Brevet FR2604116A1 — publié le 19880325

Procédé pour fabriquer une roue à aubes pour une pompe à agent réfrigérant d'un véhicule automobile. L'invention concerne un procédé pour fabriquer une roue à aubes pour une pompe à agent réfrigérant d'un véhicule automobile, par exemple une roue à aubes d'une pompe à eau de refroidissement ou une roue à aubes à air, la roue à aubes comprenant un moyeu métallique en vue de son montage sur un arbre, un disque de renforcement métallique formé coaxialement à une extrémité frontale du moyeu métallique et entouré de matière plastique ainsi que des aubes déflectrices formée en matière plastique dans la région périphérique extérieure de la roue à aubes. Les roues à aubes de pompes du type susmentionné et destinées à être utilisées avec des moteurs à combustion interne sont contraintes fondamentalement connues. Du fait des / thermiques particulières de ce domaine utilisation, pour lequel les températures peuvent être comprises entre -40 C et +130 C, des conditions particulières sont imposées aux matériaux ainsi que sur le plan constructif. L'inconvénient de l'utilisation de fonte grise ou de laiton pour une roue à aubes de pompe de ce type est que ces matériaux ont tendance à subir une cavitation conduisant à la destruction de la roue à aubes. En dehors d'un poids important et de coûts élevés, on constate également l'inconvénient consistant dans le fait que la surface est rugueuse, ce qui augmente la résistance à l'écoulement. - 2 - On connait en outre des pompes à eau dans lesquelles la roue à aubes est réalisée en totalité en matière plastique. Cependant, ce mode de réalisation ne convient pas à des véhicules automobiles du fait des sollicitations élevées en chaleur et en froid, car les roues à aubes de ce type se voilent et viennent frotter contre la paroi de leur carter. En outre, il n'était pas possible jusqu'ici de réaliser en matière plastique des roues de pompes fermées. On connaît par ailleurs par US- A 3 251 307 une roue à aubes pour pompe à eau ouverte destinée à être utilisée avec des moteurs à combustion interne, comprenant un moyeu métallique et un disque de renforcement métallique formé coaxialement sur lui et orienté sensiblement perpendiculairement à l'axe du moyeu. Le disque de renforcement est incorporé avec la surface extérieure du moyeu dans un corps en matière plastique. Une déviation en cours de fonctionnement de la roue à aubes provenant d'une force axiale résultante est également inévitable avec un mode de réalisation de ce type. Du fait de la poussée de l'axe ainsi produite, le danger est que la roue à aubes soit détruite par le bottier. Dans le cas o l'on prévoit des distances importantes pour des raisons de sécurité, le rendement de la roue à aubes ou de la pompe est réduit en proportion. L'invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d'une roue à aubes du type mentionné dans le préambule dans laquelle les effets désavantageux des forces axiales soient réduits. Ce but est atteint du fait que le disque de renforcement est monté dans une première coquille d'un moule dont les formes correspondent à celles de la surface de la roue à aubes, disposée face aux canaux d'écoulement de la roue à aubes, qu'ensuite on dispose un noyau sur le disque de renforcement, dont la forme correspond aux aubes de la roue et aux canaux d'écoulement, que la première coquille du moule et le noyau se raccordent de façon étanche dans leurs régions périphériques externes, que le noyau est réalisé en un matériau dont le point de fusion est inférieur au point de fusion de la matière plastique à couler, qu'une seconde coquille d'un moule est disposée sur le noyau, qui se raccorde à ce noyau de façon étanche dans sa région périphérique extérieure et au niveau des ouvertures des canaux d'écoulement - 3 - débouchant en direction axiale, que la seconde coquille du moule est conformée de manière à constituer un élément de recouvrement disposé au-dessus des canaux d'écoulement, qu'ensuite les cavités formées entre la première et la seconde coquilles du moule et le noyau sont remplies de matière plastique coulée, et que finalement le noyau est éliminé par fusion. L'avantage de l'invention est que l'on peut désormais réaliser également des roues à aubes de pompes fermées en matière plastique. Grâce à la fusion du noyau, il est possible de réaliser les cavités d'une roue à aubes de pompe fermée. Une caractéristique préférée de l'invention consiste dans le fait que l'on dispose sur le disque de renforcement et sur ses deux côtés des éléments en relief dont la hauteur correspond à l'épaisseur de la matière plastique qui est ensuite appliquée. Grâce à ces éléments en relief, on peut réaliser un agencement correct du disque de renforcement par rapport à la première coquille du moule et par rapport au noyau car lors de la coulée de la matière plastique, ces deux parties du moule s'appuient sur les éléments en relief et sont maintenues à la distance désirée. Il s'avère comme particulièrement avantageux de réaliser les éléments en relief par estampage d'ouvertures circulaires et par enfoncement des bords des ouvertures. En variante, il est également très possible de réaliser les éléments en relief par estampage et coudage de languettes. En outre, il est avantageux d'élargir l'extrémité libre du moyeu. L'avantage de cette mesure est que la roue à aubes de pompe peut être enfoncée sans difficultés sur un arbre d'entraînement car la partie élargie se comporte comme un entonnoir. Il est par ailleurs avantageux de munir le disque de renforcement d'au moins une ouverture d'ajustage et d'enfoncer dans celle-ci une tige d'ajustage disposée dans le noyau et/ou dans la première coquille du moule. On peut ainsi augmenter la précision des dimensions de la roue à aubes de pompe. Dans le cas o une ouverture est constituée dans la roue à aubes de pompe par la tige, cette ouverture peut être utile pour équilibrer la poussée de l'axe. - 4 - Un autre mode de réalisation préféré consiste dans le fait que l'on enfonce avant la coulée un anneau métallique sur le moyeu et qu'on le noie dans la matière plastique. L'anneau permet de renforcer le moyeu, d'o il résulte que de fortes sollicitations dues à la température peuvent être supportées. Une éventuelle fatigue du matériau peut également être neutralisée de cette manière. I1 est avantageux aussi bien pour le processus de coulée que pour l'adhérence de la matière plastique que le disque de renforcement soit muni d'une pluralité d'ouvertures permettant le passage de la matière plastique. Il s'avère avantageux de disposer les ouvertures en quinconce en direction périphérique. On conserve ainsi la fonction de support du disque de renforcement et la matière plastique peut se répartir uniformément dans la cavité du moule. L'assemblage et l'ajustage des deux coquilles du moule sont facilités en enfonçant le moyeu sur un arbre pendant la coulée. L'arbre peut alors former la limite de la cavité du moule, dans le prolongement du moyeu. Il peut alors être avantageux que l'arbre parvienne jusqu'au moyeu et qu'un-tourillon soit enfoncé dans le moyeu. Les diamètres extérieurs différents de l'arbre et du tourillon ont pour effet que la matière plastique qui dépasse le moyeu en direction axiale est disposée en direction radiale à une distance prédéterminée de l'arbre d'entraînement qui est enfoncé avec précision dans le moyeu lorsque l'on utilise la roue à aubes de pompe. Ainsi, les coefficients de dilatation différents du moyeu métallique et des parties en matière plastique n'ont pas d'effet défavorable et ne sont pas la cause de dégâts de la roue à aubes. D'autres caractéristiques de l'invention ainsi que des matériaux préférés pour le noyau sont indiqués dans les sous-revendications. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide de modes de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement une vue en plan d'une roue à aubes de pompe partiellement découpée, la figure 2 représente schématiquement une coupe transversale de -5- deux exemples d'une roue à aubes de pompe selon la figure 1, la figure 3 et la figure 4 représentent chacune schématiquement une coupe transversale d'un détail d'une roue à aubes de pompe, la figure 5 représente schématiquement une coupe d'un moule pour une roue à aubes de pompe, et les figures 6 à 13 représentent schématiquement des exemples de perforations d'un disque de renforcement d'une roue à aubes de pompe. Un premier mode de réalisation d'une roue à aubes de pompe représenté à la figure 1 consiste en un moyeu 1 au moyen duquel la roue à aubes de pompe est enfoncée sur un arbre d'entraînement (non représenté). Au moyeu 1 se raccorde une partie en forme de disque 7, disposée coaxialement et perpendiculairement à l'axe du moyeu, par l'intermédiaire d'une région enfoncée 2 ayant la forme d'un paraboloide de révolution, les aubes déflectrices 3 étant formées sur la partie en forme de disque. La région enfoncée 2 et la partie en forme de disque 7 forment ensemble un disque de renforcement 4 sur les deux côtés duquel est injectée de la matière plastique et qui se prolonge par le moyeu 1. Sur le moyeu 1, la matière plastique n'est appliquée que sur un côté et sur sa surface extérieure, ce qui fait que la roue à aubes de pompe peut être enfoncée sur l'arbre d'entraînement par la surface interne métallique de son moyeu 1. Pour mieux ancrer la matière plastique sur le disque de renforcement 4, on répartit sur la surface du disque de renforcement 4 des ouvertures 6. Ces ouvertures peuvent recouvrir de 40 à 70% environ de la surface du disque de renforcement 4. Comme le montre une coupe partielle de la roue à aubes, les ouvertures 6 de l'exemple montré ici sont de forme circulaire. D'autres formes des ouvertures 6 sont décrites en référence aux figures 6 à 13. En outre sont prévues dans l'exemple représenté ici quatre ouvertures d'ajustage 5, orientées parallèlement à l'axe du moyeu, et dont l'importance sera expliquée plus en détail en se référant à la figure 5. Le moyeu 1 du disque de renforcement 4 s'étend sur au moins 40% de la longueur du moyeu de la roue à aubes. La partie en forme de disque 7 n'est que légèrement inférieure au diamètre extérieur de la roue à aubes de pompe à eau, ce qui fait que les aubes déflectrices 3 sont en totalité disposées dans - 6 - la région du disque de renforcement 4. Dans la région périphérique extérieure de la roue à aubes, les canaux d'écoulement 9 formés entre les aubes déflectrices 3 sont fermés vers le haut par un -élément de recouvrement 8, ce qui permet d'obtenir une roue de pompe fermée comprenant une entrée 10 orientée sensiblement parallèlement à l'axe du moyeu et une sortie 11 orientée radialement vers l'extérieur. Dans la partie supérieure de gauche de la figure 1, on peut voir au moyen d'une coupe partielle la forme d'un canal d'écoulement 9, avec l'entrée 10 et la sortie 11 de la roue à aubes. Dans la coupe transversale d'une roue à aubes de pompe selon la figure 2, on peut voir pour deux roues à aubes différentes et sur le côté gauche et le côté droit les sections transversales différentes d'éléments de recouvrement 8, 8'. Naturellement et contrairement à la représentation choisie ici, l'élément de recouvrement 8, 8' d'une roue de pompe est toujours de même constitution. On peut voir en outre sur la figure que les parties en matière plastique 13 et 15 sont formées sur le moyeu métallique 1 en direction de son axe. Ces deux parties en matière plastique 13, 14 se terminent en direction radiale à une distance prédéterminée de la surface interne du moyeu pour éviter que la matière plastique puisse venir en contact avec l'arbre d'entraînement. Dans la cavité comprise entre la région enfoncée 2 et la partie en matière plastique 13 sont constituées dans l'exemple montré ici des nervures de renforcement 17 orientées en direction radiale et en matière plastique. On prévoit, pour noyer le disque de renforcement 4 et le moyeu 1, une matière plastique résistante et qui ne s'arrache pas. Le revêtement de matière plastique présente typiquement sur ses deux côtés une épaisseur respective de 1 à 2 mm. L'élément de recouvrement 8 des canaux d'écoulement 9, tels qu'on peut les voir par exemple sur le c8té gauche de la figure 2, est muni sur son c6té extérieur d'une gorge annulaire 18 dans laquelle pénètre un bottier 20 de manière à laisser subsister un interstice axial 19 et un interstice radial 21 pour ne pas gêner la rotation de la roue à aubes. On peut voir nettement à la figure 2 qu'une poussée de l'axe de la roue à aubes qui peut survenir pendant le fonctionnement ne modifie que la section transversale de l'interstice radial 21, tandis que la - 7 - section transversale de l'interstice axial 19 reste inchangée. Comme l'interstice axial 19 détermine le débit d'agent réfrigérant entre le bottier 20 et la roue à aubes, le rendement d'une pompe équipée d'une roue à aubes fermée de ce type est particulièrement élevé car l'interstice axial 19 peut être relativement étroit. A la figure 3 sont montrés d'autres détails d'un mode de réalisation de la roue à aubes de pompe. Contrairement au mode de réalisation de la figure 2, la région enfoncée 2 du disque de renforcement forme un angle aigu avec le moyeu 1. Les aubes de la roue à aubes sont formées dans un mode de réalisation de ce type sur le côté de forme concave du disque de renforcement 4 (non représenté). L'extrémité libre du moyeu 1 est en outre élargi sensiblement en forme de trompette pour faciliter l'enfoncement de la roue à aubes sur un arbre d'entraînement. La partie en matière plastique 13 formée en direction axiale sur le moyeu 1 se termine à une certaine distance radiale A de la surface interne du moyeu. Sur le côté frontal de la partie en matière plastique 13 constituée dans ce cas sous une forme cylindrique est appliqué un anneau d'étanchéité 22. Dans l'exemple de la figure 3, le moyeu 1 est en outre fermé sur un c8té par une partie en matière plastique 15 de forme aérodynamique vers l'extérieur et à symétrie de révolution par rapport à l'axe du moyeu, dont la fonction est d'éviter des tourbillons de l'agent réfrigérant à l'avant du centre de la roue à aubes. Naturellement, il faut également éviter un contact entre l'arbre d'entraînement et la partie en matière plastique 15 pour éviter les inconvénients qui découlent de coefficients de dilatation différents. A la figure 4 est représentée en section transversale un autre détail d'un mode de réalisation de la roue à aubes de pompe. Cette roue à aubes comprend essentiellement, par différence avec le mode de réalisation selon la figure 3, un anneau métallique additionnel 23 appliqué de l'extérieur sur le moyeu et incorporé dans la matière plastique. Ainsi, le moyeu est par exemple rendu résistant au fluage. Après mise en place de l'anneau 23, le moyeu 1 peut être élargi à son extrémité libre, comme dans le mode de réalisation de la figure 3. A la figure 4 est représenté en outre un tourillon 25, mais qui ne - 8 constitue par un arbre d'entraînement. La figure 4 montre à cet égard seulement la manière selon laquelle la distance A peut être obtenue au moment même de la coulée de la roue à aubes.-L'arbre 24 détermine le diamètre interne de la partie en matière plastique 13 au moment de la coulée, le tourillon 35 étant enfoncé dans le moyeu. Comme on peut le déduire en outre plus bas de la description de la figure 5, l'arbre 24 peut aussi servir au centrage des moules. A la figure 5 est montré schématiquement la manière selon laquelle peut s'effectuer la fabrication de la roue à aubes de pompe. Le moule destiné à la roue est constituée par une première coquille 51 et par une seconde coquille 52 ainsi que par un noyau 53 disposé entre elles. En outre et conformément à la figure 4, un arbre (non représenté) peut servir au formage dans la région du moyeu 1. La première coquille 51 du moule détermine la forme et la surface de la roue à aubes sur le côté qui est à l'opposé des aubes déflectrices. Le disque de renforcement 4 est disposé dans cette première coquille 51 à l'aide d'éléments d'écartement qui déterminent l'épaisseur du revêtement de matière plastique. Les éléments d'écartement peuvent être constitués de diverses manières. Ils peuvent être constitués par exemple par des cônes 54 ou des tiges faisant saillie de la surface de la première coquille 51. Mais il est particulièrement avantageux que les éléments d'écartement soient formés par des languettes 55 estampées dans le disque de renforcement 4 et ensuite repliées. Une autre possibilité avantageuse consiste à prévoir dans le disque de renforcement 4 des ouvertures 56 et de repousser les bords 57 des ouvertures 56 vers l'extérieur, de manière que la hauteur des bords corresponde à l'épaisseur de la - matière plastique devant être coulée par la suite. L'ouverture 56 est représentée à la figure 5 en coupe transversale et avec des bords 57 orientés vers le bas. Une autre ouverture située à l'arrière est simplement représentée par son bord 57' orienté vers le haut. Des éléments d'écartement peuvent être également formés sur le noyau à partir du matériau constituant ce noyau, se présentant par exemple sous forme d'autres c6nes 58 ou analogues. Ces cônes sont facilement éliminés par fusion en même temps que le noyau 53. -9- Le noyau 53 est disposé sur la première coquille 51 du moule de manière qu'il se raccorde étroitement à cette première coquille 51 dans sa région périphérique extérieure. Il est maintenu au-dessus du disque de renforcement 4 par les éléments d'écartement constitués dans l'exemple représenté ici par les éléments en relief formés par la languette 55 et le bord 57' ainsi que par le cône 54. Le noyau 53 détermine la forme des canaux d'écoulement 9, de l'entrée 10 dans la roue à aubes et de la sortie 11 de la roue à aubes (voir figure 1). Il est constitué en un matériau dont le point de fusion est inférieur au point de fusion de la matière plastique à couler. On utilise en tant que matériau pour constituer le noyau 53 un métal qui fond à basse température et dont le point de fusion est situé dans la plage de 50 C à 150 C, de préférence un alliage de bismuth. La deuxième coquille 52 du moule est disposée sur le noyau, la cavité 59 de cette coquille correspondant par sa forme sensiblement à la forme extérieure de l'élément de recouvrement 8. La seconde coquille 52 se raccorde en outre de façon étanche avec le noyau 53. Pour assurer la position correcte mutuelle des composants, on prévoit une tige d'ajustage 60 qui est enfoncée dans une ouverture d'ajustage (non montrée) du disque de renforcement 51, et qui est en liaison par ses extrémités avec la première coquille 51 du moule et avec le noyau 53 en des emplacements prédéterminés. Elle peut en outre s'étendre jusqu'à la seconde coquille 52 du moule. Les ouvertures traversantes de la roue à aubes qui sont représentées par l"'ouverture d'ajustage 5" à la figure 1 sont formées du fait du passage de la tige d'ajustage 60 dans le disque de renforcement 4 et dans la matière plastique de la roue à aubes. L'alignement concentrique de la première et de la seconde coquilles 51, 52 du moule et du disque de renforcement 4 est obtenu par un arbre 24'. Quand le moule est ainsi formé, les cavités du moule sont remplies d'une matière plastique résistance et qui ne s'arrache pas. Après durcissement de la matière plastique, le noyau 53 est éliminé par fusion. On obtient ce résultat de préférence dans un bain de matériau fluidifié du noyau. Les figures 6 à 13 représentent divers exemples d'ouvertures 6 du 2 6 0 4 1 1 6 - 10 - disque de renforcement 4, telle qu'elles ont déjà été représentées schématiquement à la figure 1. Les éléments en relief destinés à réaliser les éléments d'écartement peuvent être obtenus par exemple en. estampant des languettes selon les formes montrées aux figures 6 à 13 et en les recourbant, d'o résultent simultanément des ouvertures de passage pour la matière plastique. Pour la coulée de la matière plastique, on utilise de préférence un procédé de moulage par injection qui est connu en soi et n'a donc pas besoin d'être décrit en détail ici. - - 11 - REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer une roue à aubes pour une pompe à agent réfrigérant d'un véhicule automobile, par exemple une roue à aubes d'une pompe à eau de refroidissement ou une roue à aubes à air, la roue à aubes comprenant un moyeu métallique en vue de son montage sur un arbre, un disque de renforcement métallique formé coaxialement à une extrémité frontale du moyeu métallique et entouré de matière plastique ainsi que des aubes déflectrices formée en matière plastique dans la région périphérique extérieure de la roue à aubes, caractérisé en ce que le disque de renforcement (4) est monté dans une première coquille (51) d'un moule dont les formes correspondent à celles de la surface de la roue à aubes, disposée face aux canaux d'écoulement (9) de la roue à aubes, en ce qu'ensuite on dispose un noyau (53) sur le disque de renforcement (4) dont la forme correspond aux aubes (3) de la roue et aux canaux d'écoulement (9), en ce que la première coquille (51) du moule et le noyau (53) se raccordent de façon étanche dans leurs régions périphériques externes, en ce que le noyau (53) est réalisé en un matériau dont le point de fusion est inférieur au point de fusion de la matière plastique à couler, en ce qu'une seconde coquille (52) d'un moule est disposée sur le noyau (53), qui se raccorde à ce noyau (53) de façon étanche dans sa région périphérique extérieure et au niveau des ouvertures des canaux d'écoulement (9) débouchant en direction axiale, en ce que la seconde coquille (52) du moule est conformée de manière à constituer un élément de recouvrement (8) disposé au-dessus des canaux d'écoulement (9), en ce qu'ensuite les cavités formées entre la première et la seconde coquilles (51, 52) du moule et le noyau (53) sont remplies de matière plastique coulée, et en ce que finalement le noyau (53) est éliminé par fusion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur le disque de renforcement (4) sont constituées sur les deux côtés des éléments en relief dont la hauteur correspond à l'épaisseur de la matière plastique à appliquer par la suite. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments en relief sont réalisés par estampage d'ouvertures circulaires (56) et enfoncement des bords (57) de ces ouvertures. - 12 - 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments en relief sont constitués par estampage et coudage de languettes (55). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité libre du moyeu (1) est élargie. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque de renforcement (4) est muni d'au moins une ouverture d'ajustage (5), et en ce qu'une tige d'ajustage (57) disposée dans le noyau (53) et/ou dans la première coquille (51) du moule est enfoncée dans cette ouverture. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on enfonce sur le moyeu (1) un anneau métallique (23) avant la coulée et on l'incorpore dans la matière plastique. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le disque de renforcement (4) comprend une multiplicité d'ouvertures (6) permettant le passage de la matière plastique. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures (6) sont disposées en quinconce en direction périphérique de la roue à aubes. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyeu (1) est enfoncé sur un arbre (24) pendant la coulée. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'arbre (24) s'étend jusqu'au moyeu (1) et en ce qu'un tourillon (25) est enfoncé dans le moyeu (1). 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des éléments d'écartement (c6ne 58) sont formés sur le noyau (53) à partir du matériau dudit noyau. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau (53) est réalisé en un métal qui fond à une température basse. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le noyau (53) est réalisé en un alliage de bismuth.