FR3118654A1 - Courroie de transmission de puissance présentant un comportement bimodule en fonctionnement - Google Patents

Courroie de transmission de puissance présentant un comportement bimodule en fonctionnement Download PDF

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Magaly Brousseau
Christophe Le Clerc
Eric MC CORMICK
Nathan MULLER
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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. Figure pour l’abrégé : Fig.1

Description

Courroie de transmission de puissance présentant un comportement bimodule en fonctionnement
Le domaine de la présente invention est celui des courroies de transmission de puissance en particulier celle entrainées par friction.
On connait 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.
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 poulie 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.
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.
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.
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.
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 œuvre. 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.
Sans se limiter à cet usage, ces courroies sont particulièrement pertinentes pour les systèmes d’entrainement à poulies positionnées à distance fixes.
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.
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).
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.
On a représenté sur la , 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Avantageusement, 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.
On a représenté sur la , 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%.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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).
Avantageusement, le rapport MR2/MR1 est supérieur ou égal à 2,50, de préférence supérieur ou égal à 3,00.
Avantageusement, le rapport MR2/MR1 est inférieur ou égal à 20,00, de préférence inférieur ou égal à 15,00.
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.
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.
Avantageusement, la courroie est une courroie de transmission de puissance par friction.
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.
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.
Avantageusement, chaque élément de renfort de carcasse est équilibré en torsions.
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.
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.
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.
Avantageusement, chaque élément de renfort de carcasse est équilibré en torsions.
Les caractéristiques qui suivent s’appliquent aux deux modes de réalisation décrit ci-dessus.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
De préférence, la composition polymérique est une composition de type polyuréthane.
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.
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.
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.
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.
On a notamment représenté de façon illustrative sur la des courroies de transmission de puissance selon l’invention de forme hémicirculaire ou encore rectangulaire.
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 est une représentation d’une courroie de transmission de puissance P selon l’invention ;
- la illustre le corps polymérique 20 de la ;
- la illustre un test dynamométrique ;.
- la 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 illustre une courbe force-allongement de la courroie P4 selon l’invention et ;
- la une représentation d’autres courroies de transmission de puissance selon l’invention.
EXEMPLE DE COURROIE P4 SELON L’ INVENTION
On a représenté sur la 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. 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.
Ici la courroie P est la courroie P4 avec les éléments des renforts R4.
On va maintenant décrire en référence à la le corps polymérique 20 de la .
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.
On va décrire ci-dessous un élément de renfort de courroie R4 et l’assemblage correspondant.
Nature des brins de l’élément de renfort
Comme représenté schématiquement sur la , 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 R4 est équilibré en torsions.
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.
Le polyamide aliphatique est le nylon, connu sous la dénomination commerciale TYP632 470f68 de la société NEXIS
Titre de l’élément de renfort R 4
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.
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.
Torsion de l’élément de renfort R 4
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.
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.
Courbe force-allongement du renfort R 4
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.
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.
Caractéristiques géométriques de la courroie P 4
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.
PROCEDE DE FABRICATION DE L’ELEMENT DE RENFORT R 4
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 »).
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.
PROCEDE DE FABRICATION DE LA COURROIE SELON L’INVENTION
Le procédé de fabrication de la courroie est celui utilisé classiquement par l’homme du métier.
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.
MESURES ET TESTS COMPARATIFS
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.
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.
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.
Le terme NC signifie que les mesures n’ont pas été effectuées sur ces différentes courroies.
Courroie PEDT PC C1 C2 C3
Elément de renfort EDT EC EC1 EC2 EC3
Nature des brins Aramide/ Aramide/ Aramide/Nylon Nylon/Nylon/Nylon Aramide/Aramide/Aramide Aramide/Aramide/Aramide PET/PET/PET/PET
Titres des brins (tex) 168/168/168/94 23/23/23 55/55/55 22/22/22 23/23/23/23
Torsions des brins (tours/m) 140/140/140/140/250 354/354/354/510
 350/350/350/350 350/350/350/350 230/230/230/580
MR1 en daN/% NC 0,12 4 6,2 NC
MR2 en daN/% NC 0,14 14 8,4 NC
MR2/MR1 NC 1,2 3,5 1,4 NC
D (mm) 0,85 0,34 0,60 0,47 NC
F (2%)/D en daN/mm 12,0 0,8 13,9 22,6 NC
Densité (ER/dm) NC 226 128 164 NC
MP1 en daN/% NC 379 NC 5538 1593
MP2 en daN/% NC 594 NC 7077 1593
MP2/MP1 NC 1,6 NC 1,4 1
Largeur P (cm) NC 0,70 NC 0,7 0,70
FP(2%)/DP en daN/cm NC 9,7 NC 141,6 34,9
Montabilité oui Oui Non non oui
Courroie P1 P2 P3 P4 P5 P6
Elémént de renfort R1 R2 R3 R4 R5 R6
Nature des brins Aramide/ Aramide/ Nylon Aramide/ Aramide/ Nylon Aramide/ Nylon Aramide/ Nylon Aramide/ Nylon Aramide/ Nylon
Titres des brins (tex) 55/55/47 22/22/47 22/47 55/47 55/47 55/47
Torsions des brins (tours/m) 350/350/350/350 350/350/350/350 350/350/350 350/350/350 500/500/500 600/600/600
MR1 en daN/% 1,1 1,1 0,8 0,4 0,4 0,4
MR2 en daN/% 6,7 3 1,8 3,7 3,3 2,7
MR2/MR1 6,1 2,7 2,3 9,3 8,3 6,8
D (mm) 0,47 0,39 0,35 0,43 0,41 0,42
FR (2%)/D en daN/mm 5,5 6,2 4,8 2,3 2,0 1,9
Densité (ER/dm) 164 197 220 179 188 183
MP1 en daN/% NC NC NC 2427 998
 NC
MP2 en daN/% NC NC NC 8403 6381 NC
MP2/MP1 NC NC NC 3,5 6,4 NC
Largeur P (cm) NC NC NC 0,70 0,70 NC
FP(2%)/L en daN/cm NC NC NC 74,7 31,6 NC
Montabilité oui oui Oui oui oui oui
Comparaison des courroies
Pour analyser comparativement des courroies, des tests dynamométriques sur machine sont effectués tels qu’illustrés sur la . 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.
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 100h, 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%.
Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-dessous.
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.
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.
Courroie PC
C3		 P4
P5
Essai de fluage
Perte de tension entre 100s et 400 000s en % 51 31 26 26
Mesure de l’allongement entre 10 000s et 400 000s en % 0,45 0,25 0,15 0,15
Passage de couple
couple admissible pour avoir un glissement inférieur à 5% (N.m) 2,7 4,5 5,4 5,1
couple admissible pour avoir un glissement inférieur à 10% (N.m) 3,1 5,2 6,4 6,0
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%).
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.
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.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation précédemment décrits.
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 (15)

  1. Courroie de transmission de puissance (P) comprenant un ou des éléments de renfort (R) noyés dans une composition polymérique (20),caractérisé en ce quela 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.
  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 de transmission de puissance (P), selon l’une quelconque des revendications précédentes, 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.
  4. Courroie (P) selon la revendication précédente, 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.
  5. 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.
  6. 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.
  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 inférieure ou égale à 8,0 daN/mm.
  8. 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.
  9. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la courroie (P) est une courroie de transmission de puissance par friction.
  10. 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.
  11. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, 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.
  12. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, 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.
  13. 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).
  14. Courroie (P) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la composition polymérique est une composition de type polyuréthane.
  15. 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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