Brevet FR2629160A1 — publié le 19890929

ACCOUPLEMENT A FRICTION DE LIQUIDE L'invention a pour objet un accouplement.à friction de liquide, en particulier pour un ventilateur à air de refroidissement d'un moteur à combustion interne, comportant un élément d'entrée entraîné en rotation autour d'un axe de rotation, un élément de sortie monté rotatif sur le même axe que l'élément d'entrée, au moins une fente de cisaillement formée par des surfaces de travail, axialement opposées, de l'élément d'entrée et de l'élément de sortie destinée à recevoir un fluide de cisaillement, la fente de cisaillement ayant une section transversale de fente à peu près en méandres, et étant limitée par des nervures des surfaces de travail opposées, concentriques à l'axe de rotation, pénétrant alternativement les unes dans les autres, et les différentes nervures étant délimitées par des paires de flancs latéraux inclinés les uns vers les autres. Par la demande DE-A-22 09 879, on connaît un accouplement à friction de liquide de ce type, dans lequel les différentes nervures ont une section transversale symétrique par rapport à la direction de l'axe de rotation, et les génératrices des paires de flancs latéraux ne sont inclinées que d'un très petit angle par rapport à l'axe de rotation. La caractéristique suivant laquelle la vitesse - de rotation de sortie de l'accouplement à friction de liquide connue suit la vitesse de rotation d'entrée, dépend d'un grand nombre de paramètres, par exemple de la largeur de fente et de la viscosité du fluide de cisaillement. Le changement d'un paramètre conduit, en règle générale, à changer aussi d'autres paramètres, de sorte qu'en règle générale il faut effectuer de nombreux essais pour avoir la caractéristique de vitesse de rotation souhaitée. La variation de la caractéristique de vitesse de rotation pose, en particulier, des problèmes aux grandes vitesses d'entrée. C'est ainsi que pour les véhicules roulant rapidement, par exemple pour les voitures de tourisme, il est souhaité que la vitesse de sortie de l'accouplement diminue rapidement au- dessus d'une vitesse limite d'entrée donnée, puisqu'aux vitesses de rotation élevées et à la grande vitesse de conduite qui en résulte généralement, le vent relatif refroidit suffisamment le moteur. La réduction de la vitesse de rotation de sortie dim4nue la puissance à fournir pour le fonctionnement du ventilateur à air de refroidissement, et la production de bruit. D'autre part, pour les véhicules lents, tels que les camions, il est souhaité que la vitesse de rotation de sortie aux grandes vitesses d'entrée ne diminue pas ou peu seulement, afin d'assurer un refroidissement suffisant du moteur. L'invention a pour but de proposer un moyen simple de construction, pour influencer de manière spécifique la caractéristique de vitesse de rotation de l'accouplement à friction de liquide, en particulier dans la gamme des grandes vitesses de rotation. L'accouplement à friction de liquide suivant l'invention correspond à un accouplement classique dans la mesure o il comporte au moins une fente de cisaillement, à peu près en méandres, *et formée par des nervures de surfaces de travail, opposées axialement, d'un élément d'entrée et d'un élément de sortie. Les nervures complémentaires, concentriques à l'axe de rotation et pénétrant alternativement les unes dans les autres, ont aussi des paires de flancs latéraux inclinés les uns vers les autres, dont les génératrices forment toutefois des angles différents par rapport à l'axe de rotation, compris entre 0 et . Par ce moyen, on exploite la dilatation thermique différente des deux surfaces de travail formant la fente de travail, pour fixer la caractéristique de la vitesse de rotation de sortie en fonction de la vitesse deé rotation d'entrée de l'accouplement à friction de liquide, dans la gamme des grandes vitesses de rotation d'entrée. La température des surfaces de travail dans la zone de la fente de travail est fonction de la vitesse de rotation d'entrée. Etant donné que les surfaces de travail délimitant la fente de travail, ont suivant l'invention des dilatations thermiques différntes la largeur des zones de fente de cisaillement, déterminées par les flancs latéraux différemment inclinés, variera des deux côtés des différentes nervures, différemment en fonction de la température. Il s'est avéré de façon surprenante,que le choix des angles des flancs des différentes nervures, et par conséquent des angles d'inclinaison des sections de fente de cisaillement délimitées par les flancs latéraux, se répercute en particulier dans la gamme des grandes vitesses d'entrée de la caractéristique de vitesse de rotation de l'accouplement. Plus précisément, il s'est avéré que la caractéristique de vitesse de rotation est influencée en premier lieu par les sections de fente de cisaillement dont l'angle d'inclinaison est plus plat par rapport à l'axe de rotation. Plus l'angle des flancs des sections de fente de cisaillement est raide, plus son influence sur la caractéristique de vitesse de rotation' est faible. Si par la configuration de l'élément d'entrée et de l'élément de sortie de l'accouplement à friction de liquide, on veille à ce que la surface de travail dont les flancs latéraux plus plats se situent radialement à l'intérieur des flancs latéraux plus plats de l'autre surface de travail, se dilate plus fortement que cette autre surface de travail, les sections de fente de travail plus plates se rétrécissent au fur et à mesure que croît la température. Ceci conduit à un relèvement de la caractéristique de vitesse de rotation dans la gamme des grandes vitesses d'entrée, ou à des vitesses de rotation de sortie variant peu ou pas du tout, dans la gamme des grandes vitesses d'entrée de l'accouplement à friction de liquide. Si les conditions de dilatation thermique sont inversées, de telle sorte que les sections de fente de cisaillement plus plates s'élargissent au fur et à mesure que croît la température, ceci conduit à une diminution rapide de la caractéristique de vitesse de rotation de sortie, dans la gamme des grandes vitesses d'entrée à vitesse de rotation d'entrée croissante. Le comportement différent, en ce qui concerne la dilatation thermique des deux surfaces de travail, peut s'obtenir, par exemple, par le choix de matériaux présentant des coefficients de dilatation thermique différents, mais aussi par des moyens appropriés de dissipation de chaleur ou de refroidissement, qui assurent des températures différentes pour les deux surfaces de travail, y compris lorsqu'elles ont les mêmes coefficients de dilatation thermique. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit en réfé- rence à une forme de réalisation reprAsentée, à titre d'exemple non limjtatif, dans le dessin annexé dans leriiel -2629160 la figure l est -une vue en coupe longitudinale axiale d'un élément d'un accouplement à friction de liquide classique pour le ventilateur à air de refroidissement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile; la figure 2 est une vue de détail d'une fente de travail de l'accouplement, vue en un point A de la figure 1; la figure 3 représente une variante d'une fente de cisaillement classique de l'accouplement à friction de liquide; la figure 4 représente une première variante d'une fente de cisaillement selon l'invention; la figure 5 représente une deuxième variante d'une fente de cisaillement selon l'invention et la figure 6 est un diagramme de la caractéristique de la vitesse-.de rotation de sortie en fonction de la vitesse de rotation d'entrée d'un accouplement à friction de liquide suivant l'invention. La figure 1 représente un accouplement à friction de liquide classique auquel s'applique l'invention. L'accouplement à friction de liquide comporte un arbre d'entrée 3 entraîné autour d'un axe de rotation 1 d'un moteur à combustion interne non représenté, d'un véhicule automobile, sur lequel une enveloppe 7 est montée rotative sur le même axe que l'arbre 3, par l'intermédiaire d'un roulement. L'enveloppe 7 est rendue étanche par rapport à l'arbre 3, par un organe d'étanchéité 9 et porte plusieurs pales de ventilateur 11 faisant saillie radialement. L'enveloppe 7 est fermée sur sa face frontale, par un couvercle 13 et subdivisée axialement, par une cloison 15 perpendiculaire à l'axe de rotation 1, en un volume de réserve 17 pour le fluide de cisaillement et un volume de travail 19. Dans le volume de travail 19 est placé un rotor 21 relié de manière fixe à l'arbre 3, et qui forme avec d'une part l'enveloppe 7 et d'autre part la cloison 15, des fentes de cisaillement respectivement 23 et 25 qui, lorsqu'elles sont remplies de fluide de cisaillement, accouplent le rotor 21 formant un élément d'entrée de l'accouplement à friction de liquide, à l'enveloppe 7 formant un élément de sortie. L'accouplement est commandé en fonction de la température, de manière usuelle, et présente, à cet effet, dans la cloison 15, dans la zone d'un rayoh central, une ouverture de soupape 27 qui est ouverte ou fermée en fonction de la température, par une plaque de soupape 29 ou un organe similaire. La plaque de soupape 29 est commandée en fonction de la température par un organe de commande non représenté, par exemple par un bilame, et commande à son tour l'arrivée du fluide de cisaillement depuis le volume de réserve 17, dans le volume de travail 19. Le retour du fluide de cisaillement du volume de travail 19 vers le volume de réserve 17, se fait par une autre ouverture 31 pratiquée dans la zone du pourtour extérieur de la cloison 15, sous l'effet d'un élément de pompe à action dynamique, par exemple d'un corps de retenue 33 relié à l'enveloppe 7. Lorsque l'ouverture de soupape 27 est ouverte, le liquide de cisaillement s'écoule du volume de réserve 17 vers le volume de travail 19, de sorte que les fentes de travail 23, 25 sont remplies de fluide de cisaillement, et que l'accouplement est engage. Lorsque l'ouverture de soupape 27 est fermée, le corps de retenue 33 pompe le fluide de cisaillement des fentes de travail 23, 25, vers le volume de réserve 17, ce qui a pour effet de désengager l'accouplement. La figure 2 montre des détails de la fente de cisaillement 23 qui est délimitée axialement par des surfaces de travail 35, 37, perpendiculaires à l'axe de rotation 1, de l'enveloppe 7 ou du rotor 21. Etant donné que les dimensions, décisives pour la caractéristique du couple de rotation, de la fente de cisaillement 23 exclusivement radiale, ne varient pas ou dans une mesure insignifiante seulement, dans le cas d'une dilatation thermique différente des éléments 7, 21 formant les surfaces de travail 35, 37, le comportement à la température de l'enveloppe 7 et du rotor 21 n'a aucune influence sur la caractéristique de vitesse de rotation de l'accouplement. Des considérations semblables s'appliquent à la fente de cisaillement 25. La figure 3 montre une variante d'une fente de cisaillement dont la caractéristique de vitesse de rotation est également indépendante d'un comportement éventuellement différent en ce qui concerne la dilatation thermique des surfaces délimitant la fente de cisaillement. Ici et ciaprès, les éléments ayant une même fonction sont affectés des références de la figure 1, suivies d'une lettre supplémentaire, pour faire la distinction. Pour décrire la constitution et le fonctionnement, il est fait référence à la description de la figure 1. La fente de cisaillement 23a est en zig-zag ou en méandres, et est délimitée par des nervures 39, 41 de l'enveloppe 7 ou du rotor 21a. Les nervures 39 de l'enveloppe 7a s'engagent entre les nervures 41 du rotor 21a et inversement. Les différentes nervures 39, 41 entourent l'axe de rotation la de manière concentrique, et ont chacune des flancs latéraux 43, ou 47, 49 se rétrécissant de leur base vers leur dos. Les nervures 39, 41 sont symétriques par rapport à la droite 51 ou 53 parallèle à l'axe de rotation la, c'est-à-dire que les génératrices des flancs latéraux 43, 45 forment, avec l'axe de rotation la, des angles a et [ de même mesure, et les angles a' et P' correspondants des flancs latéraux 47, 49 ont également une même mesure. Sur la figure 3, les angles des flancs. sont portés, pour simplifier, sur les droites 51 et 53 d'axe parallèle. La fente de cisaillement 23a délimitée par les flancs latéraux 43 à 49, est donc constituée, vue en coupe transversale, par des sections de fente de cisaillement 55 ou 57 se succédant alternativement, et qui sont inclinées d'un angle de même mesure par rapport à l'axe de rotation la. La caractéristique de vitesse de rotation de l'accouplement à friction de liquide pourvu de la fente selon la figure 3, est donc également indépendante de la température, puisqu'un rétrécissement de chaque section de fente de cisaillement 55 s'accompagne d'un élargissement à peu près de même importance de la section de fente de cisaillement 57 voisine. Les répercussions des variations de largeur de sections de fente de cisaillement 55, 57 voisines se compensent donc. La figure 4 représente la forme de la section transversale d'une fente de cisaillement 23b suivant l'invention. La fente de cisaillement 23b a, comme la fente de cisaillement 23a de la figure 3, une forme en zig-zag ou en méandres, et est délimitée par des nervures 59, 61 de l'enveloppe 7b ou du rotor 21b. Les nervures 59, 61 sont disposées de façon concentrique par rapport à l'axe de rotation lb, et s'alternent les unes les autres, radialement. Les nervures 59 de l'enveloppe 7b pénètrent entre des *nervures 61 radiales, voisines du rotor 21b et inversement. Les nervures 59 ont des flancs latéraux 63,,65 inclinés les uns vers les autres, à partir de leur base, dont les génératrices sont inclinées par rapport à l'axe de rotation -1b, d'angles a ou f de mesure différente. Il en va de même pour les flancs latéraux 67, 69 des nervures 61-dont les génératrices sont également inclinées par rapport à l'axe de rotation lb, d'angles de flancs a' et À' de mesure différente. Les angles des flancs a, a', " et ' sont représentés sur la figure 4, et pour simplifier, par des lignes 71, 73 parallèles à l'axe de rotation lb. Etant donné que les flancs latéraux 65 ou 69, faiblement inclinés par rapport à l'axe de rotation lb, sont plus courts que les flancs latéraux 63 ou 67 fortement inclinés par rapport à l'axe de rotation lb, la fente de cisaillement 23b est à peu près radiale dans sa direction générale. La construction de principe de l'accouplement à friction de liquide selon la figure 1, peut ainsi être conservée. Les deux éléments 7b et 21b délimitant la fente de cisaillement 23b, ont un comportement différent en ce qui concerne la dilatation thermique, l'un des deux éléments se dilatant plus fortement radialement par rapport à l'axe lb que l'autre élément. Si les éléments 7b et 21b ont une dilatation thermique différente, les nervures 49 et 61 voisines, opposées, se déplacent radialement l'une vers l'autre. Mais étant donné que les sections de fente de cisaillement 75, délimitées par les flancs latéraux 65, 69, sont plus faiblement inclinées par rapport à l'axe de rotation lb que les sections de fente de cisaillement 77, délimitées par les flancs latéraux 63, 67, la dilatation thermique des deux éléments 7b, 21b se répercute plus fortement sur les sections de fente de cisaillement 75 faiblement inclinées, que sur les sections de fente de cisaillement 77 fortement inclinées. Du fait de l'inclinaison des sections de fente de cisaillement 75, 77 les unes par rapport aux autres et par rapport à l'axe de rotation, on peut donc influencer la dépendance à l'égard de la température de l'accouplement à friction de liquide, et par conséquent la caractéristique de vitesse de rotation d'entrée par rapport à la vitesse de rotation de sortie. De la même façon, la dépendance à l'égard de la température de l'accouplement influence la caractéristique du couple de rotation, c'est-à- dire le couple de rotation transmissible en fonction de la vitesse de rotation d'entrée. Le comportement différent en ce qui concerne la dilatation thermique peut s'obtenir en ce que les deux éléments 7b, 21b sont réalisés dans des matériaux présentant un coefficient de dilatation thermique différent, de sorte qu'à la même température, ils se dilatent de façon très différente. Mais on peut aussi obtenir un comportement différent en ce qui concerne la dilatation thermique, avec pour les éléments 7b et 21b, des matériaux présentant un même coefficient de dilatation si, par des moyens de dissipation de chaleur bu de refroidissement, on fait en sorte que les deux éléments 7b, 21b aient une température différente. Ce dernier cas peut s'obtenir en particulier avec un accouplement à friction de liquide suivant la figure 1, dans lequel le rotor 21 est placé à l'intérieur de l'enveloppe 7, de sorte que la température du rotor se situera, en règle générale /au-dessus de la température de l'enveloppe. La figure 6 représente par une ligne 79 continue, la caractéristique de vitesse de rotation ill d'un accouplement à friction de liquide, comportant une fente de cisaillement suivant la figure 2 ou 3. La vitesse de rotation d'entrée du rotor est désignée ici par nin, la vitesse de rotation de sortie de l'enveloppe par nout. Si les rapports de dilatation thermique des éléments 7b, 21b sont choisis dans le cadre de l'invention, de telle sorte que les sections de fente 75 faiblement inclinées se rétrécissent au fur et à mesure que la température augmente, on a une caractéristique de vitesse de rotation de sortie en fonction de la vitesse de rotation d'entrée représentée sur la figure 6 par une ligne 81, plus progressive comparée à la courbe 79 de l'accouplement classique. La caractéristique 81 est plus plate dans la gamme des grandes vitesses de rotation d'entrée, de sorte que l'accouplement à friction de liquide reste engagé jusqu'aux grandes vitesses de rotation d'entrée, comme il a été dit plus haut que cela était souhaitable pour les véhicules lents. Si d'autre part, les rapports de dilatation thermique des éléments 7b et 21b sont choisis de telle sorte que les sections de fente de cisaillement plates s'élargissent au fur et à mesure que croît la température, on obtient la caractéristique de vitesse de rotation de sortie en fonction de la vitesse de rotation d'entrée représentée en 83 sur la figure 6, qui est dégressive par rapport à la caractéristique 79 d'accouplements classiques. La caractéristique de vitesse de rotation 83 conduit, dès les petites vitesses d'entrée,. à une limitation de la vitesse de rotation de sortie et, par conséquent, à une limitation du couple de rotation transmissible, comme cela est souhaité pour les moteurs refroidis au vent relatif de véhicules roulant rapidement, par exemple de voitures de tourisme. La figure 5 représente une autre variante d'une fente de cisaillement 23c qui diffère avant tout de la fente de cisaillement 23b de la figure 4, par l'angle des flancs de ses nervures. Les éléments ayant la même fonction portent les mêmes références qu'à la figure 4, et sont affectés de la lettre c pour faire la distinction. En outre, pour expliquer la constitution et le fonctionnement, il est fait référence à la description de la figure 5 ainsi qu'à celle de la figure 4. La fente de cisaillement 23c forme le cas limite d'une fente de cisaillement en zig-zag ou à méandres, dans laquelle les sections de fente de cisaillement 75c, plates par rapport à l'axe de rotation lc, ont une génératrice parallèle à l'axe de rotation lc, tandis que la génératrice des sections de fente de cisaillement 77c plus raides, est perpendiculaire à l'axe de rotation lc. L'influence des dilatations thermiques des éléments 7c et 21c sur les sections de fente de cisaillement c parallèles à l'axe de rotation lc, est maximale, tandis que l'influence exercée sur les sections de fente de cisaillement 77c perpendiculaires à l'axe de rotation lc, est minimale. Comme le montre la figure , les angles a et a' des flancs latéraux des nervures 59c et 61c sont égaux à 90 , tandis que les angles g et P' des flancs latéraux sont nuls et non représentés sur la figure 5, pour simplifier. Les sections de fente de cisaillement 77c perpendiculaires à l'axe de rotation lc ne varient pas dans leur largeur, dans le cas d'une variation relative de la dilatation thermique des deux éléments 7c et 21c. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, la différence entre les angles est de au minimum. L'angle ( se situe de préférence entre 0 et 60 , et l'angle a de préférence entre 15 et 75 . L'invention permet, en particulier, de dimensionner l'accouplement de manière à obtenir un "point de dimensionnement de la vitesse de rotation" exigé pour l'application considérée et de permettre, en outre, de faire varier la caractéristique de vitesse de rotation pour Ies vitesses d'entrée supérieures au point de dimensionnement exigé. Par point de dimensionnement de la vitesse de rotation, on entend une valeur prédéterminée de la vitesse de sortie que doit atteindre l'accouplement, dans l'application particulière envisagée, pour une vitesse de rotation d'entrée déterminée. Le point de dimensionnement de la vitesse de rotation se situe, généralement, dans le domaine du maximum de la caractéristique de vitesse de rotation, de sorte qu'en particulier pour une caractéristique de vitesse de rotation présentant une courbe plus dégressive que la courbe classique, la température maximale de l'accouplement peut être abaissée, ce qui conduit à une durée de vie plus longue. REVENDICATIONS 1. Accouplement à friction de liquide comportant un élément d'entrée (21b, c) entraîné en rotation autour d'un axe de rotation (lb, c), un élément de sortie (7b, c) monté rotatif sur le même axe que l'élément d'entrée (21b, c), au moins une fente de cisaillement (23b, c) formée par des surfaces de travail, axialement opposées, de l'élément d'entrée (21b, c) et de l'élément de sortie (7b, c) destinée à recevoir un fluide de cisaillement, la fente de cisaillement (23b, c) ayant une section transversale de fente à peu près en méandres, et étant limitée par des nervures (59, 61; 59c, 61c) des surfaces de travail opposées, concentriques à l'axe de rotation (lb, c), pénétrant alternativement les unes dans les autres, et les différentes nervures (59, 61; 59c, 61c) étant délimitées par des paires de flancs latéraux (63, 65, 67, 69) inclinés les uns vers les autres, caractérisé en ce que l'élément d'entrée (21b, c) et l'élément de sortie (7b, c) sont tels que les surfaces de travail délimitant la fente de cisaillement (23b, c) ont des dilatations thermiques radiales différentes pendant le fonctionnement, et que les génératrices des paires de flancs latéraux (63, 65, 67, 69) des différentes nervures (59, 61; 59c, 61c), forment des angles différents, compris entre 0 et 900 avec l'axe de rotation (lb, c). 2. Accouplement à friction de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que les angles des flancs de deux génératrices des différentes nervures (59, 61), forment un angle aigu inférieur à 90 , avec l'axe de rotation (lb). 3. Accouplement à friction de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des génératrices des paires de flancs latéraux des différentes nervures (59c, 61c), est parallèle à l'axe de rotation (lc), et l'autre génératrice est perpendiculaire à l'axe de rotation (lc). 4. Accouplement à friction de liquide selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la longueur des flancs latéraux (65, 69) des différentes nervures (59, 61) , faiblement inclinés par rapport à l'axe de rotation (lb), est inférieure à la longueur des flancs latéraux (63, 67) fortement inclinés par rapport à l'axe de rotation (lb). 5. Accouplement à friction de liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la dilatation thermique radiale se produisant pendant le fonctionnement, d'une première des deux surfaces de travail formant la fente de travail, est supérieure à la dilatation thermique radiale de la deuxième des deux surfaces de travail formant la fente de travail, et en ce que les flancs latéraux (65, 69), faiblement inclinés par rapport à l'axe de rotation (lb, c), des différentes nervures de la première surface de travail, sont placés radialement, à l'intérieur des flancs latéraux (63, 67) de la deuxième surface de travail, faiblement inclinée, associés pour former la fente de travail (23b, c). 6. Accouplement à friction de liquide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la dilatation thermique radiale se produisant pendant le fonctionnement, d'une première des deux surfaces de travail formant la fente de travail, est supérieure à la dilatation thermique radiale de la deuxième des deux surfaces de travail formant la fente de travail (23b, c), et en ce que les flancs latéraux inclinés faiblement par rapport à l'axe de rotation (lb, c), des différentes nervures de la première surface de travail, sont placés radialement à l'extérieur des flancs latéraux de la deuxième surface de travail, faiblement inclinés, associés pour former la fente de travail (23b, c).