Brevet FR2596831A1 — publié le 19871009

I Visco-coupleur La présente invention concerne un visco-coupleur, notamment pour le ventilateur d'air de refroidissement d'un moteur à combustion interne. On connaît un visco-coupleur pour le ventilateur d'air de refroidissement 5 d'un moteur à combustion interne par la demande de brevet allemand DE-A32 46 783. Le dispositif d'accouplement comprend un carter muni d'ailettes de ventilateur, qui forme conjointement avec un rotor disposé dans le carter, d'une manière habituelle, des fentes de cisaillement pour recevoir du fluide de cisaillement. Le carter est monté rotatif sur l'arbre entraînant 10 le rotor par l'intermédiaire d'un roulement, et il présente un épaulement d'appui de forme tubulaire faisant saillie à l'intérieur du carter, dans lequel est maintenue la bague extérieure du roulement. L'épaulement d'appui est formé en une pièce sur le carter, et il constitue un siège d'appui cylindrique dans lequel est directement installée la bague extérieure. Pour des raisons de simplicité de fabrication et de faible poids, le carter est habituellement réalisé en aluminium ou en un alliage d'aluminium. Mais on a constaté que du fait des variations de température auxquelles est soumis le carter, un jeu de palier peut apparaître lorsque l'épaulement d'appui est formé en une pièce sur le carter, et est donc également en 20 aluminium ou en alliage d'aluminium. Comme l'aluminium présente un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de l'acier, matériau dans lequel est habituellement réalisée la bague extérieure du roulement, l'épaulement d'appui s'élargit plus fortement lorsque la température de service augmente, ce qui engendre l'apparition d'un jeu de palier et réduit 25 ainsi la longévité du dispositif d'accouplement. Dans un autre contexte, on sait que pour augmenter la longévité du palier, on peut armer le siège d'appui d'un roulement dans un carter en aluminium d'une armature en acier. Mais dans de telles constructions, c'est constamment l'armature en acier qui sert de siège d'appui pour le roulement, 30 ce qui nécessite des méthodes de fabrication relativement coûteuses si l'on a besoin d'un faible jeu de palier. La présente invention a pour but d'indiquer un moyen de pouvoir assembler d'une manière constructivement simple le carter en aluminium ou alliage d'aluminium d'un visco-coupleur à la bague extérieure d'un roulement 35 servant au montage rotatif du carter, et ce de telle sorte que n'apparaisse qu'un jeu de palier relativement faible même en présence de fluctuations de température relativement importantes. Le visco-coupleur proposé dans le cadre de l'invention possède un carter avec un épaulement d'appui de forme tubulaire faisant saillie à l'intérieur du carter, et dans lequel repose un roulement servant au montage du carter sur un arbre d'entraînement. Le carter est réalisé au moins dans la région de 5 l'épaulement d'appui en aluminium ou en un alliage d'aluminium. Dans le matériau (c'est-à-dire l'aluminium) de l'épaulement d'appui est formé un siège d'appui cylindrique dans lequel la bague extérieure du roulement est directement installée, c'est-à-dire sans l'intermédiaire de coques de palier ou similaires. Afin d'empêcher le relâchement de la bague extérieure du 10 roulement habituellement réalisée en acier dans l'épaulement d'appui entourant le roulement par suite du coefficient de dilatation thermique plus élevé de l'aluminium, une pièce annulaire est fixée sur l'épaulement d'appui, laquelle est réalisée en un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui du matériau dont est constitué l'épaulement 15 d'appui. La pièce annulaire absorbe les forces et contraintes thermiques qui tendent à élargir radialement l'épaulement d'appui, de sorte que le roulement reste fixé dans l'épaulement d'appui même en présence d'une sollicitation thermique élevée. On peut ainsi maintenir un faible jeu de palier qui, face aux fluctuations de température qui apparaissent normalement lors du 20 fonctionnement, varie beaucoup moins que dans des dispositifs d'accouplement conventionnels. Etant donné que le palier est ainsi sollicité d'une manière uniforme et que le carter est guidé d'une manière plus exacte par rapport au rotor disposé dans le carter, le dispositif d'accouplement selon l'invention présente une longévité accrue et un mode de fonctionnement plus uniforme. 25 Selon une configuration préférentielle, la pièce annulaire est réalisée sous la forme d'un anneau de serrage cylindrique qui est enfilé, de préférence emmanché par pression, sur la face d'enveloppe de l'épaulement d'appui. Ce faisant, l'anneau de serrage ne doit pas nécessairement s'étendre sur toute la hauteur axiale de la bague extérieure; il suffit que l'anneau de serrage 30 entoure uniquement la région de la bague extérieure qui est axialement tournée vers le côté intérieur du carter, attendu que cette région est exposée à des sollicitations thermiques plus fortes que la région située plus à l'extérieur. Selon une autre configuration, la pièce annulaire est réalisée sous la 35 forme d'une rondelle s'appuyant contre la face frontale de l'épaulement d'appui et assemblée fixement au côté frontal par des éléments de retenue axiaux. Les éléments de retenue axiaux, qui peuvent être des vis ou des rivets s'étendant dans le sens axial et circonférentiellement équidistants, limitent non seulement l'élargissement radial de l'épaulement d'appui, mais aussi le retrait radial de l'épaulement d'appui aux températures de service inférieures à la température à laquelle a été monté le dispositif d'accouplement. Aux basses températures, la rondelle empêche un serrage trop fort de la bague extérieure du roulement. Le diamètre intérieur de la rondelle est opportunément choisi inférieur au diamètre intérieure du siège d'appui de l'épaulement d'appui, de sorte que la rondelle peut conjointement servir à la fixation axiale de la bague extérieure. Lorsqu'ils sont employés dans des moteurs à combustion interne, les viscocoupleurs modernes sont souvent exposés à des températures très élevées. Afin de permettre le maintien d'un faible jeu de palier même à ces températures élevées, il peut s'avérer opportun de réaliser la pièce annulaire prévue pour la stabilisation en température de l'épaulement d'appui en un 15 matériau dont le coeffficient de dilatation thermique est inférieur au coefficient de dilatation thermique du matériau de la bague extérieur, c'est-à-dire inférieur au coefficient de dilatation thermique de l'acier. L'exposé qui suit décrit plus en détails des exemples de réalisation de l'invention à l'aide du dessin annexé, dans lequel: Figure I est une vue en coupe longitudinale axiale d'un visco-coupleur selon l'invention destiné au ventilateur d'air de refroidissement d'un moteur à combustion interne, qui est muni d'un palier de carter stabilisé en température; et Figures 2 et 3 représentent des variantes de réalisation de paliers de 25 carter stabilisés en température utilisables pour un dispositif d'accouplement selon la figure 1. Le visco-coupleur du ventilateur d'air de refroidissement d'un moteur à combustion interne qui est représenté à la figure I comprend un carter 3 qui est muni d'ailettes I de ventilateur et qui, au moyen d'un roulement 5, est 30 monté rotatif sur un arbre 9 coaxial, tournant autour d'un axe de rotation 7 et entraîné par le moteur à combustion interne. Le carter 3 est constitué d'une partie de base de carter 11 sensiblement en forme de pot, qui est réalisée et notamment coulée en aluminium ou en un alliage d'aluminium, et qui est fermée par un couvercle 13. Le couvercle 13 est lui-aussi réalisé en 35 aluminium ou en un alliage d'aluminium. Une paroi séparatrice 15 divise l'intérieur du carter en une chambre de réserve 17 pour du fluide de cisaillement et une chambre de travail 19. Sur l'arbre 9 pénétrant dans la chambre de travail 19 est fixé un rotor 21 sensiblement en forme de disque qui peut tourner conjointement avec l'arbre 9 par rapport au carter 3, et qui forme avec des faces voisines de la partie de base 11 du carter ou encore de la paroi séparatrice 15 montée fixement dans le carter 3 des fentes de cisaillement 23 qui, lorsqu'elles sont remplies de fluide de cisaillement provenant de la chambre de réserve 17, transmettent un couple de rotation du rotor 21 au carter 3 et par suite aux ailettes de ventilateur 1. Lorsque les fentes de cisaillement 23 sont vidées du fluide de cisaillement, le coupleur est désaccouplé et ne transmet pas de couple. Comme le mode de 10 fonctionnement d'un tel dispositif d'accouplement est généralement connu, on ne l'expliquera pas plus en détails. Le dispositif d'accouplement peut être commandé en fonction de la température, et il comprend un élément bimétallique 25 disposé sur le côté extérieur du couvercle 13, élément qui actionne un tiroir plan 29 par l'intermédiaire d'un axe central 27 qui peut 15 coulisser axialement dans le couvercle 13. Le tiroir plan 29 commande une ouverture 31 prévue dans la paroi séparatrice 15, par l'intermédiaire de laquelle le fluide de cisaillement peut s'écouler depuis la chambre de réserve 17 dans la chambre de travail 19. L'ouverture 31 est prévue au niveau d'un diamètre moyen de la paroi séparatrice 15. Sur un plus grand diamètre, une 20 autre ouverture 33 est prévue dans la paroi séparatrice 15 au niveau de la périphérie extérieure du rotor 21, ouverture par l'intermédiaire de laquelle un dispositif de pompage 35 à action dynamique, se présentant sous la forme d'un élément de retenue ou similaire, refoule le liquide de cisaillement de la chambre de travail 19 dans la chambre de réserve 17 sur la base de la 25 rotation relative du carter 3 et du rotor 21. Lorsque la température de service est basse, l'élément bimétallique 25 ferme l'ouverture 31, de sorte qu'il ne peut y avoir d'écoulement de fluide de cisaillement depuis la chambre de réserve 17 dans la chambre de travail 19, et que le dispositif de pompage 35 vide la chambre de travail 19. Quand la température de service 30 augmente, l'ouverture 31 est ouverte, de sorte que la quantité de fluide de cisaillement qui peut s'écouler dans la chambre de travail 19 est supérieure à la quantité évacuée par le dispositif de pompage 35. Les fentes de cisaillement 23 se remplissent de fluide de cisaillement, et le coupleur est ainsi accouplé. Le roulement 5, qui peut être, comme représenté, un roulement rainuré à billes, mais aussi un roulement à rouleaux cylindriques ou encore un roulement à aiguilles ou similaire, présente une bague intérieure 37 montée sur l'arbre 9 et une bague extérieure 39 qui est guidée radialement et axialement contre la bague intérieure 37 par l'intermédiaire de billes 41. Sur la partie de base Il du carter est formé en une pièce un épaulement d'appui 43 de forme tubulaire. L'épaulement d'appui 43 part en saillie vers l'intérieur 5 dans le carter 3, et il contient un siège d'appui 45 intérieur cylindrique qui est ménagé dans le matériau (c'est-à-dire l'aluminium) de la partie de base Il du carter, et dans lequel la bague extérieure 39 est installée -par exemple emmanchéedirectement, c'est-à-dire sans autre coquille de palier ou similaire. Un collet annulaire 47 sert ici d'aide au montage. L'épaulement d'appui 43 est constitué du matériau de la partie de base Il du carter, c'est-à-dire d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium. La bague extérieure 39 est en acier. Comme l'aluminium présente un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de l'acier, l'épaulement d'appui 43 a tendance à s'élargir plus que la bague extérieure 39 lorsque la température 15 augmente. Cela entraîne un relâchement du roulement 5 dans le siège 45 et, par conséquent, une augmentation des tolérances entre le rotor 21 et les faces du carter 3 qui forment les fentes de cisaillement. La conséquence en est une diminution de la durée de vie du dispositif d'accouplement. Afin de contrecarrer l'élargissement de l'épaulement d'appui 43, on a monté sur une 20 face extérieure cylindrique 49 de l'épaulement d'appui 43 un anneau de serrage cylindrique 51 qui est réalisé en un matériau dont le coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui du matériau (aluminium) de l'épaulement d'appui 43. L'anneau de serrage 51 limite l'élargissement de l'épaulement d'appui 43 lequel augmente quand la température de service 25 augmente-, et réduit ainsi l'augmentation du jeu de palier qui accompagne l'élévation de la température. L'anneau de serrage 51 ne s'étend dans le sens axial que sur une partie de la hauteur axiale de la bague extérieure 39, l'anneau de serrage 51 entourant ainsi l'épaulement d'appui 43 et par suite la bague extérieure 39 dans les régions tournées vers l'intérieur du carter, 30 lesquelles sont les plus sollicitées thermiquement. L'anneau de serrage 51 empêche le relâchement du palier 5 lorsque le coupleur est chaud, et elle assure que le jeu de palier entre les billes 41 et les bagues de palier 37, 39 ne connaisse que de faibles variations pendant le réchauffement du coupleur. La longévité du palier à roulement est ainsi 35 augmentée, et son niveau de bruit réduit. On évite également que, par suite de tolérances de montage trop importantes, le rotor 21 frotte contre la partie de base 11 du carter ou encore contre la paroi séparatrice 15. On va maintenant décrire des variantes de réalisation de paliers stabilisés en temperature, chacune utilisables pour le visco-coupleur selon la figure 1. Les pièces de même fonction gardent les mêmes références numériques qu'à la figure 1, auxquelles on a ajouté une lettre pour distinguer 5 les modes de réalisation. En ce qui concerne la description détaillée de la structure et du mode de fonctionnement, on se reportera à l'exposé ci-dessus décrivant la figure 1. La figure 2 représente un roulement à billes 5a, dont la bague intérieure 37a est à nouveau montée sur l'arbre 9a, tandis que sa bague extérieure 39a 10 est directement montée dans un siège d'appui cylindrique 45a de l'épaulement d'appui 43a formé en une pièce sur la partie de base I la du carter, en saillie vers l'intérieur. Pour empêcher que lorsque la température de service augmente, l'épaulement d'appui 43 réalisé en aluminium ou en alliage d'aluminium s'élargisse d'une façon excessivement importante par rapport à 15 la bague de roulement extérieure 39a réalisé en acier, on a, au lieu de l'anneau de serrage 51 selon la figure 1, fixé une rondelle 51a sur un côté frontal 55 de l'épaulement d'appui 43a à l'aide de plusieurs éléments de retenue axiaux 57 circonférentiellement distribués. Les éléments de retenue 57 peuvent, comme le montre la moitié supérieure de la figure 2, être des vis 20 qui sont vissées dans le sens axial dans l'épaulement d'appui 43a. La moitié inférieure de la figure 2 représente une autre variante possible, selon laquelle des rivets partent axialement du côté frontal 55 de l'épaulement d'appui 43a, et maintiennent la rondelle 51a contre l'épaulement d'appui 43a. La rondelle 51a est à nouveau réalisée en un matériau dont le coefficient de dilatation 25 thermique est inférieure à celui du matériau (aluminium) de l'épaulement d'appui 43a: elle est par exemple réalisée en acier. A la différence du coupleur de la figure 1, la stablisation en température du palier 5a se produit ici non seulement pour des températures supérieures à la température ambiante qui régnait lors du montage du 30 coupleur, mais aussi pour des températures inférieures à cette température. Les éléments de retenue 57 empêchent non seulement l'élargissement de l'épaulement d'appui 43a à des températures de service élevées, mais aussi son retrait aux basses températures. On empêche ainsi que, quand la température baisse, l'épaulement d'appui 43a exerce une pression accrue sur 35 la bague extérieure 39, et réduise d'un montant inacceptable le jeu de palier qui est nécessaire dans des limites de tolérance données. La rondelle 51a présente un diamètre intérieur inférieur au diamètre de l'épaulement d'appui 43a, de sorte que la bague extérieure 39a est axialement fixée entre la rondelle 51a et le collet annulaire 47a. La figure 3 représente une autre variante de réalisation d'un palier de carter, qui ne se différencie pour l'essentiel de celui de la figure I que par le 5 fait qu'en plus de l'épaulement d'appui 43b partant en saillie vers l'intérieur de la partie de base I lb du carter, un épaulement d'appui 61 partant en saillie vers l'extérieur est formé en une pièce à partir du matériau (aluminium) de la partie de base lb du carter. L'épaulement d'appui 61 forme un prolongement vers l'extérieur du siège d'appui 45b, et reçoit un 10 deuxième roulement à billes 63 qui vient s'ajouter au roulement à billes 5b de l'épaulement d'appui intérieur 43b. Le roulement à billes 63, qui comme le roulement à billes 5b est un roulement rainuré à billes, d'une part augmente la capacité portante du montage, et d'autre part réduit le jeu de basculement entre la partie de base llb du carter et l'arbre 9b. Au lieu des roulements 15 rainurés à billes 5b, 63, on peut aussi prévoir des roulements à rouleaux cylindriques ou des roulements à aiguilles. Au lieu de deux roulements à billes séparés, on peut aussi employer un seul roulement à deux rangées de billes. Dans le montage de carter selon la figure 3, seul l'épaulement d'appui intérieur 43b porte un anneau de serrage 51b, afin de tenir compte de la 20 sollicitation thermique dans la plupart des cas différente des deux roulements à billes 5b et 63. Tandis que le roulement à billes 5b est fortement échauffé par l'intérieur du carter, le roulement à billes extérieur 63 est exposé à des températures plus basses. Le siège d'appui 45b a donc tendance à prendre une forme non cylindrique, qui engendrerait une sollicitation différente des 25 roulements 5b et 63. En prévoyant unilatéralement l'anneau de serrage 51b, on peut obtenir une sollicitation uniforme des deux roulements 5b et 63, et une diminution du jeu de basculement entre l'arbre 9b et la partie de base lib du carter. Les deux roulements 5b et 63 sont montés en ajustement serré dans le 30 siège cylindrique commun 45b. Toutefois, le collet annulaire 47b destiné à faciliter le montage est ici prévu sur l'épaulement d'appui extérieur 61. Dans les montages de carter décrits à l'aide des figures I à 3, les anneaux de serrage 51 et 51b ainsi que la rondelle 51a sont réalisés dans le matériau de la bague extérieure des roulements à billes, qui est l'acier. Mais 35 une autre possibilité est de réaliser les anneaux de serrage 51 et 51b et la rondelle 5la présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du matériau de la bague extérieure des roulements à billes, c'est-à-dire inférieur à celui de l'acier. Cela est particulièrement avantageux lorsqu'en cours de fonctionnement, les bagues extérieures des paliers à roulements atteignent une température nettement supérieure à celle atteinte par les bagues intérieures. Dans de telles conditions de fonctionnement, le jeu du 5 palier augmenterait, ce qui constitue un inconvénient pour le fonctionnement du coupleur. L'emploi d'anneaux ou de rondelles présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de l'acier permet de compenser l'augmentation du jeu de palier. REVENDICATIONS 1. Visco-coupleur, notamment pour le ventilateur d'air de refroidissement d'un moteur à combustion interne, comprenant: a) un arbre (9) entraînable en rotation autour d'un axe de rotation (7), 5 b) un roulement (5) avec une bague intérieure (37) reposant sur l'arbre (9), une bague extérieure (39) et plusieurs éléments roulants (41) guidant en rotation la bague extérieure (39) contre la bague intérieure (37), c) un carter (3) rotatif coaxialement par rapport à l'arbre (9), avec un épaulement d'appui (43) tubulaire partant en saillie à l'intérieur du carter (3), 10 qui forme un siège d'appui cylindrique intérieur (45) dans lequel est directement installée la bague extérieure (39), au moins la région de l'épaulement d'appui (43) du carter (3) étant réalisée en aluminium ou en un alliage d'aluminium, d) un rotor (21) assemblé fixement à l'arbre (9) dans le carter (3) qui 15 forme avec le carter (3) au moins une fente de cisaillement (23) pour recevoir du fluide de cisaillement, c a r a c t é r i s é e n c e qu'il est prévu une pièce annulaire (51) disposée dans le carter (3) et réalisée en un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique de 20 l'aluminium dans lequel est réalisée la région de l'épaulement d'appui (43), la pièce annulaire (51) étant fixée sur l'épaulement d'appui (43) de telle sorte qu'elle absorbe la force qui élargit radialement l'épaulement d'appui (43). 2. Visco-coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce annulaire est réalisée sous la forme d'un anneau de serrage (51; 51b) 25 cylindrique qui est enfilé sur la face d'enveloppe de l'épaulement d'appui (43; 43b). 3. Visco-coupleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'anneau de serrage (51; 51b) présente une hauteur axiale inférieure à celle de la bague extérieure (39) du roulement (5; 5b), et entoure la région de la 30 bague extérieure (39) qui est axialement tournée vers le côté intérieur du carter (3). 4. Visco-coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce annulaire est réalisée sous la forme d'une rondelle (51a) s'appuyant contre la face frontale de l'épaulement d'appui (43a) et assemblée fiement au 35 côté frontal (55) par des éléments de retenue axiaux (57). 5. Visco-coupleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la rondelle (51a) est assemblée à l'épaulement d'appui (43a) par l'intermédiaire de plusieurs vis ou rivets s'étendant dans le sens axial et circonférentiellement équidistants. 6. Visco-coupleur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la rondelle (51a) est inférieur au diamètre intérieur du siège d'appui (45a) de l'épaulement d'appui (43a). 7. Visco-coupleur selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le coefficient de dilatation thermique de la pièce annulaire (51) est inférieur au coefficient de dilatation thermique du matériau de la bague extérieure (39). 8. Visco-coupleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le coefficient de dilatation thermique de la pièce annulaire (51) est inférieur au coefficient de dilatation thermique de l'acier.