Brevet FR2597159A1 — publié le 19871016

"Démarreur à réducteur, pour moteur thermique" La présente invention concerne un démarreur à réducteur, pour moteur thermique, avec un moteur électrique dont l'arbre d'induit entraîne en rotation un pignon d'attaque par l'intermédiaire d'engrenages démultiplicateurs, le pignon d'attaque étant déplaçable suivant son axe pour entrer en prise temporairement avec une couronne dentée liée au moteur thermique associé. Ce démarreur est destiné, plus particulièrement, au lancement d'un moteur de véhicule automobile. Les démarreurs classiques, sans réducteur, utilisent pour l'entraî- nement direct du pignon d'attaque, des moteurs électriques relativement lents, encombrants, lourds, nécessitant une masse importante de cuivre, donc coûteux ; de plus, ils sont gros consommateurs de courant électrique. Il est impossible d'augmenter dans de grandes proportions le rapport de démultiplication entre le pignon d'attaque et la couronne du moteur thermique, pour améliorer le rendement de tels démarreurs. Ces inconvénients sont évités partiellement en interposant, entre l'arbre d'induit et le pignon d'attaque, un réducteur de vitesse à engrenages, notamment dans le cas de démarreurs pour moteurs thermiques de puissance relativement élevée. Ce type de démarreur permet, grâce à une démultiplication convenable, d'obtenir un couple de démarrage relativement élevé, avec un moteur électrique rapide dont la puissance, le volume et le poids sont relativement réduits. Toutefois, les réducteurs de vitesse actuellement prévus restent des mécanismes assez complexes, tels que des "trains épicycloïdaux", et l'ensemble du démarreur est d'autant plus compliqué et coûteux qu'il convient de prévoir, en outre, un dispositif spécial commandant le déplacement axial du pignon d'attaque, en vue de son engrènement avec la couronne. La présente invention fournit un démarreur pourvu d'un dispositif de démultiplication simple et compact, supprimant tout dispositif additionnel de commande d'engrènement, de sorte que le demarreur complet possède un encombrement et un poids réduits, tout en ayant un rendement élevé. A cet effet, dans le démarreur à réducteur pour moteur thermique objet de l'invention, le réducteur comprend un premier train de pignons démultiplicateur, dont un pignon est calé sur l'arbre d'induit et dont l'autre pignon est monté tournant suivant un axe parallèle à l'arbre d'induit, et un second train de pignons démultiplicateur dont un pignon est solidaire en rotation du second pignon du premier train démultiplicateur, et dont l'autre pignon est solidaire en rotation du pignon d'attaque, les deux pignons du second train démultiplicateur possédant des dentures hélicoldales, de telle sorte que la mise en rotation du premier de ces pignons hélicoïdaux s'accompagne d'une poussée axiale s'exerçant sur le pignon hélicoldal solidaire du pignon d'attaque, donc sur le pignon d'attaque lui-même, amenant ce dernier en prise avec la couronne du moteur thermique. Ainsi, le démarreur selon l'invention possède un réducteur qui, tout en étant d'une structure simple et d'un encombrement réduit, assure par lui-même une double fonction plus particulièrement par son train de pignons hélicoldaux qui, d'une part, assure le rôle de démultiplicateur et, d'autre part, engendre à un certain moment une poussée axiale qui provoque l'engrènement du pignon d'attaque avec la couronne dentée du moteur thermique, I'agencement proposé procurant en outre une entrée en prise très douce du pignon d'attaque avec la couronne. Les dentures hélicoïdales contribuent aussi à séparer le pignon d'attaque de la couronne, dès que le moteur thermique est lancé. Quant aux pignons du premier train démultiplicateur, ceux-ci peuvent être de simples pignons droits. L'un de ces pignons droits est calé sur l'arbre d'induit, et l'autre pignon droit est avantageusement réalisé d'une seule pièce avec le premier pignon hélicoldal du second train démultiplicateur, I'ensemble étant monté tournant autour d'un axe maintenu fixe à l'intérieur du démarreur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le deuxième pignon hélicoïdal est solidaire d'une douille, mobile en rotation et axialement, dont une extrémité est centrée et guidée sur l'arbre d'induit, et dont l'autre extrémité est liée à un prolongement du pignon d'attaque, lequel est porté par un arbre coaxial à l'arbre d'induit. Une douille assure ainsi la liaison entre le deuxième pignon hélicoïdal et le pignon d'attaque, la denture du deuxième pignon hélicoïdal pouvant être formée directement sur la douille. De préférence, cette douille loge un ressort hélicoïdal, comprimé entre le fond de ladite douille et une pièce tronconique mobile axialement liée par des cannelures à l'arbre portant le pignon d'attaque, qui coopère avec une partie conique complémentaire formée sur le prolongement du pignon d'attaque, de manière à constituer un frein s'opposant à la rotation du pignon d'attaque, lorsque ce dernier reste éloigné de la couronne.Ainsi, au moment où le démarrreur est mis en action, le frein conique ralentit ou même bloque la rotation du pignon d'attaque ce qui, d'une part, contribue à déplacer axialement le pignon d'attaque pour le rapprocher de la couronne, et d'autre part, en ralentissant la rotation de ce pignon, permet une attaque "douce" de la couronne. Le ressort hélicoïdal étant comprimé entre une pièce tronconique non tournante, puisqu'immobilisée en rotation par les cannelures, et le fond de la douille qui est une pièce tournante, ce ressort sera avantageusement appuyé contre le fond de la douille par l'intermédiaire d'une bague. Selon unedispositionavantageuse,lapartie cannelée de l'arbre portant le pignon d'attaque comporte des épaulements, servant de butée pour la pièce mobile tronconique, afin de limiter le déplacement axial de celle-ci. De la sorte, on obtient une suppression du freinage après le début de l'engrènement du pignon d'attaque, la pièce tronconique arrêtée par la butée se séparant de la partie conique complémentaire appartenant au prolongement du pignon d'attaque. Le fond de la douille peut présenter une gorge annulaire, recevant une fourchette montée coulissante sur un guide parallèle aux arbres précités, et rappelée dans un sens au moyen d'un ressort ; I'action de ce ressort s'additionne à celle du ressort dans la douille, pour ramener tout le mécanisme du démarreur dans sa position de repos, après lancement du moteur thermique. De toute façon, I'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de ce démarreur à réducteur, pour moteur thermique Figure I est une vue en coupe longitudinale d'un démarreur à réducteur conforme à l'invention, représenté en position de repos Figure 2 est une vue en coupe similaire à figure 1, mais montrant le démarreur en position d'engrènement du pignon d'attaque et de la couronne du moteur thermique Figure 3 est une vue en coupe transversale de ce démarreur, suivant 111-111 de figure I Figure 4 en est une autre vue en coupe transversale, suivant IV-IV de figure I Figure 5 est une vue partielle en coupe transversale, suivant V-V de figure 2 Figures 6 et 7 sont des schémas de principe du réducteur de ce démarreur, avec ses deux trains de pignons, respectivement en position de repos et en position d'engrènement du pignon d'attaque. Le démarreur à réducteur, représenté au dessin, comprend un moteur électrique I dont la carcasse 2 est fermée par un chapeau 3, formant une bride sur laquelle est fixé le nez 4 de ce démarreur, des tirants 5 (voir figure 4) assemblant le tout suivant un procédé classique. L'induit 6 du moteur électrique 1 est porté par un arbre d'induit 7, qui tourne dans un palier 8 porté par le chapeau 3. L'arbre 7 entraîne le pignon d'attaque 9 par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse, dont les organes mécaniques sont logés dans le nez 4 du démarreur. Le réducteur comprend essentiellement un premier train de pignons à denture droite 10 et 11, et un second train de pignon à denture hélicoïdale 12 et 13, les deux pignons intermédiaires 1 1 et 12 tournant autour d'un axe commun 14 parallèle à l'arbre d'induit 7 et situé sur le côté de ce dernier. Les figures 6 et 7 donnent une représentation très schématique des deux trains de pignons démultiplicateurs 10,11 et 12, 13. Le premier pignon droit 10, constituant le pignon d'entrée du réducteur, est calé sur l'arbre d'induit 7, par une goupille 15 ou par tout autre moyen. L'autre pignon droit 11, en prise avec le pignon 10, est réalisé d'une seule pièce avec le premier pignon hélicoïdal 12. Le train intermédiaire, constitué par le pignon droit 11 et le pignon hélicoîdal 12 réunis en une seule pièce, est monté tournant autour de l'axe 14 par l'intermédiaire de deux bagues auto-lubrifiantes 16 et 17, munies d'épaulements supportant les poussées axiales. L'axe 14 est fixe, ses extrémités étant tenues respectivement par le chapeau 3 et par une partie du nez 4 pourvue d'une vis de blocage 18. le deuxième pignon hélicoîdal 13, engrenant avec le pignon héli coldal 12, est solidaire d'une douille 19. Les dentures hélicoïdales des deux pignons 12 et 13 sont caractérisées par leur angle os (voir figures 6 et 7). Le pignon d'attaque 9, prolongé par une partie tubulaire 20, est monté tournant et coulissant, par l'intermédiaire d'une bague auto-lubrifiante 21, sur un arbre fixe 22, immobilisé dans le nez 4 du démarreur par un moyen quelconque, par exemple une goupille 23 arrêtée par une vis 24. L'arbre 22 portant le pignon d'attaque 9 est situé dans le prolongement de l'arbre d'induit 7. Le pignon d'attaque 9 est rendu solidaire de la douille 19 munie du pignon hélicoïdal 13, ceci par deux vis 25 ou par tout autre moyen de liaison, réunissant une extrémité de la douille 19 au prolongement tubulaire 20 du pignon d'attaque 9. L'autre extrémité de la douille 19, présentant une gorge annulaire 26, est centrée et guidée par une bague auto-lubrifiante 27 sur l'arbre d'induit 7. L'arbre 22, supportant le pignon d'attaque 9, se termine à son extrémité droite par une partie cannelée 28, sur laquelle est montée coulissante axialement une pièce extérieurement tronconique 29. Celle-ci est prévue pour s'emboîter, sous l'effet d'un ressort 30, dans un cône complémentaire ménagé sur le prolongement tubulaire 20 du pignon d'attaque 9. Le ressort 30 est un ressort hélicoïdal, logé sous la douille 19 et prenant appui, par une extrémité, sur la pièce tronconique 29 ; I'autre extrémité du ressort 30 est appuyée contre une bague 31, elle-même appliquée sur une partie de la douille 19, de manière à permettre la rotation de cette douille 19 relativement au ressort 30. La gorge annulaire 26 de la douille 19 reçoit une fourchette 32 bien visible à la figure 5, qui est montée coulissante sur- une tige fixe 33 parallèle aux arbres 7 et 22, et est rappelée vers la droite par un ressort hélicoldal 34 entourant la tige 33, et maintenant l'ensemble dans sa position de repos, lorsque le démarreur n'est pas actionné. La tige 33 et l'axe 14 peuvent occuper des positions diamétralement opposées. Enfin, la partie cannelée 28 de l'arbre 22, portant le pignon d'attaque 9, se termine du côté gauche par des épaulements 35, qui servent de butée pour la pièce tronconique 29. Dans la position de repos du démarreur, indiquée à la figure 1, le ressort de rappel 34, agissant sur la fourchette 32 elle-même liée à la douille 19 donc au pignon d'attaque 9, maintient ce pignon d'attaque 9 éloigné de la couronne dentée 36 du moteur thermique. Le pignon hélicoïdal 13 est alors en prise avec la partie droite du pignon hélicoïdal 12, de longueur plus importante, comme montré aussi sur la figure 6. Le ressort 30 applique la pièce tronconique 29 contre le cône complémentaire du prolongemment 20 du pignon d'attaque 9, cette pièce tronconique 29 étant ainsi maintenue à distance des épaulements 35. Lors de l'utilisation du démarreur, au moment où le moteur électrique I est alimenté, I'arbre d'induit 7 est mis en rotation et le premier pignon droit 10 entraîne en rotation le second pignon droit 11, ce qui fait également tourner le premier pignon hélicoïdal 12, solidaire du pignon droit Il. La pièce tronconique 29 et le cône complémentaire du prolongement 20 interviennent alors comme un frein conique, qui crée un couple résistant sur le second pignon hélicoïdal 13. En raison de la denture hélicoïdale de ce pignon 13, le couple d'entraînement transmis par le pignon 12 est transformé en une poussée axiale vers la gauche, stexerçant sur tout l'ensemble formé par le pignon 13, la douille 19, le prolongement 20 et le pignon d'attaque 9, comme indiqué par une flèche 37 (voir figure 7).Le pignon d'attaque 9, étant lui-même freiné et se mettant à tourner lentement autour de l'arbre 22, s'approche de la couronne 36 du moteur thermique et, après avoir décrit une certaine course axiale, commence à entrer en prise avec la denture de cette couronne 36. Une fois qu'un début d'engrènement du pignon d'attaque 9 s'est produit, le freinage par le frein conique 20,29 est supprimé, comme on le détaillera plus bas, et le couple résistant dû à ce frein conique est remplacé par celui dû à la résistance à la rotation de la couronne 36. Le pignon d'attaque 9 vient alors à fond de course, sa bague 21 s'appliquant contre le nez 4 du démarreur, tandis que l'avance simultanée du pignon hélicoïdal 13 amène ce dernier en prise avec la partie gauche du pignon hélicoïdal 12 (voir figures 2 et 7). L'engrènement du pignon d'attaque 9 avec la couronne 36 est total, et l'entraînement de cette couronne 36 se fait, de manière à lancer le moteur thermique. La suppression du freinage, après le début de l'engrènement du pignon d'attaque 9, résulte de la venue en butée de la pièce tronconique 29 contre les épaulements 35 qui terminent la partie cannelée 28 de l'arbre 22 ; une fois arrêtée contre ces épaulements 35, la pièce tronconique 29 se sépare du cône complémentaire, appartenant au prolongement 20 du pignon d'attaque 9. Les ressorts 30 et 34, se comprimant au cours de Itavance de la douille 19, servent d'amortisseurs. Suivant le tarage de ces ressorts 30 et 34, I'angle gL, la qualité des surfaces tronconiques et leur angle, on peut obtenir un couple de freinage de la valeur désirée, allant jusqu'à un blocage complet en rotation du pignon d'attache 9, et par conséquent un engrènement aussi doux que possible du pignon d'attaque 9 avec la couronne dentée 36. Dès que le moteur thermique est lancé, celui-ci entraîne le démarreur et les réactions sur le train de pignons à denture hélicoidale 12 et 13 changent de sens. Tout l'ensemble mobile axialement, c'est-à-dire le pignon d'attaque 9 avec son prolongement 20, la douille 19 et le pignon hélicolZdaS 13, est alors rejeté vers la droite, ce mouvement de retour étant aidé par les ressorts 30 et 34, précédemment comprimés. Dans le cas où la denture du pignon d'attaque 9 ne coïnciderait pas immédiatement avec celle de la couronne 36, ce pignon 9, sous l'effet de la poussée axiale et du fait qu'il tourne lentement, engrènera facilement malgré tout. S'agissant d'un démarreur à réducteur, le rapport des vitesses de rotation de l'arbre d'induit 7 et du pignon d'attaque 9, lorsque ce dernier est normalement entraîné, dépend évidemment des rapports des nombres de dents des deux pignons droits 10 et 11, et des nombres de dents des pignons hélicotdaux 12 et 13. A titre d'exemple, les pignons droits 10 et 11 peuvent posséder respectivement 11 dents et 19 dents, et les pignons hélicoïdaux 12 et 13 peuvent posséder respectivement 10 dents et 20 dents, d'où un rapport de réduction égal à 11 10 = I 19 20 3,45 D'autres combinaisons de dentures, permettant d'obtenir des rapports de réduction différents, sont évidemment utilisables.Les caractéristiques des pignons seront, dans tous les cas, déterminées de telle manière que l'entraxe du premier train de pignons 10,11 soit égal à l'entraxe du second train de pignons 12, 13 ; une méthode particulière de détermination est la suivante Les dentures hélicoïdales des pignons 12 et 13 sont taillées avec un module métrique courant Mr (module réel), qui fixera le module apparent Ma compte tenu de la relation : Ma = Mr / cosoC, l'angle OC étant choisi de telle sorte que ce module apparent coïncide avec une valeur de module également courante. Cette valeur sera aussi le module des dentures droites des pignons 10 et 11. On obtiendra ainsi deux trains de pignons de même entraxe, la somme des nombres de dents des deux pignons étant identique pour chacun de ces trains (11 + 19 = 10 + 20 = 30 dents en reprenant l'exemple précédent). Le sens d'enroulement des hélices, pour les dentures des pignons hélicoïdaux 12 et 13, est à choisir en fonction de la position du démarreur par rapport à la couronne 36 du moteur thermique. Les dentures des pignons 10 à 13 seront avantageusement du type "denture basse" ou "tub" Comme il va de soi, et comme il résulte de ce qui précède, I'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de ce démarreur à réducteur qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes respectant le même principe, quels qu'en soient les détails de construction. REVENDICATIONS 1. Démarreur à réducteur, pour moteur thermique, avec un moteur électrique (I) dont l'arbre d'induit (7) entraîne en rotation un pignon d'attaque (9) par l'intermédiaire d'engrenages démultiplicateurs (10 à 13), le pignon d'attaque (9) étant déplaçable suivant son axe pour entrer en prise temporairement avec une couronne dentée (36) liée au moteur thermique associé, caractérisé en ce que le réducteur comprend un premier train de pignons démultiplicateur (10,11), dont un pignon (10) est calé sur l'arbre d'induit (7) et dont l'autre pignon (11) est monté tournant suivant un axe (14) parallèle à l'arbre d'induit (7), et un second train de pignons démultiplicateur (12,13) dont un pignon (12) est solidaire en rotation du second pignon (I1) du premier train démultiplicateur, et dont l'autre pignon (13) est solidaire en rotation du pignon d'attaque (9i, les deux pignons (12,13) du second train démultiplicateur possédant des dentures hélicoïdales, de telle sorte que la mise en rotation du premier de ces pignons hélicoïdaux (12) s'accompagne d'une poussée axiale s'exerçant sur le pignon hélicoïdal (13) solidaire du pignon d'attaque (9), donc sur le pignon d'attaque (9) lui-même, amenant ce dernier en prise avec la couronne (36) du moteur thermique. 2. Démarreur à réducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux pignons (10,11) du premier train démultiplicateur sont des pignons à denture droite. 3. Démarreur à réducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pignon droit (II) du premier train démultiplicateur, autre que celui calé sur l'arbre d'induit (7), est réalisé d'une seule pièce avec le premier pignon hélicoïdal (12) du second train démultiplicateur, l'ensemble étant monté tournant autour d'un axe (14) maintenu fixe à l'intérieur du démarreur. 4. Démarreur à réducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le deuxième pignon hélicoïdal (13) est solidaire d'une douille (19), mobile en rotation et axialement, dont une extrémité est centrée et guidée sur l'arbre d'induit (7), et dont l'autre extrémité est liée à un prolongement (20) du pignon d'attaque (9), lequel est porté par un arbre (22) coaxial à l'arbre d'induit (7). 5. Démarreur à réducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la douille (19), solidaire du deuxième pignon hélicoïdal (13), loge un ressort hélicoïdal (30) comprimé entre le fond de cette douille (19) et une pièce tronconique mobile axialement (29), liée par des cannelures (28) à I'arbre (22) portant le pignon d'attaque (9), qui coopère avec une partie conique complémentaire formée sur le prolongement (20) du pignon d'attaque (9), de manière à constituer un frein s'opposant à la rotation du pignon d'attaque (9), lorsque ce dernier reste éloigné de la couronne (36). 6. Démarreur à réducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ressort hélicoïdal (30) est appuyé contre le fond de la douille (19) par l'intermédiaire d'une bague (31). 7. Démarreur à réducteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la partie cannelée (28) de l'arbre (22) portant le pignon d'attaque (9) comporte des épaulements (35), servant de butée pour la pièce mobile tronconique (29). 8. Démarreur à réducteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que le fond de la douille (19) présente une gorge annulaire (26), recevant une fourchette (32) montée coulissante sur un guide (33) parallèle aux arbres précités (7,22), et rappelée dans un sens au moyen d'un ressort (34).