Brevet FR2478237A1 — publié le 19810918

La présente invention concerne un embrayage a friction à fluide équipé d'un disque d'entraînement c8té primaire avec au moins une surface de travail et d'un carter côté secondaire pouvant tourner par rap- port au disque d'entraînement avec au moins une seconde surface de travail, un intervalle destiné à recevoir un fluide visqueux étant ménagé entre les première et seconde surfaces de travail, qui peut être introduit dans l'intervalle par l'intermédiaire d'une soupape pouvant être commandée en fonction de la température et extrait à nouveau de celui-ci par l'intermédiaire d'un organe de refoulement, ainsi qu'il est connu par exem- ple par le brevet allemand NI 1.284.186. Dans de tels embrayages, le couple de rotation entre le disque d'entraînement c8té primaire et le carter côté secondaire, qui porte par exemple un wnti- lateur, est transmis par l'lntermédiaire des forces de cisaillement d'un fluide visqueux, qui se trouve dans l'intervalle entre le disque d'entraînement et le car- ter de l'embrayage. La grandeur du couple de rotation transmissible dépend de la quantité du fluide de tra- vail qui se trouve dans los deux intervalles entre le disque d'entraînement et le carter de l'embrayage, donc du degré de remplissage de l'embrayage. Afin d'éviter un contact métallique, c'est-à-dire un grippage entre le disque d'entraînement et le carter d'embrayage, de tels disques d'entraînement connus sont fréquemment munis de garnitures non métalliques. Entre ces garnitures réalisées en forme de segment sont prévus des canaux en vue de l'écoulement dirigé radialement vers l'exté- rieur du fluide de travail; on obtient ainsi une re- partition uniforme du fluide de travail dans la région de l'intervalle même pour des degrés de remplissage par- tiels. En outre, des garnitures de liège en particulier ont la propriété de s'imbiber du fluide de travail et ainsi également d'assurer une répartition uniforme du fluide de travail. De telles garnitures ne sont cependant pas avantageuses du point de vue économique, car elles pro- voquent des coets supplémentaires. On a par conséquent, ainsi qu'il est connu par la demande de brevet allemand DAS 2.602.608, renoncé à de telles garnitures de friction sur le disque d'entraînement. Des inconvénients se sont cependant déclarés à propos du comportement en vitesse de rota- tion durant la phase d'embrayage à une température dé- terminée. Ces fluctuations indésirables de la vitesse de rotation, qui étaient liées à un développement dé- sagréable de bruit, devaient être éliminés en pré- -15 voyant un interrupteur magnétique thermosensible qui conduisait à une ouverture brusque de la soupape pour le fluide de travail. Ce type de circuit par tout ou rien n'est cependant pas toujours souhaitable, car il con- duit à une opération d'embrayage saccadée et ainsi à des à-coups du couple de rotation. Les embrayages à friction à fluide connus équi- pés d'un disque d'entrainement lisse, sans garniture, présentent, en plus de l'inconvénient précité de la fluctuation de la vitesse de rotation durant la phase d'embrayage, c'est-à-dire dans le cas d'un remplissage partiel, en outre l'inconvénient d'une opération d'em- brayage ou de débrayage différée. L'embrayage différé peut, dans le cas d'utilisation de l'embrayage pour des ventilateurs de moteurs à combustion interne, conduire à une surchauffe du moteur. La coupure différée du ven- tilateur accroit la consommation en carburant, et pro- longe la durée de la gène provoquée par le bruit. La présente invention a par conséquent pour objet de perfectionner un embrayage à friction à fluide du type décrit dans le préambule, de telle sorte que l'em- brayage équipé d'un disque d'entraînement ou de sur- faces de travail, opère sans les garnitures classiques et de telle sorte que simultanément les fluctuations désavantageuses mentionnées de la vitesse de rotation dans la plage de transition ainsi qu'un embrayage ou un débrayage différés soient évités. Ce problème est en premier lieu fondamentalement résolu par le fait que la première et/ou la seconde surfacesde travail présentent chacune des surfaces rugueuses, par le fait que les surfaces rugueuses présentent des valeurs moyen- nes de rugosité supérieures ou égales à 5 um, infé- rieures ou égales à 2000 pum ou comprises entre 5 ym et ym (1 ym = 0,001 mm). Grâce à la rugosité selon l'invention des surfaces de travail du disque d'entraî- nement ou du carter d'embrayage, les fluctuations de la vitesse de rotation durant la phase d'embrayage sont évitées. L'embrayage accroît au contraire pro- gressivement sa vitesse de rotation lors de l'ouverture croissante de la soupape, c'est-à-dire lors de l'ac- croissement du degré de remplissage. En outre, l'embraya- ge équipé de surfaces de travail rugueuses vient en prise durant un laps de temps plus court après l'obten- tion d'une température prédéterminée. En outre, il s'est avéré, comme avantage supplémentaire, que grâce à la rugosité des surfaces de travail, un couple de ro- tation accru peut être transmis pour une viscosité identi- que du fluide de travail, ou le même couple de rotation pour une viscosité plus faible dudit fluide; un meil- leur comportement d'embrayage est obtenu grâce à l'utili- sation d'un fluide de travail à viscosité plus faible. D'autres configurations avantageuses de l'in- vention sont indiquées dans les revendications 5 à 15. La surface rugueuse peut être métallique ou non et être obtenue par différents procédés technologiques. Tous les procédés, tels que grenaillage, dégrossissage, moletage, attaque, coulée ou apport d'un revêtement rugueux se caractérisent par leur simplicité et ainsi par leur rentabilité. Ce point de vue est important dans le cas d'un produit réalisé en série, comme d'un embrayage à friction à fluide pour véhicules. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur les dessins annexés et décrit ci- apres en détail. La figure 1 est une coupe d'un embrayage à friction à fluide. La figure 2 est une coupe du disque- d'entra nement. La figure 3 est une demi-élévation du disque d'entratnement. La figure 4 est un détail du profil de la surface de travail du disque d'entraînement. La figure 1 représente l'embrayage à friction à fluide qui est équipé d'un disque d'entraînement 2 rugueux selon l'invention. De tels embrayages à friction - à fluide sont mis en oeuvre de préférence pour l'en- trainement de ventilateurs pour le système de refroidis- sement de moteurs à combustion interne de véhicules. Le disque d'entraînement 2 est assujetti en rotation à l'arbre d'entraînement 1, qui, de son côté, est en- trainl par le moteur à combustion interne non repré- senté, par exemple par le vilebrequin de celui-ci. Sur l'arbre d'entra nement 1 est fixé de façon à pouvoir tourner le carter d'embrayage 3 au moyen d'un roule- ment à billes 23 à rainure double, et fixe axialement, un maintien constant de la largeur de l'intervalle de travail étant ainsi assuré et une mise en déplacement des surfaces de travail évitée. Le carter d'embrayage 3 est fermé par un couvercle 4 et porte un ventilatelr non représenté qui est disposé par exemple derrière le radiateur d'un véhicule et assure la fourniture de l'air de refroidissement nécessaire. Dans le couvercle 4 du carter est prévue une paroi de séparation 5, qui présente une ouverture de soupape 6, qui, de son côté, peut être ouverte ou fermée par l'intermédiaire du culbuteur 7. Grâce à cette paroi de séparation 5, l'intérieur du carter d'em- brayage 3 et 4 est subdivisé en une chambre de réserve 8 et une chambre de travail 9, d'o le fluide de tra- vail revient dans la chambre de réserve 8 par l'in- termédiaire de l'organe de refoulement 10 et du canal de reflux 11. Les figures 2 et 3 représentent le disque d'entratnement 2 d'une part en coupe et d'autre part en demi-élévation, comme il est installe dans ltem- brayage à friction à fluide de la figure 1. Les premiè- res surfaces de travail 15 et 16 de part et d'autre du disque d'entraînement 2 sont visibles sous la forme de surfaces en couronne usinées de façon particulière. Décalée par rapport à la surface de travail antérieure 15, est prévue une surface 21 en forme de couronne se trouvant à la périphérie extérieure du disque d'entral- - nement, avec laquelle est en prise l'organe de refoule- ment 10 et assure le pompage du fluide de travail. Le disque d'entraînement 2 présente en outre plusieurs trous oblongs 22 s'étendant radialement, disposés à la péri- phérie, qui sont prévus pour une traversée du fluide de travail depuis le côté antérieur 15 en direction du côté postérieur 16. A l'extérieur du couvercle 4 se trouve un élé- ment de réglage sensible à la température en soi connu, qui, dans le présent cas, est réalisé sous forme d'une bande bimétallique 12, qui est alimentée par l'air de re- froidissement. La bande bimétallique transmet sa dé- formation sous l'action d'une variation de température à une tige de commutation 13, qui actionne pour sa part le culbuteur 7 à l'encontre d'un ressort de compres- sion 4 et ainsi ouvre ou ferme l'ouverture de soupape 6. Dans la chambre de réserve 8 se trouve le fluide de travail, un fluide visqueux, qui est par exemple dis- ponible dans le commerce sous l'appellation Fluide Dow Corning 211 ou Huile Silicone Wacker AK. Ces huiles aux silicones utilisées habituellement pour des embrayages à friction à fluide pour des véhicules ont une viscosité comprise entre 1.000 et 60.000 Centistokes. Le fluide de travail s'échappe lors de l'ouverture de l'orifice de soupape 6 de la chambre de réserve 8 dans la chambre de travail 9, c'est-à-dire dans les in- tervalles de travail 19 et 20, qui se trouvent entre les surfaces de travail 17 du couvercle 4 du carter et 18 du carter d'embrayage 3 d'unie part, et les surfaces de travail 15 et 16 du disque d'entraînement 2. Dès que le fluide de travail remplit en partie ou en totalité ces intervalles de travail, un couple de rotation est transmis, par suite des forces de cisaillement apparais- sant entre le disque d'entratnement 2 et le carter d'embrayage 3. GrAce à la force centrifuge, le fluide de travail est poussé radialement vers l'extérieur hors des intervalles de travail et y est pompé par l'in- termédiaire-d'un organe de refoulement 10. L'invention proprement dite est visible sur la figure 4, qui représente un détail A de la surface de travail 15. Les premières surfaces de travail 15 et 16 du disque d'entraînement 2 et également les secondes surfaces de travail 17 et 18 du carter d'embrayage 3 et 4 sont rendues rugueuses conformément à l'invention, et même de façon à ne pas tomber au- dessous d'une valeur de rugosité moyenne Ra déterminée selon la norme DIN 4762, Feuille 1. Cette valeur de rugosité moyenne Ra se déter- mine d'après la norme DIN 4762, Feuille 1, Page 2, selon la formule suivante: a l x x=1 l I - Les quantités hi sont les écarts du profil réel tracé du profil moyen, qui est dessiné en traits mixtes sur la figure 1. Cette valeur de rugosité moyenne norma- lisée Ra peut être mesurée directement par palpage de la surface à l'aide d'appareils de mesure commercia- lement disponibles. L'effet surprenant de cette rugosité selon l'invention des surfaces de travail réside dans le fait que les surfaces de travail 15,16,17 et 18 sont mouil- lées de façon plus uniforme et mieux contrôlables ou que les intervalles de travail 19 et 20 sont remplis de fa- çon plus uniforme que les disques lisses antérieure- ment connus. Si donc le culbuteur 7 dégage tout d'abord partiellement l'ouverture de soupape 7 et qu'ainsi seule une faible quantité de fluide de travail provenant de la chambre de réserve 8 pénètre dans les intervalles de travail 19 et 20, il en résulte un remplissage uniforme progressif des intervalles de travail 19 et 20, si bien qu'on obtient également un accroissement progressif de la vitesse de rotation du carter d'embrayage 3. Les fluctuations indésirables antérieurement connues de la vitesse de rotation sont ainsi évitées durant cette phase de l'opération d'embrayage. Manifestement, ces fluctuations de vitesse de rotation antérieurement cons- tatées étaient à attribuer au fait que le fluide de tra- vail s'échappant de la chambre de réserve 8, qui tour- nait à une vitesse de rotation relativement basse, par exemple 1500 tours/minute, s'échappant par l'intermé- diaire de l'ouverture de soupape 6 depuis le disque d'entra nement à vitesse de rotation ielativement éle- vée, par exemple tournant à 5000 tours/minute, était centrifugé immédiatement vers l'extérieur, si bien que ce processus était extrêmement instable et incon- trôlable. Dans les embrayages antérieurement connus, les intervalles de travail étaient donc remplis par- tiellement et ensuite évacués pendant des temps courts durant la phase d'embrayage ou de transition, si bien qu'il se produisait les fluctuations de vitesse de ro- tation indésirables. Grâce à cette rugosité selon l'in- vention des surfaces de travail, on obtient à présent un mouillage uniforme et un remplissage uniforme des intervalles de travail, c'est-à-dire qu'une centri- fugation incontrôlable du fluide de travail et les fluctuations de vitesse de rotation associées ne se produisent plus. Comme autre avantage de la rugosité se- lon l'invention des surfaces de travail, on obtient que le point d'embrayage ou de débrayage peut être mieux déterminé préalablement et ainsi plus contrôlable. Grâce au remplissage et également à la vidange uni- forme des intervalles de travail, l'embrayage débraie à l'instant prédéterminé si bien qu'une surchauffe du moteur ou une consommation inutile de carburant ainsi qu'un développement de bruit ne se produisent plus. Par suite du mouillage uniforme des surfaces de tra- vail, on obtient en outre un couple de rotation trans- missible plus grand dans le cas d'utilisation du même fluide de travail, c'est-à-dire de même viscosité, et pour des largeurs d'intervalle identiques. Pour un couple de rotation à transmettre donné, la viscosité du fluide de travail peut par conséquent être choisie plus faible, de sorte qu'on obtient un comportement d'embra- yage pouvant etre déterminé de façon plus précise. La rugosité selon l'invention des surfaces de travail peut, comme indi.ué dans les revendications précédentes, être obtenu par les procédés les plus divers. Parmi les divers procéd4s, la rugosité obtenue par grenaillage s'est avérée comme particulièrement avantageuse pour la répercussion sur le mouillage des surfaces de tra- vail. Lorsque l'organe de refoulement 10 est appli- qué au moyen d'une pression de ressort sur la surface 21 étagée en forme de couronne, celle-ci doit demeurer lisse et par conséquent être recouverte lors de l'o- pération de grenaillage. On prévoit cependant entre la surface en couronne 21 et l'élément de refoulement 10 un intervalle défini, de sorte qu'aucun contact ne se produit, ainsi la surface en couronne extérieure 21 peut également être rendue rugueuse. Ceci présente l'avantage aue la surface en couronne 21 rugueuse en- tra ne mieux le fluide de travail et un meilleur effet de pompage est ainsi obtenue De ce fait, le comportement de débrayage est encore amélioré. L'invention n'est au reste pas limitée à des surfaces de travail planes, mais est également avanta- geusement applicable à des surfaces de travail cylin- driques ou coniques, par exemple dans le cas d'un disque d'entralnement réalisé en forme de pot. REVENDICATIONS 1. Embrayage à friction à fluide équipé d'un disque d'entraînement côté primaire avec au moins une première surface de travail et d'un carter côté secon- daire pouvant tourner par rapport au disque d'entrasine- ment avec au moins une seconde surface de travail, un intervalle destiné à recevoir un fluide visqueux étant ménagé entre les première et seconde surfaces de travail, qui peut être introduit dans l'intervalle par l'intermé- diaire d'une soupape pouvant être commandée en fonction de la température et extrait à nouveau de celui-ci par l'intermédiaire d'un organe de refoulement, caractérisé en ce que la première et/ou la seconde surfaces de tra- vail présentent chacune des surfaces rugueuses (15, 16, 17, 18). 2. Embrayage à friction à fluide selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que les surfaces ru- gueuses (15, 16, 17, 18) présentent des valeurs moyennes de rugosité de Ra>5>um (1 Pm = 0,001 mu). 3. Embrayage à friction à fluide selon la reven- dication 1 ou 2, caractérisé en ce que les surfaces ru- gueuses (15, 16, 17, 18) présentent des valeurs moyennes de rugosité de RaG 2000 m (1>Am = 0,001 mm). 4. Embrayage à friction à fluide selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les surfaces rugueuses (15, 16, 17, 18) présentent des valeurs moyennes de rugo- sité de 5pum Ra650 pm (1 pm: 0,001 um). 5. Embrayage à friction à fluide selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les surfaces rugueuses (15, 16, 17, 18) sont des surfaces métalliques. 6. Embrayage à friction à fluide selon une des revendications I à 4, caractérisé en ce que les surfaces rugueuses (15, 16, 17, 18) sont des surfaces de matière plastique. 7. Embrayage à friction à fluide selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les surfaces de travail présentant des surfaces (15, 16, 17, 18) rendues rugueuses par grenaillage. 8. Embrayage à friction à fluide selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les surfaces de travail présentent des surfaces (15, 16, 17, 18) réa- lisées par dégrossissage. 9. Embrayage à friction à fluide selon la re- vendication 8, caractérisé en ce que le rayon des rainu- res obtenues par tournage s'élève à 0,4 à 1,2 mm. 10. Embrayage à friction à fluide selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les surfaces de travail présentent des surfaces (15, 16, 17, 18) ob- tenues par moletage. 11. Embrayage à friction à fluide selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaces de travail présentent des surfaces (15, 16, 17, 18) ob- tenues par traitement chimique (attaque). 12. Embrayage à friction à fluide selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaces de travail présentent des surfaces (15, 16, 17, 18) ob- tenues lors de l'opération de coulée au moyen de moules de coulée réalisés de façon appropriée. 13. Embrayage à friction à fluide selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les surfaces de travail présentent des surfaces (15, 16, 17, 18) ob- tenues par apport d'une couche granulaire. 14. Embrayage à friction à fluide selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les surfaces de travail présentent des surfaces (15, 16, 17, 18) ob- tenues par apport d'un revêtement fibreux. 15. Embrayage à friction selon une des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le disque d'entraînement (2) présente une surface (21) en forme de couronne décalée axialement par rapport à la première surface de travail (15) en vis-à-vis de l'organe de re- foulement (10) disposé côté carter et en ce que la sur- face (21) en forme de couronne et les surfaces de tra- vail (15, 16, 17, 18) possèdent la même rugosité.