Brevet FR2473660A1 — publié le 19810717

La présente invention constitue un perfectionnement apporté au frein hydrodynamique décrit dans le brevet DE-OS 17 50 272 de la RFA. Dans ce frein connu, les aubes des rotor et/ou stator sont orien- tables par pivotement autour d'axes radiaux, dans le but d'agir sur le mo- ment de freinage et surtout d'éviter les pertes par ventilation lorsque le frein est en état dit de "rotation à vide" ou débrayé (c'est-à-dire pour diminuer la puissance absorbée lorsque le frein est évacué).Plus précisé- ment, il est prévu que, lorsque le frein fonctionne, les aubes orientables se trouvent dans l'habituelle position inclinée qui assure un moment élevé de freinage. C'est là, en tenant compte du sens de rotation du rotor, la position dite en "pointes de losange". Dans cette position, les arêtes arrière des aubes portent contre la paroi torique. En revanche, dans la condition débrayée ou inactive du frein, les aubes s'étendent parallèle- ment au sens de rotation. Ce genre de frein, pour autant que l'on sache, n'a trouvé aucune application pratique. La raison doit en être recherchée dans le fait qu'il faut obtenir le réglage de différents moments de freinage d'une manière plus simple, par la modification du degré de remplissage, et que, par ail- leurs, l'on a également trouvé d'autres mesures éprouvées pour réduire les pertes par ventilation (cf. par exemple brevets RFA DE-PS 16 75 263, 21 35 268 et 22 27 624). Il n'est cependant pas satisfaisant de constater que, jusqu'à présent, quand il y a une demande pour un frein capable de fonctionner quel qu'en soit le sens de rotation, il a fallu prévoir deux chambres de travail, par exemple comme dans le cas des brevets RFA DE-PS 16 00 191 ou 27 57 240. La présente invention a pour but de résoudre le problème que pose la réalisation d'un frein hydrodynamique à un seul flux, d'utilisation aussi universelle que possible, et qui, en cas de besoin, puisse convenir pour la rotation dans les deux sens. Alors que dans le frein connu par le brevet précité (RFA DE-OS 17 50 272) la paeoi torique qui infléchit le flux est fixe dans chaque roue à aubes et les aubes pivotantes ou orientables ne peuvent pas être placées dans une position o elles sont parallèles à l'axe, la paroi torique sui- vant l'invention est formée, fragment par fragment, par des aubes orienta- bles. Cela permet de faire pivoter les aubes avec une amplitude tout-àfait différente de celle autorisée sur le frein du type connu. En fait, les -2- aubes peuvent désormais pivoter, à partir de la position oblique habituelle (également appelée position "en pointes de losange") au moins jusqu'à la position dans laquelle elles sont parallèles à l'axe. Cette position paral- lèle à l'axe peut être celle de marche à vide, car dans ce cas, si on la compare à la position en pointes de losange, la puissance absorbée par le frein est déjà considérablement réduite; autrement dit, il se produit, pour de nombreux cas d'utilisation, une diminution déjà suffisante des pertes par ventilation du frein à l'état inactif. Si on considère par exemple le cas o aussi bien les aubes du rotor que celles du stator passent de la l1 position en pointes de losange à celle parallèle à l'axe, on peut s'at- tendre à une diminution de la puissance absorbée qui atteint environ 10% de la valeur initiale. Cela a été prouvé par des mesures comparatives sur des freins hydrodynamiques traditionnels à aubage oblique et sur des cou- pleurs hydrodynamiques comportant un aubage parallèle à l'axe. Or, un avantage encore plus important de la présente invention réside dans le fait que les aubes orientables peuvent être amenées, en cas de besoin, à prendre une position oblique en dépassant. la position o ces aubes sont parallèles à l'axe. C'est là, le sens de rotation restant inchangé, la position dite "de traînée". Cette position peut aussi être celle de marche à vide, lorsque le frein a simultanément été vidangé. Plus particulièrement, cette position des aubes peut cependant être celle dite en pointes de losange pour le sens opposé de rotation. De cette façon, la grande amplitude de pivotement réalisée grâce à la présente invention peut être utilisée surtout pour permettre au frein de fonctionner totalement dans les deux sens de rotation, bien que l'on ne dispose que d'une seule chambre de travail. Dans ce mode de réalisation, par conséquent, la posi- tion dite de tratnée des aubes dans un sens de rotation est toujours la position en pointes de losange dans le sens opposé de rotation, et inver- sement. En général, dans le cas précité, si l'on désire réaliser un frein fonctionnant indifféremment dans les deux sens de rotation, on obtiendra un frein qui aura dans les deux sens de rotation un moment de freinage de même valeur. Pour cela, on disposera les tronçons de la paroi torique qui raccordent les aubes pivotantes entre elles et deux par deux(vues en coupe cylindrique) de préférence perpendiculairement au plan de chaque aube. Ainsi, la paroi torique s'étend parallèlement au sens circonférentiel, aussi longtemps que les aubes restent parallèles à l'axe. Toutefois, dès 3 - que les aubes prennent une orientation oblique, les tronçons de paroi to- rique se disposent (par rapport les uns aux autres) comme les marches d'un escalier. Par ailleurs, les tronçons de paroi torique peuvent aussi former un angle autre que 9oo. Suivant une autre variante de réalisation de l'invention, les aubes, vues en coupe cylindrique, ont une section en U et on les désigne également dans ce cas par l'expression "godet". Leur axe de pivotement peut être situé sur le plan médian du profil en U, ou aussi, le cas échéant, à pro- ximité de ce plan médian, voire asynétriquement. Ce mode de construction rend nécessaire une légère séparation des deux roues à aubes par rapport l'une à l'autre dans le sens axial.. Par ce moyen, lorsque les aubes pivo- tantes se trouvent dans leur position parallèle à l'axe, l'étroit inter- valle qui sépare les roues à aubes peut parattre relativement important. Pourtant, cela est tout-à-fait favorable, car cet intervalle permet de réduire davantage la perte par ventilation. Les raccords entre les aubes et les fragments ou tronçons de paroi torique peuvent Otre à argte vive, mais de préférence ils seront arrondis. D'autre part, suivant un autre mode de réalisation, chaque aube pivotante avec son tronçon de paroi torique présente, vue en coupe cylin- drique, une section transversale en forme de T. Dans ce cas, l'axe de pi- votement, conformément au frein connu par le brevet RFA DE-OS 17 50 272 déjà cité, sera disposé au moins approximativement dans l'angle de l'aube qui reçoit le flux. Grâce à cette construction il est inutile d'envisager une séparation des deux roues à aubes. D'une manière analogue, on peut prévoir une section en forme d'équerre pour les aubes mobiles. On peut également indiquer que d'autres solutions peuvent être imaginées pour permettre d'étendre l'amplitude angulaire des aubes pivo- tantes entre la position en pointes de losange au moins jusqu'au-delà de la position parallèle à l'axe, voire m&oe jusqu'à dépasser la position de tratnée. Ainsi, on peut prévoir que seule une partie avant d'une aube (par exemple environ les deux tiers d'une aube entière) soit pivotante et tournée vers l'autre aube, tandis que la partie restante ou arrière de l'aube est rigidement solidaire de la paroi torique. Par cette disposi- tion, cependant, on ne peut obtenir qu'une diminutionjet non pas une sup- pression, des pertes par ventilation. En outre, ce mode de réalisation ne convient guère pour un frein devant fonctionner indifféremment dans l'un ou l'autre sens. 247e660 -4 - De plus, toujours d'une façon analogue à ce que montre le brevet RFA DE-OS 17 50 272, dans un frein o toutes les aubes sont pivotantes, on peut réaliser la paroi torique de telle sorte qu'entre cette paroi et la- trajectoire de pivotement des-arêtes arrière des aubes il subsiste un certain intervalle. Cette paroi torique s'étend par conséquent plus paral- lèlement au sens de rotation, et chaque aube pivotante comporte une cavité. La valeur de cet intervalle peut varier le long de la trajectoire de pivo- tement des arêtes arrière des aubes. Ce qui est important, c'est le fait que, dans la position en pointes de losange des aubes (donc quand le frein doit être en condition d'efficacité maximale) cet intervalle soit aussi réduit que possible, afin de ne pas affaiblir l'écoulement du flux. En revanche, il peut être tout-à-fait préférable que, dans la position paral- lèle à l'axe des aubes, ledit intervalle soit relativement important, car- il assure dans ce cas une réduction des pertes par ventilation. Le frein suivant la présente invention peut être équipé d'un dis- positif de commande pour faire pivoter les aubes. Toutefois, de préfé- rence, on renoncera à un tel dispositif de commande et, suivant l'exemple fourni par le frein connu d'après le brevet RFA DE-PS 16 75 263, on peut adopter un mode de réalisation de celui-ci grâce auquel les aubes réglables se placent automatiquement dans la position requise, et cela en fonction de chaque sens de rotation et de chaque fluide de remplissage adopté, à savoir: liquide ou air. On décrira maintenant un mode préféré de réalisation de l'invention en se référant au dessin annexé, sur lequel La FIGURE 1 est une coupe longitudinale partielle faite à travers un frein hydrodynamique réalisé conformément à la présente invention; La FIGURE 2 est une coupe partielle faite suivant la ligne II de la Figure 1; La FIGURE 3 est une coupe cylindrique partielle faite suivant la ligne III-III de la Figure 1, le frein étant représenté à l'état-évacué; La FIGURE 4 est une autre coupe cylindrique partielle analogue à la Figure 3, mais montrant la position des aubes lors d'un remplissage partiel du frein et pour un sens de rotation du rotor; La FIGURE 5 est une coupe cylindrique partielle analogue à la Figure 4, mais montrant la position des aubes en cas de rotation du rotor dans:le, e cQ=traire, et La eIGMEE 6 esft re- vue partielle de face du rotor, en regardant -5- dans le sens de la flèche VI de la Figure 1. Suivant la Figure 1 du dessin, le frein hydrodynamique est monté sur un arbre rotatif 10. Un moyeu de rotor 11 est solidaire en rotation de cet arbre 10 et présente un flasque de moyeu lia auquel est fixée une coquille de rotor 12 qui renferme la moitié d'une chambre intérieure de forme torique, selon le mode classique, mais qui, contrairement aux freins à circulation du type traditionnel, ne comporte pas d'aubes. Celles-ci sont remplacées dans la coquille 12 par des godets pivotants 13 qui cons- tituent des chambres d'aubes mobiles. Chaque godet pivotant se compose en fait de deux aubes 14 réunies par un tronçon 15 de la paroi torique qui sert à canaliser l'écoulement du fluide. Plusieurs godets pivotants de ce type sont uniformément répartis sur la circonférence de la coquille de rotor 12 (Figure 6). Les axes de pivotement des godets 13 ont une orien- tation sensiblement radiale. Chaque godet pivotant comporte un tourillon extérieur 16 et un tourillon intérieur 17. Dans la zone du tourillon in- térieur 17 la coquille de rotor 12 est scindée en deux éléments; autre- ment dit, elle se compose de la coquille 12 proprement dite et d'une cou- ronne annulaire amovible 12a que l'on ajoute après avoir mis en place les godets pivotants 13 sur la coquille de rotor 12. Des vis 21 servent à assembler la couronne annulaire 12a à la coquille de rotor 12 et en meme temps à rendre cette coquille 12 solidaire du flasque lia du moyeu. Sur le tourillon intérieur 17 il est prévu un épaulement 18 qui sert d'une part à guider le godet pivotant dans le sens radial, ou, au- trement dit, à transmettre à la coquille du rotor la force centrifuge qui agit sur ce godet pivotant. D'autre part, le même épaulement 18 coopère avec un ressort hélicoïdal de compression 19 pour solliciter constamment le godet pivotant (lorsque le frein est évacué) vers la position dite de marche à vide, que montre la Figure 3. Le ressort 19 est logé avec une bille en acier 20 dans un alésage pratiqué parallèlement à l'axe de l'arbre 10 dans la coquille du rotor. L'épaulement 18 présente un contour extérieur circulaire comportant une interruption essentiellement en forme de segment, de cercle ou de came (Figure 2). C'est dans cette zone que porte la bille soumise à la poussée du ressort 19. Pour stabiliser le godet pivotant en position de marche à vide, on peut prévoir sur la partie méplate de l'épaulement 18 une encoche peu profonde. La coquille de rotor 12 et le godet pivotant 13 qu'elle renferme constituent ensemble ce qu'on appelle une roue de rotor à aubes. En face 6- se trouve une roue de stator, également à aubes, ayant une disposition tout-à-fait semblable. Les pièces essentielles en sont une coquille de stator 32, laquelle sert de palier au moyeu de rotor 11 par l'intermé- diaire d'un roulement à billes 30, ainsi qu!une couronne de couverture 32a et plusieurs godets pivotants 13 qui correspondent sensiblement à ceux de la roue du rotor à aubes. Une partie ou enveloppe cylindrique de couver- ture 33 prolonge la coquille de stator 32 et comprend une ouverture d'é- chappement 34, selon le mode habituel. Sur le bord côté rotor de cette enveloppe 33 est fixé en outre par des vis (non représentées) un flasque arrière ou d'extrémité 35 muni d'un conduit d'admission 35a, d'o partent plusieurs alésages 36 pratiqués dans le flasque de moyeu lia et qui dé- bouchent dans une chambre annulaire 37 formée par le moyeu 11, la coquille de rotor 12 et la couronne annulaire amovible 12a. Le tourillon intérieur 17 de chaque deuxième godet pivotant d1Xune.aube présente un perçage con- centrique, donc orienté radialement. Dans ce perçage est ajusté à force un petit tube d'admission 38. Ces tubes d'admission 38 relient par conséquent la chambre annulaire 37 à la chambre intérieure du frein, que l'on appelle également "chambre de travail". Ainsi qu'il a déjà été souligné plus haut, lorsque le frein tourne à vide, donc quand la chambre de travail est évacuée, les godets pivotants 13 prennent la position représentée Figure 3. Dans ce cas, la puissance absorbée par le frein est extraordinairement faible, parce que d'une part les aubes 14 sont parallèles à l'axe de rotation du frein, et d'autre part la distance a entre les arêtes adjacentes d'aubes qui se déplacent en regard les unes des autres est relativement importante. La condition que montre la Figure 3 est valable pour les deux sens de rotation du rotor. Les Figures 4 et 5 du dessin montrent les positions différentes qu'occupent les godets pivotants dans les deux sens de rotation du rotor quand la chambre de travail du frein est au moins partiellement remplie de fluide. Le sens de rotation est indiqué dans chaque cas par une flèche V (marche avant) ou V (marche arrière). On peut constater que, dans les deux cas, les aubes se trouvent dans la position dite en pointes de lo- sange. L'angle d'oblicité des aubes est calculé de telle sorte que les godets pivotants 13 viennent buter les uns contre les autres. -7 - REVENDICATIONS 1. Frein hydrodynamique suivant le système Ff5ttinger, comprenant un rotor à aubes et un stator à aubes qui constituent ensemble une chambre de travail de forme torique, et présentant en outre les particularités suivantes: a) la chambre de travail peut être remplie au moins partiellement avec le fluide de travail pour l'actionnement du frein, puis évacuée pour rendre le frein inactif; b) tout au moins dans la position de freinage, les aubes, vues en coupe cylindrique, sont disposées obliquement dans le sens de rotation vers l'avant pour le rotor et vers l'arrière pour le stator (position dite "en pointes de losange" des aubes); c) dans au moins une des deux séries d'aubes (rotor et stator) , chaque aube distincte peut pivoter autour d'un axe dont l'o- rientation est sensiblement radiale, ce frein hydrodynamique étant caractérisé en ce que d) chaque aube pivotante (14) comporte un fragment ou segment (15) de la paroi torique, et e) le débattement angulaire possible des aubes pivotantes (14), en partant de la position dite en pointes de losange, va jus- qu'à la position o les aubes sont parallèles à l'axe de rota- tion du rotor. 2. Frein hydrodynamique selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le débattement angulaire possible des aubes pivotantes (14) s'é- tend, à partir de la position en pointes de losange jusqu'à la position dite de "trainée" en passant par la position o l'aube est parallèle à l'axe de rotation et en se rapportant à un seul et mame sens de rotation du rotor. 3. Frein hydrodynamique selon la Revendication 2, caractérisé en ce que le fragment ou segment (15) de la paroi torique, qui fait partie de chaque aube pivotante (14) vue en coupe cylindrique, est disposé sen- siblement à angle droit par rapport au plan de l'aube. 4. Frein hydrodynamique selon l'une quelconque des Revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les aubes pivotantes adjacentes sont réunies deux par deux par un fragment (15) de paroi torique de façon à former avec ce fragment une cavité pivotante d'aube (13), l'aube présentant alors une section transversale en U. 5. Frein hydrodynamique selon l'une quelconque des Revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, de chaque c6té des aubes pivotantes indivi- duelles, s'étend un fragment de paroi torique, l'aube présentant alors une section transversale en T. 6. Frein hydrodynamique selon l'une quelconque des Revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque aube pivotante présente sur un coté un fragment de la paroi torique, l'aube présentant alors une section trans- versale en forme d'équerre. 7. Frein hydrodynamique selon la Revendication 1, caractérisé en ce que seule la partie antérieure, orientée vers l'intervalle qui sépare les aubes du rotor de celles du stator, de chaque aube est pivotante et rigidement solidaire, par son extrémité arrière, de la paroi torique. 8. Frein hydrodynamique selon la Revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude possible de pivotement des aubes pivotantes à partir de la position dite en pointes de losange s'étend au minimum jusqu'à la position dans laquelle l'aube est parallèle à l'axe de rotation, et que la paroi torique est-formée de telle sorte qu'entre cette paroi et la tra- jectoire de pivotement de l'arête arrière de l'aube il subsiste un inter- valle. 9. Frein hydrodynamique selon l'une quelconque des Revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les aubes pivotantes (14), lorsque le frein est évacué, sont maintenues en position de marche à vide, c'est-à-dire avec leur axe parallèle à l'axe de rotation, ou au-delà de cette position en position dite de traînée, par une force de rappel, par exemple celle d'un ressort, contre la force dynamique du flux d'air, et que dans l'état d'actionnement du frein les aubes sont maintenues dans leur position dite en pointes de losange par la pression dynamique du courant de liquide à l'encontre de ladite force de rappel. 10. Frein hydrodynamique selon la Revendication 9, caractérisé en ce qu'à chaque aube pivotante (14) est fixé un épaulement (18) formant came qui coopère avec un ressort (19) de manière que ce dernier sollicite cons- tamment l'aube vers sa position de marche à vide, dans la mesure o le frein est évacué de son fluide de travail. 11. Frein hydrodynamique selon la Revendication 10, caractérisé en ce qu'il est prévu une bille (20) entre l'épaulement (18) et le ressort (19)..