Brevet FR2495237A3 — publié le 19820604

FR 2495237 A3 19820604 FR 8122199 A 19811126 1 2495237 La présente invention concerne un ensemble de pompage monobloc pour le rotor de pompes centrifuges, en par- ticulier des pompes à eau installées dans des véhicules à moteurs. Dans des pompes à eau pour véhicules à moteurs, on sait qu'il se pose le problème de supporter le rotor de la pompe centrifuge d'une manière efficace et économique en restant dans de petites dimensions hors-tout. Une réalisation utilisée à l'heure actuelle par de nombreux fabricants de roulements consiste à construire et vendre des ensembles porteurs constitués par un arbre de transmission agencé pour recevoir à ses extrémités respectives le rotor de pompe et une poulie servant à transmettre un mouvement du moteur à l'arbre, et par un palier de type spécial comprenant deux rangées d'organes roulants mais non la bague intérieure qui est remplacée par des voies de glissement pour les organes roulants montés directement dans ledit arbre. Les deux rangées d'organes roulants sont espacées de façon appro- priée l'une de l'autre de manière àpourvoir l'arbre de deux points porteurs suffisamment espacés pour établir une stabilité de rotation. L'ensemble décrit est monté dans un corps usiné de façon appropriée et prévu dans le couvercle du carter de pompe, sa fixation étant assurée par une vis dont la queue s'engage dans un trou ménagé de façon appropriée dans la bague extérieure du roulement. L'ensemble décrit peut égale- ment être fixé dans ledit corps par un autre moyen approprié, par exemple par emmanchement. Les organes roulants sont protégés contre un contact avec l'eau par deux obturateurs étanches à l'eau qui sont fixés par léger emmanchement dans des sièges prévus dans la surface intérieure de la bague extérieure du roulement, afin d'isoler hermétiquement la chambre annulaire située entre la bagte extérieure du roulement et l'arbre de transmission. En outre, un ensemble d'étanchéité est disposé entre le roulement et le rotor dans un siège prévu dans la surface intérieure dudit corps,ledit ensemble comprenant un 2 2495237 coussinet contenant un joint annulaire cylindrique en graphite fritté qui est poussé par un ressort, avec une pression pré- déterminée, contre une surface avant du moyeu de rotor de manière à établir un joint étanche avec lui. La structure décrite ci-dessus n'est pas exempte d'inconvénients. En particulier, la fixation du roulement dans le corps du couvercle de pompe peut poser des problèmes de montage et d'usinage (arbre non centré, trous non alignés, etc) qui, lorsqu'il se manifeste de fortes contraintes thermi- ques et mécaniques, peuvent conduire à un mauvais fonctionne- ment dû à des intervalles résiduels, ce qui peut se traduire par des dommages considérables pour le moteur. Cela est possible car l'usinage et le montage de pièces qui doivent être accouplées avec précision, sont effectués par étapes i5 successives par différentes sociétés (le fabricant de la pompe. le fabricant du roulement et de l'arbre, le fabricant de l'ensemble d'étanchéité), ce qui conduit à des imprécisions inévitables. En outre. le montage doit être effectué par des ouvriers parti!:uJiirement expérimentés. Enfin une telle conception conàult une d ersion ax ment grande et à une faible efficacité d'étanchéité. L'invention a pour objet de fournir un ensemble de pompage monobloc pour des pompes centrifuges, qui est exempt des inconvénients précités et qui présente en particulier une petite dimension axiale hors-touts La présente invention propose donc un ensemble de pompage monobloc pour pompes centrifuges, en particulier pour pompes à eau de véhicules à moteurs, agencé pour être monté sur un carter desdites pompes centrifuges qui est caractérisé en ce qu'il comprend un arbre de transmission tournant autour de son axe et pourvu à ses deux extrémités respectivement d'un rotor centrifuge et d'un élément pour transmettre un mouvement de rotation audit arbre, un élément de support dudit arbre qui est pourvu à une extrémité d'une bride agencée pour sceller le carter de pompe d'une manière étanche au fluide et qui est tournée vers le rotor, deux rangées d'organes roulants disposées entre ledit arbre et ledit 3 2495237 élément de support pour permettre au premier de tourner par rapport au second avec un faible frottement, et une grande pluralité d'éléments d'étanchéité qui sont agencés pour établir un joint étanche à l'eau entre ledit arbre et ledit élément de support, ledit arbre de transmission comprenant une surface extérieure sur laquelle lesdits organes roulants roulent directement, et lesdits éléments d'étanchéité comprenant au moins une garniture disposée entre le rotor et les organes roulants et poussée par des moyens élastiques contre une surface arrière dudit rotor de façon à établir un joint étanche entre ce dernier et une douille placée dans ledit élément de support et dans laquelle ladite garniture d'étan- chéité est logée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés surlesquels: - Fig. 1 est une coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un ensemble de pompage monobloc selon l'inven- tion, - Fig. 2 est une coupe axiale d'un second mode de réalisation de l'ensemble de pompage monobloc selon l'inven- tion, - Fig. 3 est une vue de détail identique, mais à échelle agrandie, des ensembles de pompage des fig. 1 et 2, - Fig. 4 est une coupe axiale d'une pompe à eau du type centrifuge pour des véhicules à moteurs, dans laquelle l'ensemble monobloc de la fig. 1 est installé, et - Fig. 5 représente un autre mode de réalisation de l'ensemble de pompage de la fig. 1. Sur la fig. 1, 1 désigne un ensemble de pompage monobloc comprenant un rotor centrifuge 2, une poulie crantée 3, un arbre 4 tournant autour de son axe et qui porte le rotor 2 et la poulie 3 à ses extrémités respectives 5 et 6, un élément de support 7 et un élément d'étanchéité 8. L'élément de support 7 comprend une partie en forme de bride 11 et une partie en forme de manchon 12 perpendicu- 4 2495237 laire à la partie 11, et il est traversé parallèlement au manchon 12 par une cavité 13 en forme de cylindre de révo- lution. La cavité 13 est constituée par un évidement 14 peu profond qui est ménagé sur une face frontale 15 de la bride -5 11, de laquelle part un compartiment tronconique 16 dont le grand diamètre est dirigé vers la surface 15, ainsi que par un siège cylindrique 17 prévu dans le manchon 12 et séparé du compartiment tronconique 16 par une saillie à l'épaulement 18. L'évidement peu profond 14, le compartiment 16 et le siège 17 sont coaxiaux l'un par rapport à l'autre et par rapport à l'arbre 6 et ils se suivent dans l'ordre décrit. Immédiatement à la suite de l'évidement peu profond 14 du compartiment tronconique 16, il est prévu un siège 21 contenant une douille cylindrique 22 en métal ou en un autre matériau de résistance appropriée, faisant partie de l'ensem- ble d'étanchéité 8 de type connu. Cet ensemble comprend ladite douille 22 et un joint ou garniture annulaire 25 à section en forme de L, qui est logé dans la douille 22 de manière à coulisser dans celle-ci comme un piston, sous la poussée d'un ressort spiral. La douille 22 et le joint 25 sont alésés et sont montés avec un léger jeu sur le moyeu du rotor 2- Of peut disposer une bague métallique entre le joint d'étanchéité 25 et le -ressort associé en vue de protéger ce dernier. Le joint 25 et son ressort sont retenus dans la douille 22 par une butée annulaire 26 prévue sur la douille 22. Le joint 25 est poussé par le ressort contre une surface arrière 19 du rotor 2, dirigée vers la surface 15, et il exerce sur celle-ci une pression axiale prédéter- minée. De cette manière, un joint d'étanchéité glissant est formé entre la surface 19 et la garniture d'étanchéité pour protéger la cavité 13 contre une infiltration d'eau. Une bague cylindrique 27 est emmanchée dans le siège cylindrique 17 et s'appuie sur l'épaulement 18. Entre la bague 27 et l'arbre 4, il est prévu des organes roulants constitués par deux rangées de billes 28 qui roulent dans 2495237 une première paire de voies hémisphériques 31 prévues dans l'arbre 4 entre ses extrémités 5 et 6, et dans une seconde paire de voies hémisphériques 32 prévues dans une surface intérieure de la bague 27. La bague 27, l'arbre 4 et les organes roulants 28 constituent un ensemble de support 10 pour le rotor 2. La bague 27 est bloquée axialement à la fois par l'épaulement 18 et par une vis 34 vissée dans un trou 35 taraudé dans le manchon 12 parallèlement à la bride il. Dans la surface 33 de la bague 27., il est prévu des sièges 36 dans lesquels sont légèrement emmanchés des obtura- teurs étanches à l'eau 38, qui comprennent des lèvres annulaires 37 'agencées de manière à glisser avec une pression prédéterminée sur une surface 41 des extrémités 5 et 6 de l'arbre 4, en vue d'établir un joint glissant servant à isoler les organes roulants dans une chambre annulaire 42 située entre l'arbre 4 et la bague 27. Le compartiment tronconique 16 communique avec l'extérieur par l'intermédiaire d'un trou 43 ménagé avec une inclinaison prédéterminée dans l'élément de support 7 entre la bride 11 et le moyeu 12. Une bague déflectrice 44 compre- nant une bordure 45 évasée avec la même inclinaison que le trou 43 est clavetée sur le moyeu 20. Dans un mode de réalisa- tion non représenté, la bague déflectrice 44 peut être rem- placée par une rainure brise-gouttes qui estménagée de façon appropriée dans le moyeu 20. La bride 11 de l'élément 7comporte également une partie extérieure 46 de plus faible épaisseur dans laquelle sont ménagés les trous 47 répartis le long d'une circonfé- rence et agencés pour être reliés d'une manière étanche au fluide, à l'aide d'une surface annulaire 48, avec un carter de pompe 50 (fig. 4) en vue d'assurer son étanchéité. La fig. 2 représente un ensemble monobloc 1 qui est semblable à celui de la fig. 1. En particulier, l'arbre 4, le rotor 2, la poulie 3 et l'ensemble d'étanchéité 8 sont identiques. L'élément de support 7 est cependant légèrement différent en ce qu'il est composé d'une bride Il 6 2495237 identique à celle de la fig. 1 et d'une partie annulaire 27 liée rigidement à la bride 11. Les voies hémisphériques 32 dans lesquelles les billes 28 tournent sont ménagées dans une surface intérieure 33 de la partie annulaire 27. Des sièges 36 sont également prévus dans la même surface 33 de façon à recevoir des obturateurs étanches à l'eau 38 qui sont absolu- ment semblables à ceux de la fig. 1 de manière à isoler les organes roulants 28 à l'intérieur de la chambre annulaire 42 existant entre la partie annulaire 27 et l'arbre 4. Un compar- timent tronconique 16, semblable à celui de la fig. 1 est ménagé dans l'élément 7 et il reçoit l'ensemble d'étanchéité 8 par l'intermédiaire d'un siège 21. Le compartiment 16 commu- nique avec l'extérieur par l'intermédiaire d'un trou 43 ménagé avec une inclinaison prédéterminée dans l'élément 7 entre la bride Il et la partie annulaire 27. Une bague déflectrice 44, semblable à celle de la fig. 1, est montée sur le moyeu 20 du rotor 2. La fig. 3 est une vue détaillée à échelle agrandie de la liaison entre l'arbre 4 et l'anneau ou partie annulaire 27. Les détails déjà décrits soit visibles, en particulier les voies hémisphériques 31 et 32 dars.lesquelles les billes 28 roulent avec leurs axes de symétrile 49 perpendiculaires à l'arbre 4. Le profil de chaque voie hémisphérique 31 est symétrique par rapport à un axe 51 et de la même façon le profil de chaque voie hémisphérique 32 est symétrique par rapport à un axe 52. Les axes 51 des profils de la première paire de voies hémisphériques 31 sont perpendiculaires à l'axe de l'arbre 4 et sont espacés l'un de l'autre d'une distance prédéterminée A. Les axes 52 des profils de la seconde paire de voies hémisphériques 32 sont perpendiculaires à l'axe de l'anneau 27, qui est coaxial à l'arbre 4, et ils sont espacés l'un de l'autre d'une distance prédéterminée B supérieure à A. Les voies hémisphériques 31 sont par conséquent excentrées par rapport aux voies 32. Du fait des différentes positions axiales des paires de voies 31 et 32, les billes 28 sont disposées entre chaque voie 31 et chaque voie 32 de manière 7 f495237 que leurs axes 49 soient situés entre les axes 51 et 52 de chaque voie. De cette manière, les billes 28 ne sont pas en contact avec la totalité de la surface des voies 31 et 32 mais seulement avec une partie de ladite surface. Plus spécifiquement, les billes 28 roulent sur des surfaces 53 appartenant aux voies 32 et des surfaces 54 appartenant aux voies 31. Les surfaces 53 sont constituées par les moitiés adjacentes des voies 32 tandis que les surfa- ces 54 sont constituées par les moitiés des voies 31 qui sont dirigées vers l'extérieur par rapport à la chambre annulaire 42. Les surfaces 53 sont plus rapprochées l'une de l'autre que les surfaces 54 et en conséquence les réactions de rete- nue qui sont transmises par l'intermédiaire des billes 28 à l'aide des surfaces de contact entre ces dernières et l'arbre 4 ainsi que l'anneau 27 sont inclinées d'un certain angle par rapport à l'axe de l'arbre 4 et divergent dans la direction de ce dernier. Du fait de la structure particulière des voies hémisphériques 31.et 32, l'ensemble formé par lesdites voies et les billes 28 se comporte comme un roulement à rouleaux en oblique. Cela permet aux deux rangées de billes d'être très rapprochées l'une de l'autre sans surcharge des organes roulants. Cela s'explique par le fait que la charge agissant sur les billes de chaque rangée n'est pas déterminée par la distance entre leurs centres géométriques mais par la longueur d'un segment imaginaire coupé le long de l'axe de l'arbre 4 par les lignes droites suivant lesquelles les réactions de retenue agissent lorsque l'arbre 4 est en charge. Si les billes 28 roulent dans des voies qui ne sont pas excentrées, la distance géométrique entre elles et la longueur dudit segment sont égales. Cependant,lorsque les voies 31 et 32 sont excentrées comme décrit ci- dessus, la longueur dudit semgment est supérieure à la distance géométrique séparant les deux rangées de billes et cela signifie que la charge s'exerçant sur les billes 28 est égale à celle qui agirait sur elles si elles étaient espacées d'une distance supérieure à la distance géométrique, à savoir une distance égale à la 8 2495237 longueur dudit segment imaginaire. En conséquence, en faisant en sorte que les réactions de retenue soient incli- nées, les deux rangées de billes peuvent être rapprochées l'une de l'autre, ce qui diminue considérablement la dimension axiale hors-tout sans augmenter les contraintes s'exerçant sur elles. Sur la fig.4, l'ensemble monobloc 1 de la fig. 1 est monté sur le carter de pompe 50 de façon à former une pompe centrifuge 55. Le carter de pompe 50 comprend une partie d'aspiration 56, une chambre 57 destinée à recevoir le rotor et communiquant avec l'extérieur par l'intermédiaire d'un compartiment circulaire 59 et un orifice de décharge 58. L'élément 7 assure l'étanchéité du carter 50, avec lequel il entre en contact par l'intermédiaire de la surface annulaire 48 qui coopère avec le compartiment circulaire 59 ménagé dans Je carter de pompe 50 et qui est fixé sur lui par des vis 60 engagées dans les trous 47 et vissées dans des trous filetés 61. En fonctionnement, la poulie 3 est entraînée en rotation pour faire tourner l'arbre 4 sur les organes roulants 28 et pour faire par conséquent tourner le rotor 2, qui aspire de l'eau par l'intermédiaire de l'orifice 56 et qui la refoule par l'intermédiaire de l'orifice 58. Toute l'eau s'infiltrant au travers de l'ensemble d'étanchéité 8 à partir de la chambre 57 et pénétrant ainsi dans le compar- timent 16 est soumise à un effet de centrifugation par l'anneau 44 relié rigidement au rotor 2 et elle est expulsée du compartiment 16 par l'intermédiaire du conduit de décharge 43. La fig. 5 représente un autre mode de réalisation de l'ensemble de pompage selon la présente invention. L'ensemble de la fig. 5, désigné par 62, est semblable à l'ensemble 1 de la fig. 2, duquel il diffère seulement par le type d'organes roulants utilisés. Des parties semblables ou équivalentes à celles déjà décrites ont été désignées par les mêmes références numériques. L'élément de support 7 comprend une bride 11 et une 9 2495237 partie annulaire 27 entre lesquelles l'arbre 4 tourne en étant supporté par des organes roulants 63 espacés de façon appropriée. Les organes roulants 63 comprennent une rangée de billes 64 qui roulent entre deux voies hémisphériques 65 dirigées l'une vers l'autre et prévues respectivement dans une surface intérieure 33 de la partie annulaire 27 et dans une surface intérieure 33 de la partie annulaire 27 et dans une surface extérieure 41 de l'arbre 4, ainsi qu'uoe rangée de rouleaux 66 qui sont positionnés par une cage d'espacement 67 et qui roulent directement sur les surfaces 33 et 41. La partie annulaire 27 a une forme cylindrique allongée de façon à permettre aux deux rangées d'organes roulants 63 d'être espacées de façon appropriée l'une de l'autre. L'étanchéité à l'extrémité de l'arbre 4 qui porte le rotor 2 est assurée par un ensemble d'étanchéité 8 tout à fait semblable à celui déjà décrit ainsi que par une garniture d'étanchéité à double lèvre 68; l'arbre 4 portant à son autre extrémité une poulie crantée 3. L'ensemble 62 a une longueur axiale hors-tout qui est supérieure à celle de l'ensemble 1 mais il est d'une cons- truction plus simple. Cependant il a une longueur plus courte que les réalisations classiques à la fois du fait de l'élimi- nation de la bague extérieure du roulement, qui est remplacée par la partie annulaire 27 de l'élément 7, et du fait de l'agencement de l'ensemble d'étanchéité 8, qui ne nécessite pas de dispositifs de verrouillage car il est maintenu en position par le rotor 2 et il établit une étanchéité directe- ment contre une surface arrière 19 de ce rotor 2 au lieu de l'établir contre la surface avant du moyeu 20. Les avantages de la présente invention ressortent de la description faite ci-dessus. En particulier, la longueur axiale hors-tout de l'ensemble de pompage monobloc et par conséquent de l'ensemble de la pompe centrifuge est fortement réduite. La construction d'un ensemble monobloc comprenant tou s les éléments de pompe, à l'exception de son carter, permet de réaliser une économie et d'obtenir une plus grande précision d'usinage et également d'effectuer un entretien 2495237 rapide et aisé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation cidessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. En particulier, on peut-utiliser des nombres et types différents d'ensembles d'étanchéité dans des posi- tions différentes; le rotor et la poulie peuvent être fixés différemment sur l'arbre; enfin la poulie crantée peut être remplacée par tout autre élément de transmission de mouvement. 11 2495237 REVENDICATIONS 1. Ensemble de pompage monobloc (1, 62) pour pompes centrifuges (55), en particulier pour pompes à eau de véhicu- les à moteurs, agencé pour être monté sur un carter (50) desdites pompes centrifuges (55), caractérisé en ce qu'il comprend un arbre de transmission (4) tournant eutour de son axe et pourvu à ses deux extrémités (5,6) respectivement d'un rotor centrifuge (2) et d'un élément (3) pour transmettre un mouvement de rotation audit arbre (4), un élément de support (7) dudit arbre (25) est logée. 2. Ensemble de pompage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de support (7) et ledit arbre de transmission (4) comprennent deux paires de voies (31, 32) placées en regard l'une de l'autre et entre les- quelles lesdits organes roulants (28) roulent, chaque voie de chaque paire (31, 32) étant excentrée axialement par rapport à la voie placée en regard de manière que les contraintes de flexion s'exerçant sur l'arbre (4) produisent sur les organes roulants (28) des réactions de retenue qui sont 12 2495237 dirigées le long de droites en oblique qui divergent dans la direction de l'axe dudit arbre. 3. Ensemble de pompage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits organes roulants (28, 63) roulent directement sur une surface intérieure (33) d'une partie annulaire (27) dudit élément de support (7) qui est liée rigidement à ladite bride (11), ladite surface intérieure (33) étant dirigée vers la surface extérieure (41) de l'arbre et étant concentrique à celle-ci. 4. Ensemble de pompage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits organes roulants (28) roulent sur une surface intérieure d'un anneau cylindrique extérieur (27) qui est concentrique audit arbre (4) et qui est fixé dans un siège (12) prévu dans ledit élément de support (7). 5. Ensemble de pompage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits organes roulants sont des billes (28) et peuvent glisser dans des voies hémisphériques (31, 32) dont une première paire (31) est portée par ledit arbre (4) et une seconde paire (32) est portée par ledit élément de support (7), lesdites voies de la première paire (31) comportant des profils ayant des axes de symétrie (51) qui sont espacés l'un de l'autre d'une distance (A) plus petite que la distance (B) existant entre les axes de symétrie (52) des profils des voies de la seconde paire (32). 6. Ensemble de pompage selon l'une des revendica- tions 2 ou 5, caractérisé en ce que lesdites billes (28), qui peuvent glisser entre ladite première paire de voies hémisphériques (31) et ladite seconde paire de voies hémisphé- riques (32), ont leurs axes de symétrie (49) perpendiculaires audit arbre (4) et situés entre ledit axe de symétrie (51) de chacune des voies (31) dela première paire et ledit axe de symétrie (52) de chacune des voies (32) de la seconde paire. 7. Ensemble de pompage selon l'une des revendica- tions 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdites billes (28) roulent sur les surfaces adjacentes (53) appartenant à la secondaire paire de voies (32) et sur les surfaces (54) qui sont dirigées vers l'extérieur à partir d'une chambre (42) située entre l'arbre (4) et 1' élément de support (7) et qui appartiennent à ladite première paire de voies (31), les surfaces (53) appartenant à la seconde paire de voies (32) étant axialement plus rapprochées l'une de l'autre que les surfaces (54) appartenant à la première paire de voies (31). 8. Ensemble de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la première paire de voies (31) est excentrée axialement par rapport à la seconde paire de voies (32). 9. Ensemble de pompage selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits éléments d'étanchéité compren- nent des obturateurs étanches à l'eau (38) et un ensemble (8) comprenant une douille (22) formée d'un métal approprié et fixée dans un siège (21) de l'élément de support (7), un ressort spiral logé dans ladite douille (22) et reposant contre une bague de butée disposée entre le ressort spiral et une garniture d'étanchéité (25) logée dans ladite douille (22) et pouvant coulisser dans celle-ci, ladite garniture (25) étant retenue dans la douille (22) par une butée annu- laire (26) prévue sur celle-ci et étant appliquée avec une pression prédéterminée contre ladite surface dudit rotor (2). 10. Ensemble de pompage selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit anneau extérieur (27) est légère- ment emmanché dans un siège cylindrique (17) prévu dans une partie en forme de manchon (12) appartenant audit élément de support (7) et est bloqué axialement dans ledit siège (12) par une saillie formant épaulement (18) et une vis de blocage-(34). 11. Ensemble de pompage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'un trou bblique (43) est ménagé dans ledit élément de support.(7) de façon à relier à l'atmosphère un compartiment (16) prévu à l'inté- rieur dudit élément de support (7), ledit rotor (2) portant une bague déflectrice (44) servant à évacuer, par l'inter- médiaire dudit trou (43) et sous l'effet d'une force centri- fuge toutes les traces d'humidité contenue dans ledit compar- timent (16).