Brevet FR2574506A1 — publié le 19860613

Dispositif d'accouplement h frottement visqueux commandé en fonction de la température L'invention concerne un dispositif d'accouplement à frottement visqueux commandé en fonction de la température, notamment pour un ventilateur de radiateur d'un véhicule automobile. On connaît de la demande de brevet allemand OS-31 22 960 un dis- positif d'accouplement à frottement visqueux commandé en fonction de la température, pour le ventilateur d'air de refroidissement d'un vé- hicule à moteur, o un carter portant les ailettes du ventilateur est monté en rotation sur un arbre d'entraînement. Le carter est divisé par une paroi séparatrice en une chambre de stockage de liquide de ci- saillement et une chambre de travail axialement voisine. Un rotor fixé sur l'arbre d'entraînement est disposé dans la chambre de travail, rotor qui forme conjointement avec le carter au moins une fente de cisaillement. Un dispositif de commande est disposé à l'intérieur du carter, dispositif qui commande un circuit d'écoulement de liquide de cisaillement entre la chambre de stocakge et la chambre de travail. Un élément bimétallique disposé à l'extérieur du carter sur une paroi frontale agit sur le dispositif de commande par l'intermédiaire d'une broche guidé en déplacement axial dans un orifice de la paroi frontale. Le dispositif de commande comprend une soupape disposée dans la chambre de stockage, soupape qui ferme le circuit de cisaillement -pour débrayer le dispositif d'accouplement, et l'ouvre pour embrayer le dispositif d'accouplement. La broche est déplaçable axialement dans un alésage de la paroi frontale du carter, et elle est étanchéifiée vis-à-vis du carter par une bague d'étanchéité qui repose dans une rainure annulaire prévue dans l'alésage. L'étanchéification empêche d'une part la pénétration de saletés à l'intérieur du carter et d'autre part l'échappement de liquide de cisaillement, au cours par exemple du transport du dispo- sitif d'accouplement avant son montage. Du fait de son frottement, la bague d'étanchéité a une influence défavorable sur le comportement à l'embrayage/débrayage du dispositif d'accouplement, et elle empêche : - 2 - un équilibrage de pression entre la chambre de stockage et l'atmos- phère. L'invention a pour objectif de fournir un dispositif d'accouple- ment à frottement visqueux commandé en fonction de la température dont le comportement à l'embrayage/débrayage n'est pas remis en cause par l'étanchéification de la broche du dispositif de commande de tem- pérature. Dans le cadre de l'invention, la broche qui transmet à l'intérieur du carter le mouvement de commande d'un élément bimétallique disposé à l'extérieur du carter du dispositif d'accouplement est étanchéifiée par une élément d'étanchéité qui est fixé axialement sur la broche, à l'extérieur de l'alésage du carter dans lequel est guidée la broche. L'élément d'étanchéité présente un collet d'étanchéité sensiblement en forme de rondelle annulaire, qui s'appuie uniquement par son bord extérieur sur une surface d'étanchéité de la paroi frontale. L'alésage pratiqué dans la paroi frontale ne doit pas se charger d'une fonction d'étanchéité, mais uniquement du guidage de la broche. C'est la raison pour laquelle la broche est montée dans l'alésage d'une manière très libre, c'est-à-dire avec un très faible frottement. Seules les forces de flexion élastique exercées sur le collet d'étanchéité lors du déplacement de la broche doivent être appliquées. De cette manière, on peut obtenir une commande précise du dispositif d'accouplement en fonction de la température. Le collet d'étanchéité a de préférence la forme d'une cuvette tronconique, qui s'élargit vers le carter. Pour la déformation axiale du collet d'étanchéité qui s'appuie par son bord extérieur sur la pa- roi frontale du carter, des forces relativement faibles sont nécessai- res,- notamment si l'angle du cône tronqué est relativement élevé, en atteignant par exemple approximativement 120 degrés. Par le dimension- nement adéquat de l'élément d'étanchéité réalisé en un matériau élas- tique, on peut obtenir que le collet d'étanchéité s'appuie sur la pa- roi frontale du carter pour l'ensemble de la course de la broche, ou seulement pour une partie de cette course. Dans un cas comme dans l'autre, le dimensionnement garantit que le collet d'étanchéité soit uniquement sollicité en élasticité axiale dans la plage de régulation -3- du dispositif de commande commandant le circuit de liquide de cisail- lement, ou soit soulevé de la surface d'étanchéité de la paroi fronta- le. L'élément bimétallique pousse la broche dans le carter afin de dé- brayer le dispositif d'accouplement. L'élément d'étanchéité est dimensionné de telle sorte que le collet d'étanchéité s'appuie sur la paroi frontale du carter au moins lorsque le dispositif d'accouplement est débrayé. Dans la plage de positions de la broche o le dispositif d'accouplement est entièrement embrayé, le collet d'étanchéité n'est appuyé qu'avec une légère précontrainte sur la surface d'étanchéité de la paroi frontale, ou s'étend à faible distance (quelques dizièmes de millimètres par exemple) de la surface d'étanchéité. Dans les deux situations (qui se produisent à des températures de fonctionnement élevées), la chambre de stockage peut se mettre automatiquement à l'atmosphère sans que l'intérieur du carter ne risque d'être sali par l'extérieur. L'élément d'étanchéité est réalisé en un matériau élastique, gomme élastique de préférence, de sorte qu'un corps de base de l'élément d'étanchéité, maintenant le collet d'étanchéité, peut se drYformer axialement en dehors de la plage de régulation du dispositif de com- mande commandant le circuit de liquide de cisaillement., éventuellement en s'élargissant radialement. Afin d'assurer le rappel du corps de base qui est alors serré directement entre l'élément biméta llique et la paroi frontale du carter, le corps de base est de préfér ence monté en ajustement de frottement sur- la broche. Les proririétés de déformation axiale du corps de base d'une part,, les pr opriétés de flexion du collet d'étanchéité d'autre part, peuvent êtrf améliorées en dotant le corps debase d'une rainure cinconférentiellee extérieure, laquelle se raccorde directement au collet d'étanchéité. La description qui suit explicite des exemples de réalisation de l'invention à l'aide du dessin annexé, lequel montre: à la figure 1, une vue schématique en coupe longiLtudinale axiale d'un dispositif d'accouplement à frottement visqueux commandé en fonc- tion de la température, pour un ventilateur d'air de refroidissement d'un véhicule automobile, - 4 - à la figure 2, une vue en coupe d'une première forme de réalisa- tion d'un élément d'étanchéité utilisable pour le dispositif d'accou- plement de la figure 1, et à la figure 3, une vue en coupe d'une deuxième forme de réalisa- tion d'un élément d'étanchéité utilisable pour le dispositif d'accou- plement de la figure 1. Le dispositif d'accouplement à frottement visqueux représenté à la figure 1 comprend un arbre d'entraînement 3, entrainé en rotation autour d'un axe de rotation 1 par un moteur à combustion interne non représenté, et sur lequel est monté en rotation, par l'intermédiaire d'un roulement à billes 5 étanchéifié, un carter 7 équiaxial. Le carter 7 porte des éléments de fixation 9 pour la fixation des ailettes non représentées d'un ventilateur d'air de refroidissement du véhicule automobile. Le carter 7, qui est hermétiquement fermé par un couvercle en paroi frontale 11, est divisé par une paroi séparatrice 13 en une chambre de stockage 15 pour un liquide de cisaillement et une chambre de travail 17 axialement voisine. Un rotor 19 est disposé dans la chambre de travail 17; il est assemblé fixement à l'arbre d'entraînement 3, et forme avec des faces en vis-à-vis du carter 7 et de la paroi séparatrice 13 des fentes de cisaillement 21, 23. Le dispositif d'accouplement est embrayé lorsque les fentes de ci- saillement 21, 23 sont remplies de liquide de cisaillement, le liquide de cisaillement transmettant au carter 7, par l'intermédiaire du rotor 19, le couple d'entraînement de l'arbre d'entraînement 3. Le dispositif d'accouplement est débrayé lorsque les fentes de cisaille- ment 21, 23 sont vidées du liquide de cisaillement. L'état d'embrayage du dispositif d'accouplement est commandé par un système à soupape qui comprend un distributeur plan 25 disposé dans la chambre de stockage 15 et fixé sur la paroi séparatrice 13. Le distributeur plan 25 commande une ouverture de soupape 27 disposée dans la paroi séparatrice 13, à distance radiale de la circonférence extérieure de cette dernière. Au voisinage de la circonférence exté- rieure de la paroi séparatrice 13, il est prévu une ouverture de pom- page 29 par l'intermédiaire de laquelle un système de pompage 31 agissant lors de la rotation relative du rotor 19 et du carter 7, et fonction- - 5 - nant par exemple selon le principe de la pression dynamique, refoule le liquide de cisaillement de la chambre de travail 17 dans la chambre de stockage 15. Le distributeur plan 25 est commandé par un élément bimétallique 35 fixé dans un dispositif de fixation 33 sur le côté extérieur du couvercle en paroi frontale 11. L'élément bimétallique 35 a une forme sensiblement oblongue, et il agit par sa partie médiane sur le distributeur plan 25 par l'intermédiaire d'une broche cylindrique 39 déplaçable axialement dans un alésage central 37 du couvercle en paroi frontale 11. Le distributeur plan 25 est, sur la base de sa contrainte interne, précontraint élastiquement contre l'élément bimétallique 35 à l'écart de l'ouverture de soupape 27, et bloque la broche 39 entre lui-même et l'élément bimétailique 35. La figure 1 présente le dispositif d'accouplement à l'état froid, o le distributeur plan 25 ferme l'ouverture de soupape 27 et inter- rompt le circuit de liquide de cisaillement. Le système de pompage 31 vide la chambre de travail 17 lors de la rotation relative du rotor 19 et du carter 7, de sorte que le dispositif d'accouplement est débrayé. A l'état chaud, la partie médiane de l'élément bimétallique 35 s'éloigne axialement du couvercle en paroi frontale 11, de sorte que, sur la base de son élasticité naturelle, le distributeur plan 25 se décolle de l'orifice de soupape 27, et ouvre le circuit de liquide de cisaillement. Le liquide de cisaillement s'écoulant par l'intermédiai- re de l'ouverture de soupape 27 de la chambre de stockage 15 dans la chambre de travail 17 remplit les fentes de cisaillement 21, 23, de sorte que le dispositif d'accouplement est embrayé. Le passage de l'état entièrement débrayé à l'état entièrement embrayé et vice-versa s'effectue graduellement en fonction de la température de l'élément bimétallique 35 disposé au voisinage du radiateur du véhicule automo- bile. L'alésage 37 présente des cotes supérieures à celles de la broche 39, de sorte que la broche 39 est déplaçable très librement dans l'alésage 37. L'étanchéification de la broche 39 vers le couvercle en paroi frontale 11 s'effectue à l'aide d'un élément d'étanchéité 41 de forme annulaire réalisé en une gomme élastique, qui est monté sur la partie de la broche qui fait saillie vers l'extérieur hors du couver- -6- cie en paroi frontale 11, et y est fixé en ajustement de frottement. L'élément d'étanchéité 41, qui sera décrit encore plus en détail plus loin, comprend sur son côté tourné axialement vers le couvercle en paroi frontale 11 un collet d'étanchéité 43 sensiblement en forme de rondelle annulaire qui, au moins à l'état froid et donc débrayé du dispositif d'accouplement, s'appuie en précontrainte axiale par son bord extérieur sur une surface d'étanchéité extérieure 45 s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation 1. Lors du mouvement commandé de la broche 39, l'élément d'étanchéité 41 ne produit pas de forces de frottement; au contraire, il est uniquement déformé élastiquement. Toutefois, les forces-de déformation sont relativement faibles. La figure 2 présente en détail un élément d'étanchéité 41a utili- sable dans le dispositif d'accouplement de la figure 1. L'élément d'é- tanchéité 41a présente un corps de base 47 en forme de manchon, qui peut être enfilé par son orifice central 49 sur la broche 39. Le corps de base 47 repose en ajustement de frottement sur la broche 39, et est entralné par cette dernière lors de son mouvement commandé. Le collet d'étanchéité 51, correspondant au collet d'étanchéité 43, a la forme d'une cuvette sensiblement tronconique, qui s'élargit vers la surface d'étanchéité 45 et s'appuie sur la surface d'étanchéité 45 par son bord 53 formant à l'extérieur une lèvre d'étanchéité., La figure 3 présente une variante de l'élément d'étanchéité, dési- gnée globalement par la référence 41b, avec un corps de base 55 égale- ment en forme de manchon, qui peut être enfilé par son ouverture cen- traie 57 de manchon sur la broche 39, et est maintenu en ajustement de frottement sur la broche. Une rainure circonférentielle extérieure 59 du corps de base 55, laquelle présente une section sensiblement en forme de V, détache du corps de base un collet d'étanchéité 61 corres- pondant au collet d'étanchéité 43. La rainure circonférentielle exté- rieure 59 se raccorde directement au collet d'étanchéité 61, et forme par son fond de rainure 63 une zone d'articulation qui facilite globa- lement la déformation axiale du collet d'étanchéité 61, et éventuelle- ment la compression axiale de l'élément d'étanchéité 41b. Le collet d'étanchéité 61 a sensiblement la forme d'un cône tronqué, et il s'élargit vers la surface d'étanchéité 45, sur laquelle il s'appuie - 7 - par son bord supérieur 65 formant une lèvre d'étanchéité. L'angle du cône tronqué des éléments d'étanchéité 41a, 41b atteint approximati- vement 120 degrés. Par le dimensionnement de la hauteur et de l'angle du cône tron- qué de l'élément d'étanchéité 41, 41a ou 41b, on peut dans une premiè- re variantedu dispositif d'accouplement selon la figure 1 assurer que l'élément d'étanchéité s'appuie à toutes les positions de la broche 39 sur la surface d'étanchéité 45 par le bord extérieur de son collet d'étanchéité 43, 51 ou 61. Du moins dans la plage de régulation du distributeur plan 25, le collet d'étanchéité 43, 51 ou 61 est exclusi- vement sollicité axialement en flexion élastique. Sur la totalité de la p]lage de régulation, le bord extérieur du collet d'étanchéité s'ap- puie avec une faible précontrainte sur la surface d'étanchéité 45, et permet une mise à l'atmosphère automatique de la chambre de stockage 15. Dans une deuxième variante, le dimensionnement de l'élément d'é- tanchéité 41, 41a ou 41b permet que le bord extérieur du collet d'étanchéité 43, 51 ou 61 soit, du moins dans la plage d'embrayage du dispositif d'accouplement au moyen de l'ouverture totale de l'ouvertu- re de soupape 27 (soit donc à l'état chaud), soulevé légèrement de la surface d'étanchéité 45 (de quelques dizièmes de millimètres par exem- ple). Par cette mesure, la nécessaire mise à l'atmosphère de la cham- bre de stockage 15 est facilitée, notamment lorsque les températures de fonctionnement sont élevées. La plage de positions de la broche 39 o le collet d'étanchéité 43, 51 ou 61 est soulevé de la surface d'étanchéité 45 peut aussi s'étendre sensiblement sur la totalité de la plage de régulation du distributeur plan 25, de sorte que l'élément d'étanchéité ne s'appuie hermétiquement sur la surface d'étanchéité 45 qu'en dehors de cette plage de régulation, à l'état froid. Par cette mesure, la force nécessaire pour déplacer la broche 39 est encore réduite, ce qui permet une régulation très précise. Attendu que la course de la broche 39 est très petite, le risque de pénétration de saletés à l'intérieur du dispositif d'accouplement est faible. A l'état froid, l'intérieur du dispositif d'accouplement est étanchéifié, de sorte qu'il ne peut y avoir d'échappement de liquide -8 - de cisaillement -et ce notamment lors du transport du dispositif d'ac- couplement non encore monté. Pour la dernière situation mentionnée, l'élément d'étanchéité 41, 41a ou 41b peut être dimensionné de façon à être comprimé axialement par l'élément bimétallique 35, avec un élargissement à 180 degrés de son collet d'étanchéité. Attendu que l'élément d'étanchéité repose sur la broche 39 uniquement en ajuste- ment de frottement, il peut exécuter le mouvement de compression axia- le par rapport à la broche 39. -9 - REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux commandé en fonction de la température, comprenant: a) un arbre d'entraînement (3), b) un carter (7) monté en rotation sur l'arbre d'entraînement (3), qui est divisé par une paroi séparatrice (13) en une chambre de stoc- kage (15) de liquide de cisaillement et une chambre de travail (17) axialement voisine, c) un rotor (19) disposé dans la chambre de travail (17) et fixé sur l'arbre d'entraînement (3), qui forme conjointement avec le carter (7) au moins une fente de cisaillement (21, 23), d) un dispositif de commande (25, 27, 29, 31) disposé à l'intérieur du carter (7), qui commande un circuit d'écoulement de liquide de ci- saillement entre la chambre de stockage (15) et la chambre de travail (17), e) un élément bimétallique (35) disposé à l'extérieur du carter (7), sur une paroi frontale (11) du carter (7), laquelle s'étend perpendi- culairement à l'arbre d'entraînement (3), f) une broche (39) déplaçable axialement dans un orifice (37) de la paroi frontale (11), et accouplant l'élément bimétallique (35) au dis- positif de commande (25, 27, 29, 31), g) un élément d'étanchéité (41; 41a; 41b) en un matériau élastique, entourant annulairement la broche (39) et l'étanchéifiant vis-à-vis de la paroi frontale (11), caractérisé par le fait que l'élément d'étanchéité (41; 41a; 41b) est fixé hermétiquement sur la partie de la broche (39) qui fait saillie hors du carter (7), et présente un collet d'étanchéité (43; 51; 61) sensiblement en forme de rondelle annulaire, dont le bord extérieur (53; 65) fait saillie vers la paroi frontale (11) et, au moins sur une partie du parcours de déplacement de la broche (39), s'appuie en précontrainte axiale sur une surface d'étanchéité extérieure (45) de la paroi frontale (11), laquelle surface s'étend perpendiculairement autour du parcours de déplacement de la broche (39). 2. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon la reven- dication 1, caractérisé par le fait que l'élément d'étanchéité (41a; 41b) présente un corps de base (47; 55) en forme de manchon, de l'ex- - 10 - trémité tournée axialement vers le carter (7) duquel part en saillie le collet d'étanchéité (51; 61), et que le collet d'étanchéité (51; 61) a la forme d'une cuvette sensiblement tronconique, qui s'élargit vers le carter (7). 3. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la hauteur intérieure du cône tronqué du collet d'étanchéité (51; 61) est supérieure à la course axiale de la broche (39) qui est engendrée par l'élément bimétallique (35), de sorte que le collet d'étanchéité (51; 61) s'appuie en toutes positions de la broche (39) sur la surface d'étanchéité (45). 4. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon la reven- dication 2, caractérisé par le fait que l'élément d'étanchéité (41a; 41b) est dimensionné de telle sorte que le collet d'étanchéité (51; 61) s'appuie sur la surface d'étanchéité (45) au moins dans une plage de positions de la broche (39) o le dispositif de commande (25, 27, 29, 31) ferme le circuit d'écoulement de liquide de cisaillement. 5. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon la reven- dication 4, caractérisé parle fait que l'élément d'étanchéité (41a; 41b) est dimensionné de telle sorte que le collet d'étanchéité (51, 61) est soulevé de la surface d'étanchéité (45) au moins dans une pla- ge de positions de la broche (39) o le dispositif de commande (25, 27, 29, 31) ouvre sensiblement entièrement le circuit d'écoulement. 6. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que l'an- gle du cône tronqué du collet d'étanchéité (51; 61) est approximati- vement égal à 120 degrés. 7. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux seIon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que le corps de base (55) présente sur sa ciconférence extérieure une rainure circonférentielle (59), qui se raccorde directement au collet d'étanchéité (61). 8. Dispositif d'accouplement à frottement visqueux selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que le corps de base (47; 55) est fixé sur la broche (39) en ajustement de frottement.