standard, et ce, que le roulement soit en rotation ou non. The invention proposes a load measurement on a standard bearing, whether the bearing is rotating or not.
Le dispositif de mesure de charge sur un palier pourvu de deux bagues dont l'une peut tourner par rapport à l'autre, selon un aspect de l'invention, comprend au moins un condensateur pourvu d'électrodes et d'un isolant disposé entre les électrodes, l'une des électrodes étant formée par une des bagues du palier. L'épaisseur de l'isolant peut varier en fonction de la charge. Le dispositif comprend, en outre, un moyen de mesure de la capacité du condensateur, ladite capacité étant représentative de la charge appliquée perpendiculairement sur les électrodes. On peut ainsi mesurer la charge d'un palier à roulement standard fabriqué en grande série, lors de la rotation du palier ou lors d'une phase stationnaire. The load measuring device on a bearing provided with two rings, one of which is rotatable relative to the other according to one aspect of the invention, comprises at least one capacitor provided with electrodes and an insulator arranged between the electrodes, one of the electrodes being formed by one of the rings of the bearing. The thickness of the insulation may vary depending on the load. The device further comprises means for measuring the capacity of the capacitor, said capacitance being representative of the load applied perpendicularly to the electrodes. It is thus possible to measure the load of a standard rolling bearing manufactured in large series, during the rotation of the bearing or during a stationary phase.
On comprend que, avant montage du dispositif de mesure sur le palier, le dispositif de mesure se présente sous la forme d'un sous-ensemble comprenant l'autre électrode, l'isolant et le moyen de mesure de la capacité. It is understood that, before mounting the measuring device on the bearing, the measuring device is in the form of a subassembly comprising the other electrode, the insulator and the capacitance measuring means.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'isolant comprend une couche de matériau synthétique. Alternativement, l'isolant peut comprendre une couche de fluide. Avantageusement, l'isolant disposé entre les électrodes est soumis à une pré-charge. On peut ainsi contrôler la déformation de l'isolant en fonction de la charge. In one embodiment of the invention, the insulation comprises a layer of synthetic material. Alternatively, the insulation may comprise a fluid layer. Advantageously, the insulator disposed between the electrodes is subjected to a pre-charge. It is thus possible to control the deformation of the insulator as a function of the load.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend une pluralité de condensateurs comportant une électrode commune. En d'autres termes, on peut prévoir une pluralité d'électrodes disposées autour de l'isolant lorsque l'isolant est monté autour de la bague extérieure ou dans l'alésage de l'isolant lorsque l'isolant est monté dans l'alésage de la bague intérieure. La détermination de la charge est alors plus précise. On peut également détecter un éventuel balourd lors de la rotation. In one embodiment of the invention, the device comprises a plurality of capacitors having a common electrode. In other words, a plurality of electrodes arranged around the insulator can be provided when the insulator is mounted around the outer ring or in the bore of the insulator when the insulator is mounted in the bore. of the inner ring. The determination of the load is then more precise. One can also detect a possible imbalance during the rotation.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un seul condensateur. In another embodiment of the invention, the device comprises a single capacitor.
L'invention propose également un palier à roulement comprenant deux bagues dont l'une peut tourner par rapport à l'autre, au moins une rangée d'éléments roulants et un dispositif de détection de la charge appliquée au palier. Le dispositif de détection comprend au moins un condensateur pourvu d'électrodes et d'un isolant. L'une des électrodes est formée par une des bagues du palier. L'épaisseur de l'isolant peut varier en fonction de la charge appliquée. The invention also proposes a rolling bearing comprising two rings, one of which can rotate relative to the other, at least one row of rolling elements and a device for detecting the load applied to the bearing. The detection device comprises at least one capacitor provided with electrodes and an insulator. One of the electrodes is formed by one of the rings of the bearing. The thickness of the insulation may vary depending on the applied load.
Le dispositif de détection comprend, en outre, un moyen de détection de la capacité du condensateur, la capacité étant représentative de la charge. On entend ici par charge la charge mécanique à laquelle est soumis le palier à roulement. Un palier standard peut ainsi être équipé par une opération simple de montage d'un dispositif de mesure. La bague- électrode remplit alors une double fonction, une fonction mécanique de bague et une fonction électrique d'électrode. The detection device further comprises means for detecting the capacity of the capacitor, the capacitance being representative of the load. The term "load" here refers to the mechanical load to which the rolling bearing is subjected. A standard bearing can thus be equipped by a simple operation of mounting a measuring device. The electrode ring then performs a dual function, a ring mechanical function and an electrode electrical function.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le palier comprend un moyen de mesure de la capacité du condensateur. In one embodiment of the invention, the bearing comprises means for measuring the capacity of the capacitor.
Avantageusement, le palier comprend un manchon en contact avec l'autre électrode et un boîtier en contact avec le manchon, de façon que le manchon exerce un effort permanent sur l'autre électrode. Advantageously, the bearing comprises a sleeve in contact with the other electrode and a housing in contact with the sleeve, so that the sleeve exerts a permanent force on the other electrode.
Pour faciliter le montage, on peut prévoir que le manchon comprenne une surface tronconique en contact avec le boîtier. Le boîtier, de forme générale annulaire, peut comprendre une portion tronconique délimitée par une portion radiale dirigée vers l'extérieur et une portion radiale dirigée vers l'intérieur. To facilitate assembly, it can be provided that the sleeve comprises a frustoconical surface in contact with the housing. The housing, of generally annular shape, may comprise a frustoconical portion delimited by an outwardly directed radial portion and an inwardly directed radial portion.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le palier comprend une bague extérieure servant d'électrode et pourvue d'une surface extérieure cylindrique en contact avec l'isolant, l'autre électrode étant en contact avec un alésage cylindrique du manchon. In one embodiment of the invention, the bearing comprises an outer ring serving as an electrode and provided with a cylindrical outer surface in contact with the insulator, the other electrode being in contact with a cylindrical bore of the sleeve.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le palier comprend un capteur de paramètres de rotation monté sur un côté des bagues. In one embodiment of the invention, the bearing comprises a rotation parameter sensor mounted on one side of the rings.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le palier comprend un capteur de température dudit palier monté sur un côté des bagues. In one embodiment of the invention, the bearing comprises a temperature sensor of said bearing mounted on one side of the rings.
La présente invention concerne également une machine à tambour rotatif comprend un châssis non tournant, un tambour rotatif et au moins un palier comprenant une partie solidaire du châssis et une partie solidaire dudit tambour rotatif, le palier comportant un dispositif de capteur de charge permettant de déterminer, en association avec un dispositif de traitement du signal, la charge exercée sur ledit palier. The present invention also relates to a rotary drum machine comprising a non-rotating frame, a rotating drum and at least one bearing comprising a part integral with the frame and a part integral with said rotary drum, the bearing comprising a load sensor device making it possible to determine , in association with a signal processing device, the load exerted on said bearing.
La présente invention concerne également une machine à tambour rotatif, par exemple une machine à laver, comprenant un châssis non tournant, un tambour rotatif et au moins un palier comprenant une partie solidaire du châssis, une partie solidaire du tambour rotatif et un dispositif de mesure de la charge du palier. Le dispositif de mesure comprend un condensateur pourvu d'au moins deux électrodes et d'un isolant. L'une des électrodes est formée par une des bagues du palier. L'isoIant est d'épaisseur variable en fonction de la charge. Le dispositif de mesure comprend, en outre, un moyen de mesure de la capacité du condensateur, ladite capacité étant représentative de la charge. The present invention also relates to a rotary drum machine, for example a washing machine, comprising a non-rotating chassis, a rotating drum and at least one bearing comprising a part integral with the chassis, a part integral with the rotary drum and a measuring device. bearing load. The measuring device comprises a capacitor provided with at least two electrodes and an insulator. One of the electrodes is formed by one of the rings of the bearing. The insulation is of variable thickness depending on the load. The measuring device further comprises means for measuring capacitor capacitance, said capacitance being representative of the load.
En d'autres termes, l'une des deux bagues du roulement est utilisée comme électrode du condensateur, et l'autre électrode est disposée en regard de ladite bague et séparée de celle-ci par un isolant dont l'épaisseur peut varier avec la charge. In other words, one of the two rings of the bearing is used as the electrode of the capacitor, and the other electrode is disposed facing said ring and separated therefrom by an insulator whose thickness may vary with the charge.
L'invention permet donc de réaliser un palier à roulement instrumenté susceptible de fournir de nombreuses informations utiles au pilotage d'une machine, et ce de façon fiable et économique. The invention thus makes it possible to produce an instrumented rolling bearing capable of providing a great deal of information useful for controlling a machine, in a reliable and economical manner.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement selon un aspect de l'invention; -la figure 2 est une vue de détail en coupe transversale du condensateur; - la figure 3 est une vue schématique et partielle de face en élévation d'une variante d'un palier à roulement voisin de celui de la figure 1, complétée par un schéma électrique; et -la figure 4 est un diagramme montrant l'évolution de la charge en fonction de la capacité du condensateur. The present invention will be better understood on studying the detailed description of some embodiments illustrated by the appended drawings, in which: FIG. 1 is a view in axial section of a rolling bearing according to one aspect of the invention; invention; FIG. 2 is a cross-sectional detail view of the capacitor; FIG. 3 is a diagrammatic and partial elevational side view of a variant of a rolling bearing close to that of FIG. 1, supplemented by an electric diagram; and FIG. 4 is a diagram showing the evolution of the charge as a function of capacitance of the capacitor.
Comme on peut le voir sur la figure 1, un palier à roulement 1 comprend une bague extérieure 2 pourvue d'un chemin de roulement 3, une bague intérieure 4 pourvue d'un chemin de roulement 5, une rangée d'éléments roulants 6, ici des billes, disposés entre les chemins de roulement 3 et 5, une cage 7 de maintien de l'espace circonférentiel des éléments roulants 6, et un flasque d'étanchéité 8 monté sur la bague extérieure 2 et venant former un passage étroit avec une portée cylindrique 4b de la bague intérieure 4, tout en étant disposé radialement entre les deux bagues 2 et 4 et axialement entre les éléments roulants 6 et l'une des surfaces latérales 2a, 4a des bagues 2, 4. Le flasque d'étanchéité 8 est monté dans une rainure annulaire 9 formée dans la bague extérieure 2, à proximité de sa surface latérale radiale 2a. Du côté opposé, la bague extérieure 2 est également pourvue d'une rainure 10, symétrique à la rainure 9, par rapport à un plan passant par le centre des éléments roulants 6. As can be seen in FIG. 1, a rolling bearing 1 comprises an outer race 2 provided with a raceway 3, an inner race 4 provided with a raceway 5, a row of rolling elements 6, here balls, arranged between the raceways 3 and 5, a cage 7 for maintaining the circumferential space of the rolling elements 6, and a sealing flange 8 mounted on the outer ring 2 and forming a narrow passage with a cylindrical bearing surface 4b of the inner ring 4, while being arranged radially between the two rings 2 and 4 and axially between the rolling elements 6 and one of the lateral surfaces 2a, 4a of the rings 2, 4. The sealing flange 8 is mounted in an annular groove 9 formed in the outer ring 2, near its radial lateral surface 2a. On the opposite side, the outer ring 2 is also provided with a groove 10, symmetrical with the groove 9, with respect to a plane passing through the center of the rolling elements 6.
Un bloc-capteur, référencé 11 dans son ensemble, est solidaire de la bague extérieure 2 et comprend un support 12, par exemple une carte de circuit imprimé, un capot métallique 13 présentant une forme de coupelle annulaire à section transversale en L dont une extrémité forme un passage étroit avec une surface frontale 4b de la bague intérieure 4, un élément capteur 14, par exemple une cellule à effet Hall, fixé sur le support 12, et un aimant 15 également fixé sur le support 12. Un élément-codeur 16, de forme annulaire, à section en L, comprend une branche axiale 16a emmanchée sur une portée cylindrique extérieure de la bague intérieure 4 du côté opposé au flasque 8 et une branche radiale 16b s'étendant vers l'extérieur à partir de la branche axiale 16a. La branche radiale 16b est pourvue de fenêtres ou d'encoches, non représentées, et est disposée avec un faible entrefer par rapport au capteur 14. Le codeur 16, réalisé en matériau magnétique, perturbe le champ magnétique généré par l'aimant 15 lors de la rotation de la bague intérieure 4 par rapport à la bague extérieure 2. La perturbation générée est détectée par le capteur 14, ce qui permet de générer un signal électrique représentatif de la rotation du codeur 16. A sensor block, referenced 11 as a whole, is integral with the outer ring 2 and comprises a support 12, for example a printed circuit board, a metal cap 13 having an annular cup shape with an L-shaped cross section, one end of which forms a narrow passage with a front surface 4b of the inner ring 4, a sensor element 14, for example a Hall effect cell, fixed on the support 12, and a magnet 15 also fixed on the support 12. A coder element 16 , of annular shape, of L-shaped section, comprises an axial branch 16a fitted on an outer cylindrical surface of the inner ring 4 on the opposite side to the flange 8 and a radial branch 16b extending outwards from the axial branch 16a. The radial branch 16b is provided with windows or notches, not shown, and is arranged with a small gap with respect to the sensor 14. The encoder 16, made of magnetic material, disturbs the magnetic field generated by the magnet 15 during the rotation of the inner ring 4 with respect to the outer ring 2. The generated perturbation is detected by the sensor 14, which makes it possible to generate an electrical signal representative of the rotation of the encoder 16.
Un boîtier 17, de forme générale annulaire, comprend une portion radiale annulaire 17a en contact à proximité de son alésage avec la face radiale 2a de la bague extérieure 2, une portion légèrement tronconique 17b, présentant une pente de l'ordre de 9 à 13% par rapport à l'axe du roulement, s'étendant à partir de l'extrémité de grand diamètre de la portion radiale 17a en entourant le palier à roulement 1, et une bride radiale 17c dirigée vers l'extérieur à partir de l'extrémité de la portion tronconique 17b opposée à la portion radiale 17a. A housing 17, of generally annular shape, comprises an annular radial portion 17a in contact near its bore with the radial face 2a of the outer ring 2, a slightly frustoconical portion 17b having a slope of the order of 9 to 13 % with respect to the axis of the bearing, extending from the large diameter end of the radial portion 17a surrounding the rolling bearing 1, and a radial flange 17c directed outwardly from the end of the frustoconical portion 17b opposite to the radial portion 17a.
Une pluralité de trous de fixation 18 sont formés dans la bride radiale 17c pour permettre une fixation du boîtier 17 et du palier à roulement 1 qui s'y trouve disposés au moyen de vis sur un autre élément, non représenté, tel qu'un châssis ou un bâti de machine à laver. A plurality of fixing holes 18 are formed in the radial flange 17c to allow attachment of the housing 17 and the rolling bearing 1 which is located there by means of screws on another element, not shown, such as a frame or a washing machine frame.
Il est encore prévu un manchon de serrage 19, réalisé en matériau synthétique, présentant une surface extérieure tronconique en concordance de forme avec la surface intérieure de la portion tronconique 17b du boîtier 17 et se présentant sous la forme d'un anneau fendu par une fente 20 occupant un faible secteur angulaire, afin de conférer audit anneau une certaine élasticité radiale. There is further provided a clamping sleeve 19, made of synthetic material, having a frustoconical outer surface conforming in shape with the inner surface of the frustoconical portion 17b of the housing 17 and being in the form of a ring split by a slot 20 occupying a small angular sector, in order to confer on said ring a certain radial elasticity.
En outre, le capot 17 est pourvu de crochets 17d formés sur sa surface intérieure au niveau de la liaison entre la bride radiale 17c et la portion tronconique 17b. Les crochets 17d sont en saillie vers l'intérieur et interfèrent diamétralement avec l'extrémité libre de grand diamètre du capot 13 en formant un moyen de retenue dudit capot 13. Le capot 13 est pourvu en outre d'une nervure annulaire 13a en saillie en direction du palier à roulement 1 et venant en appui sur le support 12, lui-même en appui axial sur un épaulement du manchon 19. In addition, the cover 17 is provided with hooks 17d formed on its inner surface at the connection between the radial flange 17c and the frustoconical portion 17b. The hooks 17d project inwards and interfere diametrically with the free end of large diameter of the cover 13 by forming a means for retaining said cover 13. The cover 13 is further provided with an annular rib 13a projecting from direction of the rolling bearing 1 and bearing on the support 12, itself bearing axially on a shoulder of the sleeve 19.
Un ensemble unitaire est ainsi formé, comprenant le palier à roulement 1 proprement dit, le boîtier 17, le manchon 19, le bloc-capteur 11 et le capot 13. Ledit ensemble unitaire peut être manipulé sans précautions particulières et est bien protégé contre le risque de démontage accidentel grâce à la coopération des crochets 17d du boîtier 17 avec le capot 13 et contre l'intrusion d'éléments extérieurs indésirables par le flasque d'étanchéité 8 et par le passage étroit formé entre une extrémité du capot 13 et la bague intérieure 4, l'autre extrémité du capot 13 étant en contact avec le boîtier 17. A unitary assembly is thus formed, comprising the rolling bearing 1 itself, the housing 17, the sleeve 19, the sensor unit 11 and the cover 13. Said unitary assembly can be handled without particular precautions and is well protected against the risk accidental disassembly through the cooperation of the hooks 17d of the housing 17 with the cover 13 and against the intrusion of undesirable external elements by the sealing flange 8 and the narrow passage formed between one end of the cover 13 and the inner ring 4, the other end of the cover 13 being in contact with the housing 17.
Le manchon fendu 19 présente, sur sa surface intérieure, une nervure 21 dirigée vers l'intérieur et offrant une surface d'appui à la surface radiale 2c de la bague extérieure 2 opposée à la surface radiale 2a. Le manchon fendu 19 comporte en outre une surface radiale 19a disposée à une faible distance de la portion radiale 17a du boîtier 17. Ladite faible distance peut être de l'ordre de quelques millimètres ou dizièmes de millimètres, mais en fonctionnement normal, restera strictement supérieure à zéro. On comprend que, en raison de la conicité de la portion tronconique 17b dont le diamètre se réduit à mesure que l'on se rapproche de la portion radiale 17a et que l'on s'éloigne de la bride radiale 17c, le manchon 19 peut coulisser dans la surface intérieure de ladite portion tronconique 17b tout en se resserrant légèrement, ce qui se traduit par un resserrement de la fente 20. The split sleeve 19 has, on its inner surface, a rib 21 directed inwards and providing a bearing surface to the radial surface 2c of the outer ring 2 opposite to the radial surface 2a. The split sleeve 19 further comprises a radial surface 19a disposed at a small distance from the radial portion 17a of the housing 17. Said short distance may be of the order of a few millimeters or tenths of a millimeter, but in normal operation, will remain strictly greater to zero. It is understood that, because of the conicity of the frustoconical portion 17b whose diameter is reduced as one approaches the radial portion 17a and that one moves away from the radial flange 17c, the sleeve 19 can slide in the inner surface of said frustoconical portion 17b while tightening slightly, which results in a tightening of the slot 20.
Entre la nervure 21 et la surface radiale d'extrémité 19a, le manchon 19 comprend un alésage 19b dans lequel est disposée une électrode 22 ainsi qu'un isolant 23 visible sur la figure 2. L'isolant 23 est disposé en contact avec la surface extérieure 2b de la bague extérieure 2, l'électrode 22 étant disposée entre la surface extérieure de l'isolant 23 et l'alésage 19b du manchon 19. Un doigt de contact 24 connecté au support 12 vient en contact avec la surface extérieure 2b de la bague extérieure 2. Sur le support 12 est également disposé un organe de mesure 25 de la capacité entre l'électrode 22 et la bague extérieure 2 qui forme également une électrode. Le capteur de mesure 25 est relié électriquement au doigt de contact 24 et à l'électrode 22. Between the rib 21 and the radial end surface 19a, the sleeve 19 comprises a bore 19b in which is disposed an electrode 22 and an insulator 23 visible in Figure 2. The insulator 23 is disposed in contact with the surface 2b outside the outer ring 2, the electrode 22 being disposed between the outer surface of the insulator 23 and the bore 19b of the sleeve 19. A contact finger 24 connected to the support 12 comes into contact with the outer surface 2b of the outer ring 2. On the support 12 is also disposed a measuring member 25 of the capacitance between the electrode 22 and the outer ring 2 which also forms an electrode. The measurement sensor 25 is electrically connected to the contact finger 24 and to the electrode 22.
En outre, le support 12 peut être équipé d'un module de traitement et de calcul 26 relié électriquement au capteur de mesure 25 et permettant de déduire la charge appliquée au roulement à partir de la capacité mesurée. La relation entre la charge et la capacité est illustrée sur la figure 4 et est soumise à un hystérésis. Pour éviter les effets de l'hystérésis, on cherche à se placer sur une partie relativement linéaire de la courbe afin de pouvoir interpréter facilement la charge en fonction de la capacité, la partie choisie de la courbe a été représentée en trait épais sur la figure 4. In addition, the support 12 may be equipped with a processing and calculation module 26 electrically connected to the measurement sensor 25 and to deduce the load applied to the bearing from the measured capacity. The relationship between charge and capacitance is illustrated in Figure 4 and is hysteresis. To avoid the effects of hysteresis, we try to place ourselves on a relatively linear part of the curve so that we can easily interpret the load as a function of capacity, the chosen part of the curve has been represented in thick lines in the figure 4.
Le palier à roulement 1 est maintenu radialement par rapport au boîtier 17 par l'intermédiaire de l'isolant 23 déformable radialement, de l'électrode 22 et du manchon fendu 19 qui peut être enfoncé axialement avec une force prédéterminée dans la portion tronconique 17b du boîtier 17 afin d'assurer une précontrainte suffisante de l'isolant 23 pour se situer dans une partie favorable de la courbe illustrée sur la figure 4 et liant la charge du roulement et la capacité du condensateur formée par l'électrode 22 et la bague-électrode 2. La pente du cône est choisie de telle sorte que le serrage obtenu assure également une retenue axiale mutuelle suffisante du manchon fendu 19 sur le boîtier 17. The rolling bearing 1 is held radially with respect to the housing 17 by means of the radially deformable insulation 23, the electrode 22 and the split sleeve 19 which can be depressed axially with a predetermined force in the frustoconical portion 17b of the housing 17 to ensure sufficient pre-stressing of the insulator 23 to lie in a favorable part of the curve shown in Figure 4 and linking the load of the bearing and the capacity of the capacitor formed by the electrode 22 and the ring- electrode 2. The slope of the cone is chosen such that the tightening obtained also ensures sufficient mutual axial restraint of the split sleeve 19 on the housing 17.
L'électrode 22 peut se présenter sous la forme d'un clinquant en métal conducteur disposé sur un certain secteur angulaire. The electrode 22 may be in the form of a conductive metal foil disposed over a certain angular sector.
A titre d'exemple illustré sur la figure 3, l'isolant 23 est disposé sur l'ensemble de la surface extérieure de la bague extérieure 2 et trois électrodes 22 sont disposées chacune sur un secteur angulaire, de l'ordre de 20 à 50 , avec deux électrodes diamétralement opposées et la troisième en position perpendiculaire aux deux précédentes. L'isolant 23 peut être réalisé en polyéthylène haute densité, en polypropylène ou encore en polyamide-12. La mesure étant basée sur la variation de l'épaisseur de l'isolant 23 sous l'effet de la variation de la charge, le choix de l'épaisseur de l'isolant 23 dépendra des propriétés mécaniques du matériau utilisé et en particulier de son module d'élasticité. By way of example illustrated in FIG. 3, the insulator 23 is disposed on the whole of the outer surface of the outer ring 2 and three electrodes 22 are each disposed on an angular sector, of the order of 20 to 50 , with two diametrically opposed electrodes and the third perpendicular to the two previous ones. The insulator 23 may be made of high density polyethylene, polypropylene or polyamide-12. As the measurement is based on the variation of the thickness of the insulator 23 under the effect of the variation of the load, the choice of the thickness of the insulator 23 will depend on the mechanical properties of the material used and in particular on its elasticity module.
A titre d'exemple, on peut utiliser des feuilles d'isolant en polyéthylène, d'une épaisseur d'environ 0,02 mm. L'isolant 23 est précontraint radialement entre les deux électrodes grâce au manchon fendu 19 de serrage et reste donc en contact permanent avec les électrodes 2 et 22. For example, polyethylene insulation sheets having a thickness of about 0.02 mm may be used. The insulator 23 is prestressed radially between the two electrodes by virtue of the split clamping sleeve 19 and thus remains in constant contact with the electrodes 2 and 22.
Alternativement au mode de réalisation illustré sur la figure 3, on peut prévoir un isolant 23 occupant les secteurs angulaires sensiblement égaux ou seulement légèrement supérieurs à ceux occupés par les électrodes 22. Alternatively to the embodiment illustrated in FIG. 3, an insulator 23 can be provided occupying the angular sectors that are substantially equal to or only slightly greater than those occupied by the electrodes 22.
On sait qu'il existe une relation linéaire entre la variation de la distance entre deux électrodes d'un condensateur et la capacité dudit condensateur. La relation est donnée par la formule suivante: C=(Eo+Er) S/e, dans laquelle: Eo est la permittivité dans le vide, Er est la permittivité de l'isolant, S est la surface en regard de l'entrefer, et e est l'entrefer. It is known that there is a linear relationship between the variation of the distance between two electrodes of a capacitor and the capacitance of said capacitor. The relation is given by the following formula: C = (Eo + Er) S / e, in which: Eo is the permittivity in the vacuum, Er is the permittivity of the insulator, S is the surface opposite the gap , and e is the gap.
Si les électrodes sont disposées de telle sorte que la charge radiale sur le roulement passe par les électrodes, perpendiculairement à celles-ci, il est possible de mesurer les variations de la charge radiale sur le roulement par le biais de la mesure de la variation de capacité des électrodes, ladite variation de capacité résultant du rapprochement sous l'effet de la charge de l'électrode mobile et de l'électrode fixe 22. If the electrodes are arranged in such a way that the radial load on the bearing passes through the electrodes, perpendicular to them, it is possible to measure the variations of the radial load on the bearing by measuring the variation of capacitance of the electrodes, said capacitance variation resulting from the approximation under the effect of the charge of the moving electrode and the fixed electrode 22.
La précontrainte radiale de l'isolant entre les électrodes par le manchon conique permet d'assurer en permanence un contact étroit entre l'isolant et les électrodes, ce qui garantit une réactivité immédiate du capteur de charge. La pré-charge permet également de s'affranchir des éventuels problèmes d'hystérésis qui pourraient nuire à la fiabilité de la mesure. Si la charge radiale à mesurer est toujours orientée dans la même direction, une électrode 22 judicieusement placée suffira pour mesurer un effort F appliqué au niveau des électrodes 2, 22 dans une direction perpendiculaire auxdites électrodes (figure 2). The radial prestressing of the insulation between the electrodes by the conical sleeve makes it possible to ensure a permanent close contact between the insulator and the electrodes, which guarantees an immediate reactivity of the charge sensor. The pre-charge also makes it possible to overcome possible hysteresis problems that could affect the reliability of the measurement. If the radial load to be measured is always oriented in the same direction, a judiciously placed electrode 22 will suffice to measure a force F applied at the electrodes 2, 22 in a direction perpendicular to said electrodes (FIG. 2).
Si on souhaite connaître, par le biais d'un roulement instrumenté, la charge statique de linge dans un tambour de machine à laver le linge, il suffit d'équiper ledit roulement avec une électrode dans sa partie basse, en plus de la bague-électrode. La détermination de la charge du tambour se fera par mesure de la variation de l'épaisseur de l'isolant séparant la bague-électrode et l'unique autre électrode associée entre l'état vide et l'état chargé du tambour. Par contre, si l'on souhaite obtenir également des informations sur les charges dynamiques en rotation dues par exemple au balourd du tambour, il suffira de disposer par exemple deux électrodes associées complémentaires à 90 , de part et d'autres de la première autre électrode pour obtenir lesdites informations, voir figure 3. If it is desired to know, by means of an instrumented bearing, the static load of laundry in a drum of a washing machine, it suffices to equip said bearing with an electrode in its lower part, in addition to the ring. electrode. The determination of the drum load will be made by measuring the variation in the thickness of the insulation separating the electrode ring and the only other associated electrode between the empty state and the loaded state of the drum. On the other hand, if it is also desired to obtain information on the dynamic rotational loads due for example to the unbalance of the drum, it will suffice to have, for example, two complementary associated electrodes at 90, on either side of the first other electrode. to obtain the said information, see Figure 3.
Outre le fait d'obtenir des informations sur des charges dans différentes directions, la disposition à trois électrodes à 90 permet également de procéder par mesure différentielle par rapport à une électrode de référence qui pourra être par exemple une des électrodes latérales. In addition to obtaining information on charges in different directions, the arrangement with three electrodes 90 also makes it possible to proceed by differential measurement with respect to a reference electrode which may be for example one of the lateral electrodes.
En effet, dans le cas d'une machine à laver le linge, les électrodes latérales ne subissent pratiquement pas de variation d'entrefer lors du chargement du tambour puisque les électrodes latérales d'un capteur capacitif se déplacent parallèlement l'une par rapport à l'autre. En mesurant les différences de capacité des différentes électrodes par rapport à une électrode de référence, on peut ainsi éliminer des anomalies de mesure qui pourraient résulter de variations d'entrefer dues par exemple à des variations de température. Indeed, in the case of a washing machine, the side electrodes undergo substantially no air gap variation during the loading of the drum since the lateral electrodes of a capacitive sensor move parallel to one with respect to the other. By measuring the differences in capacitance of the different electrodes with respect to a reference electrode, it is thus possible to eliminate measurement anomalies that might result from variations in airgaps due, for example, to variations in temperature.
On peut bien entendu équiper également ce type de roulement d'un capteur de température 27, ce qui peut être particulièrement intéressant dans le cas d'une utilisation dans une machine à laver le linge ou un sèche-linge. Of course, this type of bearing can also be equipped with a temperature sensor 27, which can be particularly advantageous in the case of use in a washing machine or dryer.
Pour monter le dispositif, on dispose tout d'abord le palier à roulement 1 muni du codeur 16 et de la ou des électrodes 22 dans le manchon 19. On dispose ensuite le bloc-capteur 11 sur le manchon 19 et on vient fermer et solidariser le sous-ensemble avec le capot 13. On introduit le sousensemble ainsi formé dans le boîtier 17 jusqu'à ce que le palier à roulement 1 vienne en butée axiale entre le fond radial 17a du boîtier 17. Le serrage du manchon 19 dans le boîtier 17 et sur le roulement assure ensuite la cohésion à l'ensemble sous la forme d'une cartouche facile à manipuler et à transporter, présentant un risque très faible de montage intempestif des éléments. In order to mount the device, the rolling bearing 1 provided with the encoder 16 and the electrode or electrodes 22 in the sleeve 19 is first arranged. The sensor unit 11 is then disposed on the sleeve 19 and is closed and secured. the subassembly with the cover 13. The subassembly thus formed is introduced into the casing 17 until the rolling bearing 1 comes into axial abutment between the radial bottom 17a of the casing 17. The tightening of the sleeve 19 in the casing 17 and on the bearing then ensures cohesion to the assembly in the form of a cartridge easy to handle and transport, with a very low risk of inadvertent assembly of the elements.
Une telle cartouche offre de nombreux avantages, parmi lesquels un coût réduit grâce à l'absence de modification de la géométrie du roulement, en d'autres termes à l'utilisation possible d'un roulement standard fabriqué en très grande série, à la compacité, l'épaisseur de l'isolant et de l'électrode 22 étant négligeable, et l'épaisseur du bloc-capteur étant extrêmement faible, à la facilité de mise en oeuvre par l'utilisateur et la possibilité de combiner dans le même palier à roulement instrumenté un système de détection des charges appliquées sur le palier et un système de mesure de paramètres de rotation du roulement et/ou un système de mesure de la température. Such a cartridge offers many advantages, among which a reduced cost thanks to the absence of modification of the geometry of the bearing, in other words to the possible use of a standard bearing manufactured in very large series, compactness , the thickness of the insulator and the electrode 22 being negligible, and the thickness of the sensor block being extremely low, the ease of implementation by the user and the possibility of combining in the same bearing with instrumented bearing a system for detecting the loads applied to the bearing and a system for measuring rotation parameters of the bearing and / or a temperature measuring system.
Un palier à roulement instrumenté 1, utilisé dans une machine à laver le linge, permet donc en plus de sa fonction mécanique de base, de fournir les informations utiles pour un pilotage complet de la machine et en particulier du moteur électrique d'entraînement. An instrumented rolling bearing 1, used in a washing machine, thus makes it possible, in addition to its basic mechanical function, to provide useful information for a complete control of the machine and in particular of the electric drive motor.
Bien entendu, on pourrait prévoir, à titre de variante, un palier à roulement à bague extérieure tournante et à bague intérieure fixe. On peut également concevoir de réaliser l'isolant par une simple couche d'air. Il n'est plus alors nécessaire de prévoir une couche de matériau synthétique pour séparer la bague extérieure du roulement et l'électrode 22. Of course, it would be possible, as an alternative, to provide a rolling bearing with a rotating outer ring and a fixed inner ring. It is also conceivable to make the insulation by a single layer of air. It is no longer necessary to provide a layer of synthetic material to separate the outer ring of the bearing and the electrode 22.
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