FR3135453A1 - Courroie de transmission pour convoyeur à rouleaux à gorges concaves et convoyeur associé - Google Patents

Courroie de transmission pour convoyeur à rouleaux à gorges concaves et convoyeur associé Download PDF

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Julien TAVARES
Olivier Hiesse
Hervé Varin
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Original Assignee
Hutchinson SA
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Abstract

Courroie (100) de transmission pour convoyeur à rouleaux présentant des gorges concaves en acier ou en plastique, ladite courroie comportant : - un corps (102) à base élastomère comprenant une portion dorsale (104) et une portion ventrale (106) formée d’une denture unique, dont une surface externe présente une forme convexe qui est configurée pour coopérer avec une gorge concave d’un rouleau ; - un ensemble de câblés (110) de traction noyés dans le corps (102) entre la portion dorsale (104) et la portion ventrale (106) dudit corps ; et - un revêtement (112) agencé au niveau de la surface externe de la denture définissant, avec la forme de la surface externe de la denture, un coefficient de frottement non nul et inférieur ou égal à 0,8 avec la gorge concave d’un rouleau. Figure pour l’abrégé : Figure 5

Description

COURROIE DE TRANSMISSION POUR CONVOYEUR À ROULEAUX À GORGES CONCAVES ET CONVOYEUR ASSOCIÉ Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne une courroie de transmission pour convoyeur à rouleaux à gorges concaves. L’invention concerne aussi un convoyeur à rouleaux à gorges concaves muni de telles courroies.
 Arrière-plan technologique
Les convoyeurs à rouleaux sont largement employés dans le secteur de la logistique et des flux de marchandises pour l’acheminement et le tri d’objets en tout genre, et en particulier des colis. De manière générale, ces convoyeurs comprennent une pluralité de rouleaux entraînés en rotation par un élément moteur au moyen d’éléments de transmission. Il existe différents types de rouleaux et tout autant d’éléments de transmission, chacun répondant à des critères spécifiques. En particulier, les convoyeurs à rouleaux à gorges dites concaves, le plus souvent rondes, sont très répandus. Ils sont représentés par exemple sur les figures 1 à 4.
Les figures 1 et 2 montrent des configurations classiques de convoyeurs à rouleaux à gorges rondes, c’est-à-dire un convoyeur 1a droit comme représenté sur la et une partie courbe d’un convoyeur 1b comme représenté sur la .
Classiquement, chacun des rouleaux 10 du convoyeur 1a, 1b comprend au moins, à une de ses extrémités longitudinales, des gorges 12 dont le fond 14 de gorge est rond. Des courroies 2 dites rondes, c’est-à-dire dont la section forme un disque, sont engagées dans ces gorges 12 pour permettre l’entraînement des rouleaux 10. Ces courroies, typiquement réalisées en polyuréthane, présentent l’intérêt d’être peu onéreuses et faciles à monter dans les gorges.
En fonctionnement, un rouleau moteur entraîne en rotation les rouleaux 10 adjacents, appelés rouleaux esclaves, par l’intermédiaire des courroies 2. Ce rouleau moteur est similaire aux rouleaux esclaves à la différence qu’il est équipé d’un moteur lui permettant de tourner sur lui-même. Un rouleau moteur entraîne alors en rotation un premier rouleau esclave, par l’intermédiaire d’une première courroie 2, premier rouleau qui pourra lui-même entraîner en rotation un deuxième rouleau esclave par l’intermédiaire d’une deuxième courroie, etc.
Pour maximiser la transmission du couple entre deux rouleaux, la courroie 2 doit prendre appui sur le fond 14 de la gorge 12 avec une surface de contact la plus grande possible, tout en évitant autant que possible un contact avec le côté 16 de la gorge 12. En effet, l’existence d’un contact avec le côté de la gorge implique plusieurs conséquences néfastes. En premier lieu, la courroie est alors soumise à deux vitesses trop différentes car il existe alors deux surfaces de contact entre la courroie et la gorge qui sont situées à des distances relativement différentes de l’axe de rotation du rouleau. Une telle situation accentue la déformation de la courroie et donc son usure. En second lieu, cela facilite le retournement de la courroie. Ces situations néfastes sont tout particulièrement rencontrées en partie courbe d’un convoyeur, la courbure favorisant en effet la mise en contact de la courroie avec un côté de la gorge.
Il convient ensuite de distinguer différents types de convoyeurs à rouleaux.
La montre un premier type de rouleau 10, en acier, qui comporte des gorges 12 formées directement dans le rouleau 10 à une de ses extrémités. Ces gorges peuvent par exemple être embouties dans le rouleau. Dans un tel cas de figure, on note la présence d’une zone Z1 de passage des colis qui s’étend sur toute la longueur du rouleau 10, englobant donc une zone Z2 de transmission où se situent les gorges 12 et les courroies 2 rondes. Bien que cette configuration permette d’avoir une zone Z1 de passage la plus large possible, cela peut s’avérer problématique si un colis entre en contact avec l’une des courroies 2. En effet, en cas de choc entre la courroie 2 et le colis, la courroie 2 peut se désengager de la gorge 12 du rouleau 10, ce qui est susceptible d’entraîner l’arrêt du convoyeur.
Aussi, pour éviter que cela ne se produise, le diamètre de la section de la courroie 2 ronde est choisi pour être strictement inférieure à la profondeur de la gorge 12. Par exemple, pour une gorge de 10 mm (millimètre) de profondeur, le diamètre de la section de la courroie est de 6 mm.
Néanmoins, cela limite la surface de contact entre la courroie 2 et le fond 14 de la gorge 12, et donc le couple transmissible par la courroie entre deux rouleaux.
En alternative, il existe des rouleaux avec une tête d’entraînement 18 montée à une extrémité du rouleau 10, comme illustré par la . La tête d'entraînement 18, typiquement en matériau plastique, offre l'avantage d'avoir une zone Z2 de transmission, plus proche de l'extrémité du rouleau 10 et du profilé latéral du convoyeur 1a, 1b. Il est ainsi possible de séparer la zone Z2 des courroies et la zone Z1 de passage des colis à transporter sur les rouleaux, limitant ainsi, voire empêchant, les colis d’entrer en contact avec les courroies 2. Toutefois, à largeur de convoyeur identique, les rouleaux de la vont pouvoir entraîner des colis moins grands que les rouleaux de la .
En pratique, on constate que les courroies rondes actuelles offrent une transmission de couple et une durée de vie relativement faibles, en particulier dans les parties en courbe d’un convoyeur où elles sont susceptibles de se retourner plus facilement, avec comme conséquence une usure accélérée, voire une rupture, en particulier au niveau de la soudure de courroie.
Aussi, un objectif de l’invention est de proposer une courroie de transmission pour convoyeur à rouleaux à gorges concaves n’ayant pas, au moins, l’un des inconvénients précités.
Un autre objectif de l’invention est de proposer une courroie de transmission pour convoyeur à rouleaux à gorges concaves offrant des performances améliorées sur le couple transmissible entre deux rouleaux.
Un autre objectif de l’invention est de proposer une courroie de transmission pour convoyeur à rouleaux à gorges concaves limitant en outre les risques de retournement de la courroie, notamment dans une partie courbe d’un convoyeur.
Il est donc proposé une courroie de transmission pour convoyeur à rouleaux présentant des gorges concaves en acier ou en plastique, la courroie comportant :
  • un corps à base élastomère comprenant une portion dorsale et une portion ventrale formée d’une denture unique, dont une surface externe présente une forme convexe qui est configurée pour coopérer avec une gorge concave d’un rouleau ;
  • un ensemble de câblés de traction noyés dans le corps entre la portion dorsale et la portion ventrale du corps ; et
  • un revêtement agencé au niveau de la surface externe de la denture définissant, avec la forme de la surface externe de la denture, un coefficient de frottement non nul et inférieur ou égal à 0,8 avec la gorge concave d’un rouleau.
Ainsi, grâce à l’invention on assure une amélioration du couple transmissible par la courroie et sa stabilité. En effet, en utilisation, la surface de contact entre la courroie et le fond de la gorge du rouleau est élevée grâce à la forme convexe de la denture de la courroie qui s’adapte à la forme concave de la gorge. De plus, la combinaison de cette forme convexe de la denture avec le revêtement agencé au niveau de la surface externe de la denture permet de définir le coefficient de frottement de la courroie dans la gorge à une valeur maîtrisée. Avec un coefficient de frottement maîtrisé et la présence de câblés améliorant le module de traction de la courroie, le couple transmissible peut être maîtrisé. Par ailleurs, cela limite les risques de retournement de la courroie lorsque celle-ci monte sur le côté de la gorge, en particulier dans une partie en courbe d’un convoyeur.
La courroie, selon l’invention, peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres :
  • le coefficient de frottement est supérieur ou égal à 0,3 ;
  • l’ensemble de câblé de traction définit un module de traction de la courroie compris entre 500 N et 1500 N, avantageusement comprise entre 800 N et 1500 N, et de préférence compris entre 800 N et 1200 N ;
  • les câblés de l’ensemble de câblés sont en un matériau à base de polyamide ou de polyester ;
  • le revêtement, partiellement noyé dans la denture, est choisi parmi un tricot, un tissu, un non-tissé ou un ensemble de fibres ;
  • le revêtement est en un matériau choisi parmi le polyamide, le polyester, des fibres cellulosiques, par exemple de coton, un mélange de fibres cellulosiques et de polyuréthane ou une combinaison de ceux-ci ;
  • le corps est en un matériau choisi parmi l’éthylène-propylène-diène monomère, le copolymère éthylène-propylène, le polybutadiène, le polyuréthane ou le caoutchouc naturel ;
  • le corps est en un matériau choisi parmi l’éthylène-propylène-diène monomère ou le copolymère éthylène-propylène, et le revêtement est un film en matière thermoplastique au moins en partie réticulée, comprenant au moins 30% de polyéthylène, le film thermoplastique recouvrant la surface externe de la denture ;
  • le film comporte des particules et/ou des fibres de graphite, de bisulfure de molybdène et/ou de polytétrafluoroéthylène.
L’invention concerne également un convoyeur comportant une pluralité de rouleaux à gorges concaves en acier ou en plastique, dans lequel les rouleaux sont reliés entre eux deux à deux par une courroie telle que décrite dans ce qui précède, de sorte que le revêtement de la courroie soit au contact des gorges concaves des rouleaux.
Le convoyeur, selon l’invention, peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises isolément les unes avec les autres ou en combinaison les unes avec les autres :
  • la courroie présente une hauteur strictement inférieure à une profondeur de la gorge la recevant ;
  • les gorges concaves des rouleaux sont en un matériau plastique choisi parmi un polyamide, un polypropylène ou un matériau composite à base de fibres noyées dans une résine thermoplastique ou thermodurcissable ;
  • la courroie est installée entre les rouleaux avec une tension de pose comprise entre 60 N/brin et 100 N/brin.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La représente une vue schématique d’un convoyeur à rouleaux droit selon l’art antérieur,
La représente une vue schématique d’un convoyeur à rouleaux en courbe selon l’art antérieur,
La représente une vue schématique en coupe longitudinale d’un rouleau à gorges concaves avec une courroie de transmission classique selon l’art antérieur,
La représente une vue schématique en coupe longitudinale d’une autre forme de rouleau à gorges concaves avec une courroie de transmission classique selon l’art antérieur,
La représente une vue schématique en coupe transversale de la courroie de transmission pour convoyeur à rouleaux à gorges concaves selon l’invention,
La représente une vue schématique perspective et en coupe partielle de la courroie de la ,
La représente une vue schématique en coupe transversale de la courroie selon l’invention, illustrant en particulier différents taux de pénétration du revêtement au niveau de la surface externe de la denture du corps de la courroie,
La représente une vue schématique en coupe transversale d’une forme de réalisation de la courroie selon l’invention, définissant en particulier les cotes de la courroie,
La représente une vue photographique en coupe transversale de la courroie de la ,
La représente une vue schématique en coupe longitudinale d’un mandrin, autour duquel est placé des matériaux de courroie, et d’un manchon de tricot tels qu’utilisés lors de la fabrication d’une courroie selon l’exemple de réalisation,
La représente une vue schématique en coupe longitudinale du manchon de tricot placé sur les matériaux de courroie, eux-mêmes disposés sur le mandrin de la ,
La représente une vue schématique en coupe longitudinale de l’objet de la introduit dans un moule,
La est une vue schématique d’une installation expérimentale utilisée pour mesurer le coefficient de frottement d’une courroie avec une poulie,
La est un graphique comparant l’évolution du glissement en fonction du couple transmis pour une courroie classique connue de l’art antérieur et la courroie de l’exemple de réalisation,
La représente une vue schématique en coupe longitudinale de la courroie selon l’invention, montée sur un rouleau à gorges concaves tel que représenté sur la , et
La représente une vue schématique en coupe longitudinale de la courroie selon l’invention, montée sur un rouleau à gorges concaves tel que représenté sur la .
 Description détaillée de l’invention
Dans ce qui suit, on se réfère à une courroie de transmission pour convoyeur à rouleaux à gorges concaves, tels que ceux décrits dans ce qui précède pour illustrer l’état de la technique et représentés sur les figures 1 à 4.
À présent, on s’intéresse à la et à la qui montrent respectivement une vue en coupe et une vue en perspective et en coupe partielle d’une courroie 100 de transmission pour convoyeur 1a, 1b à rouleaux 10 à gorges 12 concaves. On entend par « gorges concaves » toute gorge ayant une section de forme générale concave, par exemple une gorge ronde (i.e. présentant un fonde gorge en arc de cercle, ou une gorge présentant un fond elliptique ou encore ovoïde).
La courroie 100 comporte un corps 102 à base élastomère, un ensemble de câblés 110 de traction et un revêtement 112.
Le corps 102 à base élastomère comprend une portion dorsale 104.
Le corps 102 à base élastomère comprend aussi une portion ventrale 106, formée d’une denture unique dont une surface externe, convexe, est configurée pour coopérer avec une gorge 12 concave du convoyeur 1a, 1b à rouleaux 10. La surface externe, convexe, de la denture peut par exemple présenter une forme d’arc de cercle, d’ellipse ou d’ovoïde, en particulier selon la forme de la concavité formant la gorge. Avantageusement, la surface externe de la denture de la portion ventrale 106 forme un arc de cercle, lorsque la gorge du rouleau est ronde.
En outre, cette surface externe, convexe, contribue à définir le coefficient de frottement (COF) entre la courroie 100 et la gorge 12 du rouleau 10 dans laquelle la courroie 100 est destinée à être installée. En pratique, plus ce coefficient de frottement est élevé et plus on peut transmettre un couple important. Toutefois, plus ce coefficient de frottement est élevé et plus on augmente les risques de retournement de la courroie 100, notamment dans une partie en courbe d’un convoyeur. Au contraire, plus ce coefficient de frottement est faible et moins on peut transmettre de couple, limitant ainsi le couple transmissible d’un rouleau à l’autre.
La maîtrise de ce paramètre sera abordée plus loin.
Par ailleurs, la portion dorsale 104 et la portion ventrale 106 du corps 102 peuvent être reliées entre elles par des portions latérales 108, mais pas obligatoirement.
La courroie 100 comporte également un ensemble de câblés 110 de traction. Les câblés 110 sont noyés dans le corps 102 entre la portion dorsale 104 et la portion ventrale 106 du corps 102. Les câblés 110 permettent d’augmenter le module de traction de la courroie 100. Ils s’étendent donc selon la longueur de la courroie et sont agencés les uns à côté des autres sur la largeur du corps 102. Un câblé 110 de l’ensemble de câblés peut notamment être réalisé en un matériau choisi parmi du polyamide (PA) ou du polyester. Ils permettent donc, pour l’application considérée, d’autoriser une transmission de couple plus importante en maintenant un allongement très limité de la courroie 100.
La constitution de chaque câblé 110, le nombre de câblés 110 disposés dans la largeur de la courroie 100 et le choix du matériau les constituant est variable et dépend du module de traction recherché pour la courroie 100 pour assurer une transmission de couple en limitant l’allongement de la courroie 100. La présence de tels câblés 110 a pour effet général de permettre une transmission de couple plus élevée, en particulier par rapport aux courroies rondes connues (généralement en polyuréthane) lesquelles n’ont pas de câblés pour ce type d’application de convoyage.
Avantageusement, le module de traction de la courroie est choisi entre 500 N (Newton) et 1500 N. Avantageusement encore, le module de traction est compris entre 800 N et 1500 N, et de préférence compris entre 800 N et 1200 N.
La courroie 100 comporte aussi un revêtement 112 agencé au niveau de la surface externe de la denture. Ce revêtement 112 contribue, avec la forme de la denture, à définir le coefficient de frottement (COF) entre la courroie 100 et le rouleau 10 en acier ou la tête d’entraînement 18 en plastique du rouleau 10.
Le revêtement 112 peut être typiquement choisi parmi un tricot, un tissu, un non-tissé ou encore un ensemble de fibres.
Dans ce cas, le corps 102 à base élastomère de la courroie peut être en un matériau choisi de manière non limitative parmi l’éthylène-propylène-diène monomère (EPDM), le copolymère éthylène-propylène (EPM), le polybutadiène (BR), le polyuréthane (PU) ou le caoutchouc naturel.
Dans ce cas, le revêtement 112 peut être en un matériau typiquement choisi parmi un polyamide, un polyester, des fibres cellulosiques, en particulier le coton, un mélange de fibres cellulosiques et de polyuréthane, en particulier un mélange de coton et de polyuréthane ou une combinaison de ceux-ci.
En particulier le revêtement 112 peut être un tricot en polyamide, un tissu en coton mélangé à du polyuréthane.
Dans un tel cas également, une partie du revêtement 112 est noyée dans la denture.
Dans ce cas, le coefficient de frottement est lié à différents paramètres, tels que le type du revêtement 112, par exemple tricot ou tissu, la nature de son matériau, par exemple polyamide, son grammage ou encore son taux de pénétration τ dans la portion ventrale 106 au niveau de la surface externe de la denture. Celui-ci dépend aussi également de la nature de l’élastomère et de ses propriétés.
En effet, le coefficient de frottement d’un élastomère avec un acier ou un plastique est particulièrement élevé, typiquement supérieur à 1,5. Les paramètres mentionnés ci-dessus pour caractériser le revêtement 112 permettent, en fonction des choix effectués, de diminuer le coefficient de frottement (par rapport à cette même surface sans revêtement 112) et, donc, de le maîtriser. Compte-tenu du nombre de paramètres, les façons de définir le coefficient de frottement sont multiples. D’un point de vue pratique, on peut d’abord choisir le type de revêtement 112 (tricot, tissu, etc.) puis le matériau le composant (polyamide, polyester, etc.), son grammage (plus le grammage est élevé, plus le revêtement 112 couvre la surface externe et inversement) et enfin son taux de pénétration dans la denture. Ce taux de pénétration τ est défini comme étant la fraction de l’épaisseur totale du revêtement 112 qui est noyée dans la denture du corps 102 à base élastomère. Localement, ce taux de pénétration τ peut varier d’un endroit à un autre de la courroie 100, aussi on considère un taux de pénétration τ moyen sur l’ensemble de la courroie 100. En pratique, le taux de pénétration τ sera non nul et strictement inférieur à 100%, sa valeur exacte dépendant des autres paramètres. Le choix de ces paramètres dépendra également de la nature de l’élastomère employé.
Un exemple de réalisation concret sera donné dans la suite.
La vise seulement à illustrer cette notion de taux de pénétration τ du revêtement 112 dans la denture depuis la surface externe de cette denture, le revêtement 112 considéré étant ici un tricot. Ainsi, sur la gauche de cette , avec un taux de pénétration τ à neuf nul (0%), aucune fraction du tricot 112 ne pénètre dans le corps 102. Au contraire, à droite de cette , avec un taux de pénétration τ à neuf de 100%, le tricot 112 est entièrement noyé dans le corps 102 (à droite). Enfin, au milieu de cette , on a représenté diverses situations représentatives d’un taux de pénétration τ à neuf non nul et strictement inférieur à 100%.
Alternativement, le revêtement 112 peut être un film en matière thermoplastique en partie réticulée, comprenant au moins 30% de polyéthylène (PE), ce film recouvrant la surface externe de la denture. On comprend que le film thermoplastique ne pénètre pas dans la denture.
Dans un tel cas, le corps 102 de la courroie 100 est avantageusement à base d’élastomère éthylène alpha oléfine, en particulier un EPDM ou un EPM.
Le film thermoplastique peut comporter entre 30% et 90% de polyéthylène, avantageusement entre 50% et 90% de polyéthylène, et de préférence entre 75% et 90% de polyéthylène.
Le polyéthylène du film co-réticule avec l’élastomère, par exemple EPDM ou l’EPM, grâce à la présence de peroxyde ou un autre agent de réticulation. Cela favorise l’adhérence du film à l’élastomère.
Le film thermoplastique peut être constitué de manière non limitative d’un mélange de polyoléfines contenant un homo ou un copolymère comprenant de l’éthylène. Les copolymères d’éthylène comprennent notamment les copolymères éthylène/alpha-oléfine, les copolymères éthylène/ester non saturé, les copolymères éthylène/acrylate/acide acrylique, les copolymères éthylène/acide méthacrylique et les copolymères polyéthylène-éthylèneoctène. Le film thermoplastique peut aussi être à base de polyéthylène basse densité.
Le film thermoplastique peut présenter une épaisseur comprise entre 10 µm (micromètre) et 500 µm, et plus particulièrement entre 50 µm et 200 µm.
Avantageusement, le film thermoplastique comporte également des particules et/ou des fibres de graphite, de bisulfure de molybdène et/ou de polytétrafluoroéthylène (PTFE). Cela permet, entre autres, d’influer sur le coefficient de frottement.
Les particules peuvent avoir une granulométrie comprise entre 15 µm et 200 µm, avantageusement entre 30 µm et 100 µm et plus particulièrement entre 30 µm et 90 µm.
Le type de film décrit précédemment pour le revêtement 112 est déjà connu en soi de l’homme du métier et sa fabrication ne pose donc pas de difficulté. Il n’est toutefois pas utilisé pour l’application considérée ici.
Exemple de réalisation d’une courroie selon l’invention
Dans ce qui suit, il est fait référence à la et à la qui montrent un exemple de réalisation de la courroie 100.
Le corps 102 à base élastomère est en éthylène-propylène-diène monomère (EPDM) vulcanisé peroxyde avec une dureté comprise entre 75 et 85 Shore A du fait de la présence de peroxyde dans le l’EPDM, ce qui a une influence sur le coefficient de frottement. Cet EPDM est choisi avec une viscosité de 100 points Mooney, ML (1+4) à 100°C. Cette viscosité est déterminée selon la norme ISO 289-1 qui précise notamment la température du test (100°C), la durée du préchauffage de l’échantillon avant démarrage du cisaillement (1 min) et la durée de cisaillement (4 min).
Dans cet exemple de réalisation, la courroie 100 a une géométrie définie comme suit et illustrée par la . Le corps 102 a une épaisseur, ou hauteur, H de 2,3 mm et une largeur L de 6 mm. La denture unique convexe du corps 102 a une forme d’arc de cercle dont le diamètre D est de 10 mm.
L’ensemble de câblés 110 noyé dans le corps 102 comporte neuf câblés 110. Les câblés 110 ont un diamètre d de 0,6 mm et leurs centres sont séparés latéralement par un pas p de 0,7 mm. Le centre de chaque câblé 110 est par ailleurs situé à une distance h de 0,7 mm de la partie dorsale 104 de la courroie 100.
Chaque câblé 110 est en polyamide (PA), et en particulier du polyamide 6-6 (PA66) 940x1x2, c’est-à-dire que chaque fil a un titre de 940 dtex (décitex), soit 940x10-7kg/m (kilogramme par mètre), et que chaque fil est d’abord torsadé de manière individuelle avant d’être torsadé avec l’autre. Chaque câblé 110 possède en outre un module de Young de 400 MPa (MégaPascal), soit 400 N/mm² (Newton par millimètre carré).
Le module de traction de la courroie peut ainsi être calculé et s’exprime comme étant la multiplication du module de Young du câblé 110 avec la surface de la section du câblé 110. Dans l’exemple de réalisation, la courroie compte neuf câblés 110 dont le diamètre d de chaque câblé 110 est de 0,6 mm, soit une surface de section totale de 2,54 mm². Ainsi, le module de traction de la courroie est d’environ de 1000 N. Autrement dit, l’ensemble de câblés 110 définit le module de traction de la courroie 100.
Le revêtement 112 est un tricot de type jersey en polyamide (PA), et en particulier du polyamide 6-6 (PA66), avec une finition tubulaire et un grammage de 60 g/m² (gramme par mètre carré). La montre une photographie d’une coupe de l’exemple de réalisation de la courroie 100. Sur cette , le taux de pénétration τ peut être estimé qualitativement en mesurant la fraction f2 du tricot se trouvant dans la denture rapportée à l’épaisseur f1 du tricot. Dans le présent exemple, le taux de pénétration τ à neuf du tricot dans la denture au niveau de sa surface externe est de l’ordre de 50%.
En référence à ce qui a été précédemment mentionné, le grammage choisi dans cet exemple de réalisation est de 60 g/m². Toutefois, les inventeurs pensent qu’un grammage inférieur peut être utilisé pour aboutir à des propriétés similaires. Ce grammage peut être d’au moins 20 g/m², de préférence d’au moins 30g/m², et de manière plus préférentielle d’au moins 40 g/m².
Il est fait référence à présent aux figures 10 à 12 illustrant des étapes de fabrication d’une courroie 100 selon la forme de réalisation précitée. Les figures 10 à 12 montrent des demi-vues en coupe longitudinale.
Le procédé de fabrication d’une courroie est bien connu de l’art antérieur. Classiquement, il consiste à placer des matériaux de courroie formant un ensemble 200 autour d’un mandrin 202 puis de placer ce mandrin 202 avec l’ensemble 200 dans un moule 204, ce moule 204 étant alors pressé contre l’ensemble 200 qui prend la forme désirée. L’ensemble 200 peut alors être découpé selon une largeur voulue pour obtenir une courroie 100.
La représente le présent cas, où les matériaux de courroie qui formant l’ensemble 200 comprennent la partie dorsale 104 (à l’état cru) du corps 102 de la courroie, les câblés 110 et la portion ventrale (à l’état cru) du corps 102 de la courroie. Sur la , à droite, l’ensemble 200 est déjà placé sur le mandrin 202. À gauche de cette même est représenté un manchon 206 de tricot 112.
Le manchon 206 de tricot 112 est ensuite allongé, à environ 20%, selon la direction définie par la circonférence du mandrin 202, pour être placé autour du mandrin 202 de sorte à couvrir la surface externe de l’ensemble 200, comme représenté sur la .
La montre le mandrin 202, avec l’ensemble 200 et le manchon 206 de tricot 112 placés autour, une fois introduit dans un moule 204 comportant sur sa paroi interne 208 au moins un motif concave.
Le moule 204 est pressé, avec une pression de 7 bars, contre l’ensemble 200 et le manchon 206 de tricot 112 de sorte que la paroi interne 208 du moule 204 avec au moins un motif concave vienne former un motif convexe correspondant sur la surface externe de l’ensemble 200 avec le tricot 112. La pression du moule 204 permet en outre la pénétration du tricot 112 au niveau de la surface externe de la denture ainsi formée. Dans le même temps, le mandrin 202 est chauffé à 170°C pour assurer une vulcanisation des portions dorsale 104 et ventrale 106 destinées à former le corps 102 en élastomère vulcanisé. On comprend que le motif concave du moule 204 est imprimé sur l’ensemble 200 avec le tricot 112.
Dans ce qui suit différents tests ont été effectués afin de caractériser une courroie 100 ainsi réalisée. Dans certains cas, les résultats obtenus sont comparés avec les caractéristiques d’une courroie de l’art antérieur, à savoir une courroie ronde à base de polyuréthane (PU), sans câblés ni autre forme de renfort, dont la section, circulaire, présente un diamètre de 6 mm, et avec un module de traction de 250 N.
Test : Détermination du coefficient de frottement de la courroie de l’exemple de réalisation sur une poulie en acier
Le coefficient de frottement de la courroie a été déterminé avec l’installation expérimentale représentée sur la . Pour ce test, la courroie 100 se présentant sous la forme d’un brin unique (non soudé pour être refermé sur lui-même) est disposée sur une poulie P. La poulie P est choisie pour être représentative d’un rouleau en acier à gorge ronde. Une extrémité du brin de courroie 100 est montée sur une masse M générant une force F de 1,75 daN (déca Newton), l’autre extrémité de la courroie 100 étant montée sur un bâti, au niveau duquel la tension T exercée sur le brin de courroie 100 est mesurée par un moyen de mesure adapté S, tel qu’un capteur d’effort. La poulie P est mise en rotation à une vitesse de 43 tours par minute pendant les deux minutes de la durée du test. La mesure d’effort est alors réalisée à la fin de ces deux minutes, sur la poulie encore tournante.
Le coefficient de frottement (COF) est alors déterminé par la relation suivante : où :
α est l’angle d’enroulement de la courroie autour de la poulie, à savoir ici α = π/2 exprimé en radian (rad),
T est la tension mesurée à l’une des extrémités de la courroie exprimée en Newton (N),
F est la force générée par la masse disposée à l’autre extrémité de la courroie exprimée en Newton (poids).
Le coefficient de frottement du brin de courroie 100 ainsi testé a été évalué à 0,3.
Après avoir précisé l’ensemble des caractéristiques de la courroie 100 selon l’exemple de réalisation et en particulier le module de traction et le coefficient de frottement sur une poulie en acier, représentative d’un rouleau à gorge ronde d’un convoyeur, des tests ont été effectués pour vérifier les performances de la courroie 100.
Résultat 1 : Détermination du couple maximal transmissible
Des essais pour déterminer le couple maximal transmissible de la courroie 100 ainsi réalisée ont été menés sur un banc d’essai comportant deux poulies, une motrice et une réceptrice, simulant deux rouleaux d’un convoyeur. La poulie motrice tourne à 305 tours par minute. Un couple résistant est appliqué progressivement par pas de 0,1 N.m (Newton mètre) sur la poulie réceptrice de façon à faire glisser la courroie sur la poulie. Ce couple définit l’abscisse du graphique présenté sur la et décrit plus loin.
Lorsque la courroie 2, 100 est engagée dans la gorge 12, elle présente une certaine adhérence avec le fond 14 de la gorge 12, ce qui permet l’entraînement du rouleau 10. Cette adhérence va résister à un effort tangentiel à la surface de la courroie 2, 100 jusqu’à une certaine limite sur le couple. Si cette limite est dépassée, il y a alors glissement et donc plus d’entraînement. Concrètement, cela se manifeste par un patinage de la courroie 2, 100 dans la gorge 12.
Le glissement global ρ peut alors être calculé selon la relation où :
ρ est le glissement global, exprimé en pourcentage (%),
Rmet Rrsont respectivement le rayon de la poulie motrice et le rayon de la poulie réceptrice, chacun exprimé en mètre (m), et
ωmet ωrsont respectivement la vitesse angulaire de la poulie motrice et la vitesse angulaire de la poule réceptrice, chacune exprimée en radian par seconde (rad/s).
Ainsi, lorsque le couple maximal est atteint, c’est-à-dire lorsque la poulie réceptrice se bloque et que sa vitesse ωrdevient nulle, le glissement vaut 100%.
On s’intéresse maintenant à la qui montre une comparaison de l’évolution du glissement en fonction du couple, pour une courroie 2 ronde classique (courbe A) et pour une courroie 100 selon l’exemple de réalisation de l’invention (courbe B).
La courbe A représentée sur la montre que pour une courroie 2 ronde classique le glissement est de 100% pour un couple maximal proche de 0,7 N.m. La courbe B, elle, montre que pour une courroie 100 selon l’exemple de réalisation, le glissement est de 100% pour un couple maximal proche de 2,1 N.m. Autrement dit, la courroie 100 a une capacité de transmission de couple en l’occurrence environ trois fois supérieure à celle d’une courroie 2 classique. Concrètement, cela signifie avec cet exemple de réalisation qu’un rouleau moteur d’un convoyeur 1a, 1b équipé avec la courroie 100 de l’exemple de réalisation pourra entraîner trois fois plus de rouleaux 10 esclaves qu’avec une courroie 2 ronde classique.
Résultat 2 : Essai d’endurance
Des essais d’endurance de la courroie 100 selon l’exemple de réalisation ont été menés sur un banc d’essai simulant un convoyeur en courbe. Ce banc d’essai comporte un rouleau moteur et un rouleau esclave disposé à côté du rouleau moteur, mais dont l’axe longitudinal n’est pas orienté parallèlement à l’axe longitudinal du rouleau moteur, et plus précisément agencé avec un angle de désalignement de 6° par rapport à l’axe longitudinal du rouleau moteur. La pose sur les rouleaux de la courroie selon l’exemple de réalisation a nécessité un allongement de 8% par rapport à sa longueur au repos, ce qui se traduit par une tension de pose de 80 N/brin (compte-tenu de son module de traction de 1000 N). On entend par « brin » la portion de courroie 100 destinée à s’étendre, en utilisation, entre deux rouleaux 10. Le rouleau moteur tourne à 305 tours par minute. Les essais ont été réalisés à température ambiante.
Afin d’évaluer la tenue dans le temps de la courroie, l’essai consiste à répéter un certain nombre de cycles marche/arrêt 1 s / 1 s (seconde). Cela signifie que le rouleau moteur tourne pendant une seconde puis s’arrête pendant une seconde avant de se relancer pendant une seconde et ainsi de suite jusqu’à atteindre 500 000 cycles. Les accélérations/décélérations liées aux cycles marche/arrêt combinées à l’inertie du rouleau esclave génèrent ainsi un couple résistif.
Il a pu être observé que la courroie selon l’invention passe cet essai d’endurance avec une trace d’usure limitée. En conséquence, cela signifie que le coefficient de frottement est resté stable dans le temps.
Un test similaire a été réalisé sur une courroie ronde classique telle que décrite précédemment. Il a pu être observé que la courroie ronde en ressort plus usée, ce qui la fragilise.
Ce dernier essai marque la fin de la description et des résultats associés à l’exemple de réalisation.
Il convient par ailleurs de noter que d’autres tests ont été effectués sur des courroies similaires à celle présentée dans l’exemple de réalisation en ne modifiant que le taux de pénétration du tricot dans la denture, et ce afin de modifier le coefficient de frottement. On a ainsi pu déterminer que le coefficient de frottement ne devait pas excéder la valeur approximative de 0,8 car au-delà de celle-ci on constatait des risques de retournement de la courroie dans la gorge d’un rouleau d’un convoyeur en courbe.
En conséquence, le coefficient de frottement de la courroie 100 avec la gorge 12 du rouleau 10 doit être inférieur ou égal à 0,8.
Avantageusement, ce coefficient de frottement de la courroie 100 est non nul et inférieur à 0,8, et dans le même temps le module de traction de la courroie 100 est compris entre 500 N et 1500 N, avantageusement compris entre 800 N et 1500 N, et de préférence compris entre 800 N et 1200 N.
Avantageusement encore, le coefficient de frottement de la courroie 100 avec la gorge 12 du rouleau 10 est compris entre 0,3 et 0,8, et combiné avec un module de traction de la courroie 100 compris entre 500 N et 1500 N, avantageusement compris entre 800 N et 1500 N, et de préférence compris entre 800 N et 1200 N.
L’invention concerne également un convoyeur à rouleaux à gorges concaves semblable aux convoyeurs 1a, 1b illustrés sur les figures 1 et 2.
Ce convoyeur 1a, 1b comporte une pluralité de rouleaux 10 à gorges 12 concaves qui sont reliés entre eux deux à deux par une courroie 100 telle que décrite dans ce qui précède. La courroie 100 est avantageusement installée entre les rouleaux 10 avec une tension de pose comprise entre 60 N/brin et 100 N/brin.
Les figures 15 et 16 montrent la courroie 100 selon l’invention engagée respectivement dans une gorge 12 concave, par exemple en acier, formée dans un rouleau 10 et dans une gorge 12 concave appartenant à une tête d’entraînement 18, par exemple en plastique comme un polyamide (PA), un polypropylène (PP) ou un matériau composite à base de fibres noyées dans une résine thermoplastique ou thermodurcissable, fixée sur un rouleau 10. Dans chacun des deux cas, la denture convexe de la portion ventrale 106 du corps 102 de la courroie 100 coopère avec la gorge 12 concave, et en particulier avec le fond 14 de gorge 12. On comprend que le rayon de courbure du fond 14 de la gorge 12 est sensiblement égal au rayon de courbure de la denture de la portion ventrale 106 du corps 102. De la sorte, la surface de contact entre la courroie 100 et le fond 14 de la gorge 12 est maximale.
Sur les figures 15 et 16, on peut voir également que la courroie 100 est montée dans les gorges 12 des rouleaux 10 du convoyeur 1a, 1b de telle sorte que chaque courroie 100 présente une hauteur H strictement inférieure à une profondeur PR de la gorge 12 la recevant.
Comme décrit précédemment, la capacité de transmission de la courroie 100 selon l’invention est au moins deux fois plus grande que celle d’une courroie 2 ronde classique. Par conséquent, le convoyeur selon l’invention peut comporter deux fois plus de rouleaux 10 esclaves qu’un convoyeur équipé avec des courroies 2 rondes classiques. Cela signifie que, si, par exemple, un convoyeur classique est dimensionné pour comporter une pluralité de rouleaux moteur séparés les uns des autres par au moins 3 à 5 rouleaux esclaves, alors le convoyeur selon l’invention peut comporter une pluralité de rouleaux moteur séparés les uns des autres par au moins 6 à 10 rouleaux esclaves. Bien entendu, cela pourrait être davantage si le convoyeur classique est dimensionné comme tel.
À la lumière de ce qui a été décrit dans ce qui précède, il apparaît clairement que la courroie selon l’invention permet une amélioration du couple transmissible par la courroie et sa stabilité. En effet, en utilisation, la surface de contact entre la courroie et le fond de la gorge du rouleau est élevée grâce à la forme convexe de la denture de la courroie qui s’adapte à la forme concave de la gorge. De plus, la combinaison de cette forme convexe de la denture avec le revêtement agencé au niveau de la surface externe de la denture permet de définir le coefficient de frottement de la courroie dans la gorge à une valeur maîtrisée. Avec un coefficient de frottement maîtrisé et la présence de câblés améliorant le module de traction de la courroie, le couple transmissible peut être maîtrisé ainsi que les niveaux de déformation de la courroie en cas de contact avec un côté de la gorge, ce qui limite les risques de retournement de la courroie, en particulier dans une partie en courbe d’un convoyeur.
Un autre avantage est de permettre une durabilité dans le temps améliorée de la courroie. En effet, grâce au coefficient de frottement stable dans le temps, la courroie s’use moins rapidement, ce qui permet d’améliorer sa durée de vie.
Un autre avantage, encore, est de diminuer les coûts d’élaboration d’un convoyeur. En effet, grâce à l’amélioration du couple transmissible par la courroie selon l’invention, davantage de rouleaux esclaves peuvent être asservis à un rouleau moteur dans un convoyeur. De fait, le nombre de rouleaux moteur peut être réduit, représentant une économie en infrastructure et en énergie.

Claims (13)

  1. Courroie (100) de transmission pour convoyeur (1a, 1b) à rouleaux (10) présentant des gorges (12) concaves en acier ou en plastique, ladite courroie comportant :
    • un corps (102) à base élastomère comprenant une portion dorsale (104) et une portion ventrale (106) formée d’une denture unique, dont une surface externe présente une forme convexe qui est configurée pour coopérer avec une gorge (12) concave d’un rouleau (10) ;
    • un ensemble de câblés (110) de traction noyés dans le corps (102) entre la portion dorsale (104) et la portion ventrale (106) dudit corps ; et
    • un revêtement (112) agencé au niveau de la surface externe de la denture définissant, avec la forme de la surface externe de la denture, un coefficient de frottement non nul et inférieur ou égal à 0,8 avec la gorge concave d’un rouleau.
  2. Courroie (100) selon la revendication 1, dans laquelle le coefficient de frottement est supérieur ou égal à 0,3.
  3. Courroie (100) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle l’ensemble de câblés (110) de traction définit un module de traction de la courroie compris entre 500 N et 1500 N, avantageusement compris entre 800 N et 1500 N, et de préférence compris entre 800 et 1200 N.
  4. Courroie (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les câblés (110) de l’ensemble de câblés sont en un matériau à base de polyamide ou de polyester.
  5. Courroie (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le revêtement (112), partiellement noyé dans la denture, est choisi parmi un tricot, un tissu, un non-tissé ou un ensemble de fibres.
  6. Courroie (100) selon la revendication 5, dans laquelle le revêtement (112) est en un matériau choisi parmi le polyamide, le polyester, des fibres cellulosiques, par exemple de coton, un mélange de fibres cellulosiques et de polyuréthane ou une combinaison de ceux-ci.
  7. Courroie (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le corps (102) est en un matériau choisi parmi l’éthylène-propylène-diène monomère, le copolymère éthylène-propylène, le polybutadiène, le polyuréthane ou le caoutchouc naturel.
  8. Courroie (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le corps (102) est en un matériau choisi parmi l’éthylène-propylène-diène monomère ou le copolymère éthylène-propylène, et le revêtement (112) est un film en matière thermoplastique au moins en partie réticulée, comprenant au moins 30% de polyéthylène, ledit film thermoplastique recouvrant la surface externe de la denture.
  9. Courroie (100) selon la revendication 8, dans laquelle le film comporte des particules et/ou des fibres de graphite, de bisulfure de molybdène et/ou de polytétrafluoroéthylène.
  10. Convoyeur (1a, 1b) comportant une pluralité de rouleaux (10) à gorges (12) concaves en acier ou en plastique, dans lequel lesdits rouleaux sont reliés entre eux deux à deux par une courroie (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, de sorte que le revêtement (112) de la courroie soit au contact des gorges (12) concaves des rouleaux.
  11. Convoyeur selon la revendication 10, dans lequel ladite courroie (100) présente une hauteur (H) strictement inférieure à une profondeur (PR) de la gorge (12) la recevant.
  12. Convoyeur selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11, dans lequel les gorges (12) concaves des rouleaux (10) sont en un matériau plastique choisi parmi un polyamide, un polypropylène ou un matériau composite à base de fibres noyées dans une résine thermoplastique ou thermodurcissable.
  13. Convoyeur selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel la courroie (100) est installée entre les rouleaux (10) avec une tension de pose comprise entre 60 N/brin et 100 N/brin.
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