Brevet FR2289801A1 — publié le 19760528

La présente invention concerne un frein hydraulique à tourbillon comportant au moins une chambre de turbulence constituée par un stator et un rotor, un conduit d'amenée de liquide débouchant au milieu de la chambre de turbulence, et des chambres dtévacua- tion de liquide provenant de fuites, qui se trouvent entre les paliers du frein et la chambre de turbulence, l'arbre du rotor du frein à tourbillon étant étanchéisé par rapport au corps ou carter fixe par des joints n'entrant pas en contact avec le carter. Les freins hydrauliques à tourbillon comportent au moins un rotor et un stator présentant à leurs extrémités orientées l'une vers l'autre des évidements répartis uniformément sur touée la pé riphérie. Pendant la rotation, il se forme dans Ces evidements des tourbillons dteau. Du fait du brassage produit par ces tourbillons, la puissance amenée au frein est transformée en chaleur qui est absorbée par l'eau de refroidissement. Pendant la rotation du frein, qui est rempli d'un liquide, (par exemple d'eau), il se produit dans la chambre de turbulence constituée par le rotor et le stator, une colonne d'eau en rotation en forme de torrent.Cette colonne d'eau produit des pressions consieérables le long des parois de la chambre de turbulence, et par conséquent aussi sur les rayons intérieurs et extérieur de cette chambre. Sous l'influence de la pression s'exerçant sur les rayons extérieurs, l'eau contenue dans la chambre de turbulence s'écoule à l'air libre par un conduit d'évacuation, La pression s'exerçant sur les rayons interieurs de la chambre de turbulence est généraleoment absorbée par des joints constitués par un matériau elastique, par exemple par des joints à lèves.Ces joints sont cependant sujets a' usure, ce qui oblige à effectuer une révision du frein à tourbillon à intervalles de temps relativement courts représentant deux mille heures de fonctionnement environ. Etant donné que le démontage des joints oblige pratiquement à démonter l'ensemble du frein, ces remises en état sont onéreuses et exigent beaucoup de temps. Dans le brevet allemand à l'inspection publique NO 1.006.180 est décritun frein à tourbillon dont l'arbre du rotor est étanchéisé sans joint élastique. Sur les parois exterieures du rotor sont menagees des nervures radiales, le rotor ne constituant qu'un secteur représentant le quart de la section de la chambre de turbulence. L'arbre du rotor est étanchéisé par rapport au carter du frein par des joints labyrinthiques. Entre ces joints et les paliers de ltar- bre du rotor sont prévues des chambres destinées à l'évacuation des fuites de liquide et dans lesquelles sont montées des bagues de centrifugation. Cette construction est très compliquée. Les joints labyrinthiques n'entrant pas en contact avec l'arbre exigent des tolérances de fabrication très étroites et sont, en outre, très fragiles. Du fait que le stator est réduit de moitié, le rendement d'un tel frein hydraulique à tourbillon est considérablement réduit par rapport à un frein â tourbillon de type usuel de mêmes dimensions. Le but de l'invention est de permettre la réalisation d'un frein hydraulique à tourbillon sans joint d'étanchéisation élastique entre l'arbre du rotor et le corps ou carter, tout en obtenant un rendement égal à un frein à tourbillon de type usuel et de mêmes dimensions. Suivant 17invention, ce ceproblème est résolu du fait qu'entre l'arbre du rotor et ses paliers est ménagé un interstice dans lequel tourne cet arbre et qui, en un endroit situé entre la chambre de turbulence et la-chambre d'évacuation, communique avec une autre chambre elle-même en communication avec le milieu de la chambre de turbulence. Suivant une autre particularité de l'objet de l'invention, l'arbre du rotor tourne entre ses paliers dans un interstice quï, en un endroit situé entre la chambre de turbulence et la chambre d'évacuation, est en communication avec le conduit amenant le liquide au milieu de la chambre de turbulence. Le rotor est, de pré- férence, constitué par un double rotor monté à l'intérieur du frein à tourbillon. Il s'est révélé particulièrement rationnel que l'interstice dans lequel tourne l'arbre du rotor corresponde à peu prés à 1/300 du rayon de l'alésage. Les avantages du frein hydraulique à tourbillon suivant l1in- vention résident notamment dans le fait que, pour un rendement normal et une consommation d'eau normale, il est possible d'obtenir des durées d'utilisation qui, grâce à la suppression des joints élastiques-, sont cinq fois supérieures à ce qu'il est possible d'obtenir avec les freins hydrauliques à tourbillon que llon trouve couramment dans le commerce. En outre, ils sont simples à fabriquer et peuvent supporter des régimes treks élevés. Les dessins schématiques annexés montrent, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation possibles de 11 objet de l'invention. La fig. 1 montre un frein à tourbillon dans lequel l'interstice est en communication avec une autre chambre. La fig. 2 montre un frein à tourbillon dans lequel l'interstice communique avec le conduit d'amenée du liquide au milieu de la chambre de turbulence. On a représenté sur la fig. I, vu en coupe, un frein hydrau ~ lique à tourbillon à ltintérieur duquel se trouve un double rotor 3 solidaire de-arbre 1 du rotor. Cet arbre est monté dans des paliers 2 et peut être rélié de la manière connue à l'arbre d'entraînement par des flasqkes 4. Le liquide de freinage (par exemple l'eau) arrive par des tubulures 5 qui sont ménagées dans le carter 6 monté de manière à pouvoir effectuer des mouvements pendu lairds L'eau provenant de la tubulure 5 passe par le conduit 7 et arrive au milieu de la chambre de turbulence 8 constituée par le double rotor 3 et le carter 6 agissant comme stator.Au début du remplissage du frein à tourbillon, l'air qui se trouve à l'intérieur s'échappe par l'orifice de désaération 10, de sorte qu'à l'intérieur de la chambre de turbulence 8 règne exactement la même pression que dans l'atmosphère ambiante. Entre le double rotor 3 et les paliers 2, l'arbre 1 du rotor tourne dans un alésage du carter 6 dont les dimensions sont calculées de telle sorte qu'entre l'arbre 1 du rotor et le carter 6 subsiste un interstice 11 correspondant sensiblement à lu300 du rayon de l'alésage. L'interstice 11 communique en un endroit avec une autre chambre 12 qui communique elle-même par un conduit 13 avec le milieu de la chambre de turbulence 8. Les paliers 2 sont protégés des éclaboussures d'eau pouvant se produire éventuellement par des flasques 14 qui tournent-avec l'arbre du rotor 1. L'eau qui passe par la tubulure 5 et le conduit 7 et arrive dans la chambre de turbulence 8 forme le tube d'eau connu refermé sur lui-même et entraîné en rotation qui produit une pression considérable sur la paroi de la chambre de turbulence 8. La pression qui s'exerce sur le rayoh extérieur de la chambre~de turbulence 8, et dont l'ordre de grandeur est de 7 bar environ ou davantage, fait que l'eau ensrotation est repoussée en partie à travers l'interstice entre le double rotor 3 et le carter 6 et sort par le conduit d'évacuation 15. Cette perte d'eau intentionnel]o permet l'introduction dJune nouvelle quantité d'eau et évite ainsi le surchauffement de l'eau qui se produirait inévitablement.Etant donné que le tube d'eau en rotation exerce une pression considérable également sur le rayon intérieur de la chambre de turbo lence 8, pression qui peut être de l'ordre de grandeur de 5 bar, une quantité d'eau considéralbe s'échappe également à travers l'interstice 11. Cette quantité d'eau pénètre dans l'autre chambre 12 d'oû elle s'écoule par- le conduit 13 à l'intérieur de la chambre de turbulence 8 dans laquelle la pression atmosphérique est maintenue par l'orifice de désaération 10.L'interstice 11, le conduit de communication avec l'autre chambre 12, l'écartement de ce conduit du rayonintérieur de la chambre de turbulence 8 et la section, du conduit 13 ont des dimensions calculées de telle sorte qu'il s'établisse dans l'autre chambre 12 une pression très faible égale par exemple à 0,05 bar par laquelle l'eau de la chambre 12 est refoulée dans la chambre de turbulence 8. Ce n'est que par cette pression que lteau est refoulée dans les chambres d'évacuation l6 en direction des paliers -2 et à travers la partie restante de l'interstice 11. Grâce à la faible différence de pression, les pertes de fluide sont en conséquence également faibles et ne peuvent guère par venir aux paliers 2, gracie aux flasques 14 montés sur l'arbre 1- du rotor. Le fait que la plus grande partie du liquide provenant des fuites est renvoyée à travers l'autre chambre 12 dans la chambre de turbulence 8, on évite la perte de grandes quantités de liquide provenant de fuites. En conséquence, la consommation d'eau du frein, objet de l'invention, et par conséquent les frais fixes ne sont que très peu supérieurs au coût d'un frein de type usuel muni de joints présentant l'élasticité du caoutchouc. Une autre solution apportée par l'invention au problème posé est illustrée sur la fig. 2. Le ,frein représenté sur cette figure correspond dans sa construction en grande partie à celui représenté sur cette figure correspond dans sa construction en grande partie à celui représenté sur la fig. 1. C'est pourquoi les mêmes organes sont désignés par les mêmes références. Sur l' rlre 1 du rotor tourne le double rotor 3 monté dans le frein. Ce frein et les élements du carter 6 soutenus de manière à permettre ses mouvements pendulaires constituent les chambres de turbulence 8.L'arbre du rotor n'est étanchéisé par rapportas carter 6, depuis le rayon intérieur de la chambre de turbulence 8 jusqu'aux chambres d'éva- cuation 16 que par un interstice il dont l'épaisseur représente également 1/300 environ du rayon de 1'alésage. A l'opposé du mode de réalisation représenté sur la fig. 1, l'interstice Il ne communique cependant pas avec une autre chambre, mais directement avec le conduit d'amenée d'eau. La pression à l'endroit de liaison entre l'arrivée d'eau et la fente 11 correspond donc à la pression régnant dans le conduit d'arrivée d'eau dont la valeur est approximativement de O,2 bar.A travers l'interstice 11, l'eau provenant de fuites est donc refoulée sous cette môme pression en di rection des chambres d'évacuation 16, ctest-à-dire que la plus grande partie des fuites se produisant au droit du rayon intérieur de la chambre de turbulence 8 est renvoyée par le conduit 7 au milieu de la chambre de turbulence 8. Par rapport au mode de réalisation représenté sur la fig. 1, ce second mode de réalisation de l'invention présente cet inconvénient que la pression entre le conduit d'arrivée du liquide et les chambres d'évacuation 16 est supérieure à la pression entre les autres chambres 12 et les chambres d'évacuation 16. En outre, la pression régnant dans l'autre chambre 12 peut être dosée par de simples artifices de construction (dimensions de l'interstice 1l et du conduit 13) et môme être presque réduite à zéro, ce qui, dans le cas de ce dernier mode de réalisation, ntest pas possible La pression qui se manifeste résulte ici de la pression du conduit d'amenée du liquide, qui est déterminée par la sectIon du conduit 7 et de la cuantité d'eau amenée.Il est vrai que cette pression diminue en cas de charge partielle, c'est-à-dire en cas d'arrivée dtune faible quantité d'eau. Cependant la pression régnant dans l'autre chambre 12 est également proportionnelle ç la charge, -c'esta'-dire qu'en cas de charge partiell-e elle e-st inférieure à 0,05 bar et ceci, indépendamment de la quantité d'eau amenée Dans le frein hydraulique à tourbillon liquide représenté sur la fig. 2, les pertes par fuites sont par conséquent assez élevées mais, ainsi que la pratique ltenseigne, les paliers 2 peuvent en être épargnés sans difficulté. Cependant ces pertes par fuites plus élevées se manifestent par une certaine élévation des frais d'entretien et de fonctionnement. Par contre, cet inconvénient est compensé par une fabrication plus simple et par conséquent par un prix d'acquisition plus bas, de sorte que pour certains cas d'utilisation spéciaux un frein à tourbillon liquide tel que celui représenté sur- la fig. 2 peut représenter un avantage par rapport au mode de réalisation représenté sur la fig 1. Les détails de réalisation peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le- domaine des équivalences techniques REVENDICATIONS 1. - Frein hydraulique à tourbillon liquide comportant au moins une chambre de turbulence constituée par un stator et un rotor, un conduit d'amenée du liquide débouchant au milieu de la chambre de turbulence et les chambres d'évacuation du liquide provenant de fuites situées entre les paliers du frein et la chambre de turbulence, l'arbre du rotor de ce frein à tourbillon étant étanchéisé par rapport au carter fixe par des joints n'entrant pas en contact avec lui, caractérisé en ce que l'arbre du rotor s'étend entre ses paliers dans un interstice communiquant en un endroit situé entre la chambre de turbulence et la chambre d'évacuation avec une autre chambre communiquant elle-même avec le milieu de la chambre dé turbulence. 2.- Frein hydraulique à tourbillon comportant au moins une chambre de turbulence constituée par un stator et un rotor, par un conduit d'amenée du liquide débouchant au milieu de la chambre de turbulence et par des chambres d'évacuation du liquide de fuite se trouvant entre les paliers du frein et la chambre de turbulencee l'arbre du rotor du frein à turbulence étant étanchéisé par rapport au boîtier fixe par des joints n'entrant pas en contact avec lui, caractérisé en ce que l'arbre du rotor se' étend entre les paliers dans un interstice communiquant en un endroit situé entre la chambre de turbulence et la chambre d'évacuation avec le conduit amenant le liquide au milieu de la chambre de turbulence. 3.- Frein hydraulique à tourbillon suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rotor est constitué par un rotor double se trouvant à l'intérieur de ce frein à tourbillon. 4.- Frein hydraulique à tourbillon suivant l'une quelconque des revendications précédentes, ca-ractérisé en ce que l'épaisseur -de l'interstice dans lequel tourne I'arbre du rotor est égale à 1/300 environ du rayon de l'alésage.