Brevet FR2634265A1 — publié le 19900119

Transmission pour l'entraînement d'une machine à une vitesse de rotation variable La présente invention concerne une transmission pour l'entrai- nement d'une machine (machine entraînée) à une vitesse de rotation variable, dans lequel: a) un premier élément d'engrenage d'un différentiel est soli- daire d'un arbre d'entrée, b) un deuxième élément d'engrenage de ce différentiel est accouplé à demeure à un arbre de sortie, c) un troisième élément d'engrenage de ce différentiel est accouplé, au moyen d'un arbre de superposition, à la roue de turbine d'un premier convertisseur hydrodynamique de couple pouvant être rempli et vidé, ainsi qu'à un élément d'un dispositif de freinage, d) un train d'engrenages à rapport constant est disposé entre le premier convertisseur de couple et le différentiel et e) les arbres de ce différentiel et de ce premier convertis- seur de couple sont disposés de manière coaxiale l'un par rapport à l'autre. Une telle transmission est connue d'après le document DE-A- 3.441.877. Elle sert à l'entraînement d'une machine (machine entraînée) à une vitesse de rotation variable dans le cas d'une vitesse de rotation essentiellement constante de la machine motrice. Un arbre d'entraînement est relié, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un accouplement hydraulique à remplissage variable, d'une part à la machine motrice et d'autre part à un différentiel. L'arbre de sortie du train d'engrenages qui est relié à la machine entrannée est aussi accouplé au différentiel. Pour obtenir une vitesse de rotation de sortie qui soit variable, il est prévu un convertisseur hydrocinématique de couple qui est réglable et dont la roue de pompe est solidaire de l'arbre d'entraînement, tandis que sa roue de turbine est aussi solidaire du différentiel par l'intermédiaire d'un arbre pouvant être freiné. Pour réaliser le freinage, il est prévu un frein hydrodynamique à degré de remplissage variable dont le rotor est -2 - relié à l'arbre de la roue de turbine, de sorte qu'on peut régler des vitesses de rotation différentes sur cet arbre de roue de turbine (arbre de superposition) et donc sur la sortie du train d'engrenages. Ce frein hydrodynamique remplit en même temps la fonction d'une roue libre et il n'est pas possible sans usure, même en service ininterrompu, que l'arbre de superposition tourne à très faible vitesse, fût-ce en marche arrière. Toutefois, dans chaque situation de fonctionnement, un appui du couple sur le carter fixe est lié au fonctionnement du frein hydrodyna- mique, ce qui correspond à une conversion totale en chaleur de l'énergie de rotation à chaque fois correspondante présente sur l'arbre de la roue de turbine. Il est vrai qu'alors la partie de la puissance qui est dirigée dans le différentiel en passant par le convertisseur de couple, et donc aussi la partie maximale de la puissance qui est convertie dans le frein, est relativement faible, étant donné que la plus grande partie est trans- misé par le trajet direct. Toutefois, sur une longue période, il est anti- économique de convertir en permanence en chaleur une partie donnée de la puissance, sans parler de la nécessité qui existe aussi d'évacuer en permanence cette chaleur. C'est plus particulièrement dans le cas d'une vitesse de rotation élevée du rotor du frein qu'il faut s'attendre à un dégagement élevé de chaleur. C'est pourquoi l'invention a pour but de perfectionner la transmission connue de façon que son rendement soit plus élevé et que son domaine de réglage de la vitesse de rotation soit accru. Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait que, en tant que dispositif de freinage destiné à l'arbre de roue de turbine du premier convertisseur de couple qui est lié au différentiel, il est prévu un autre convertisseur hydrodynamique de couple au lieu d'un frein hydrodynamique. Suivant l'invention, le dispositif de freinage est réalisé sous la forme d'un second convertisseur hydrodynamique de couple. Bien que la puissance absorbée exigée par la roue de pompe de cet autre convertisseur de couple corresponde alors à la puissance envoyée jusqu'ici au rotor du frein, c'est par contre avec un autre rapport de vitesses de rotation et de couples qu'elle est renvoyée à la transmission. On obtient ainsi tout d'abord le freinage voulu sur le différentiel et sur - 3 - l'arbre de roue de turbine du premier convertisseur de couple; il se produit par ailleurs en même temps un retour de la puissance dans le trajet de force. Il n'existe pas de perte totale d'énergie conmme dans le cas de l'utilisation d'un frein hydrodynamique. Le domaine de réglage de la vitesse de rotation est en même temps élargi, étant donné que non seulement un convertisseur de couple développe un couple élevé dans le cas d'une vitesse de rotation faible, mais qu'on peut aussi travailler en marche arrière avec un couple très élevé de freinage. Le second convertisseur de couple est avantageusement réalisé sous la forme d'un convertisseur à mouvements contraires, correspondant à des sens opposés de rotation de la pompe et de la turbine, et il est disposé de manière coaxiale par rapport au premier convertisseur de couple. On peut dans ce cas prévoir encore la réalisation sous la forme d'un convertisseur réglable, à régulation des aubes directrices et/ou à dispositif permettant de faire varier le remplissage. D'une manière avantageuse, la roue de pompe du second convertisseur de couple est solidaire de la roue de turbine du premier convertisseur et la roue de turbine de ce second convertisseur est solidaire de la roue de pompe du premier. Ainsi, par l'intermédiaire de la roue de turbine du second convertisseur de couple, on réalise un retour particulièrement économique, vers l'arbre d'entraînement, de l'énergie reçue par le différentiel en freinant à partir de la roue de pompe. De préférence, un tel convertisseur à mouvements contraires peut comprendre une roue de turbine à écoulement à traversée axiale. L'agencement peut en outre être prévu de façon que le premier convertisseur de couple soit un convertisseur à mouvements contraires et le second, un convertisseur à mouvements dans le même sens. On peut ainsi utiliser, pour le freinage du différentiel, une structure de convertisseur dont l'aubage est encore mieux approprié à ce type de fonctionnement. D'autres particularités avantageuses concernent l'agencement du second convertisseur de couple dans le carter de la transmission, ainsi que le couplage cinématique avantageux sur le train d'engrenages à rapport constant et sur le différentiel. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront de la description de deux exemples de réalisation qui va suivre à - 4 - titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente une coupe longitudinale schématique d'une transmission conforme à l'invention et la figure 2 représente une coupe longitudinale analogue à celle de la figure 1, mais avec une variante de réalisation du convertis- seur. La figure 1 représente en coupe longitudinale schématique une transmission enfermée dans un carter 1 et comportant un arbre d'entraine- ment 2 qui est relié à une machine motrice non représentée ou à un accou- plement hydraulique monté en amont. La roue de pompe 11 d'un premier convertisseur de couple 10 est fixée sur cet arbre d'entraînement 2, d'une manière coaxiale à celui-ci. L'arbre d'entraînement 2 se prolonge jusqu'à un différentiel 30 réalisé sous la forme d'un train d'engrenages épicy- cloidal ou planétaire dont il entraîne le porte-satellites 33. Le plané- taire 31 est solidaire d'un arbre de sortie 3 menant à une machine entraî- née non représentée. La couronne 34 entoure les satellites 32 du différen- tiel 30. Le premier convertisseur de couple 10 possède de préférence un carter fixe 14 qui est solidaire du carter 1. Il est prévu, disposé entre ce premier convertisseur de couple et le différentiel 30, un autre train d'engrenages 40 à rapport cons- tant qui est réalisé sous la forme d'un train d'engrenages épicycloidal ou planétaire comportant un porte-satellites 43 fixe (train fixe). La couron- ne 44 de ce train d'engrenages 40 est solidaire en rotation de la couronne 34 du différentiel 30 par l'intermédiaire d'un manchon rotatif 35. Le planétaire 41 de ce train d'engrenages est solidaire de la roue de turbine 12 du premier convertisseur de couple 10 par l'intermédiaire d'un arbre de superposition 45 réalisé sous la forme d'un arbre creux. Il est prévu, disposé à l'intérieur du manchon rotatif 35 et entre les deux couronnes 34 et 44, un autre convertisseur de couple 20 coaxial à l'arbre d'entraînement 2. Le carter 24 de ce convertisseur est fixé sur le porte-satellites fixe 43 du train d'engrenages 40 et donc sur le carter 1. La roue de pompe 21 de ce second convertisseur de couple 20 est accouplée, par l'intermédiaire de l'arbre de superposition 45, au planétaire 41 du train d'engrenages 40 et donc à la roue de turbine 12 du premier convertisseur de couple 10. La roue de turbine 22 de ce second convertisseur de couple 20 est solidaire de l'arbre d'entraînement 2, et donc de la roue de pompe 11 du premier convertisseur de couple 10 et du porte-satellites rotatif 33 du différentiel 30. Les deux convertisseurs de couple 10 et 20 sont de préférence équipés d'un dispositif permettant de faire varier leur remplissage en fluide hydraulique, ainsi que d'aubes directrices réglables 13 et 23. Comme dans la transmission connue, au cours d'un fonctionne- ment normal permanent, l'opération de transmission s'effectue avec le premier convertisseur de couple 10 vidé. Le second convertisseur de couple est alors en activité, sous l'effet d'un remplissage commande ou d'un réglage choisi des aubes directrices, d'une façon telle que la couronne 34 du différentiel adopte la vitesse de rotation correspondant à la vitesse de sortie voulue. La roue de pompe 21 du second convertisseur de couple reçoit alors de la couronne 34 du différentiel 30 une puissance qui lui est envoyée par l'intermédiaire du train d'engrenages 40. En fonction de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraîne- ment 2, il se crée, dans le second convertisseur de couple 20 et entre sa roue de turbine 22 et sa roue de pompe 21, un rapport donné de vitesses de rotation qui est déterminant pour le couple de freinage ou d'entraînement fourni, ainsi que pour un éventuel retour de puissance vers l'arbre d'entraînement 2. Entre la couronne 34 du différentiel 30 et la roue de turbine 22 du second convertisseur de couple, il ne circule, en dériva- tion, qu'une faible partie de la puissance, de sorte que les pertes naturelles dans ce convertisseur de couple sont nettement plus faibles que celles du frein hydraulique prévu dans la transmission connue. Si on doit modifier la vitesse de rotation de l'arbre de sor- tie 3, notamment l'augmenter, on procède, ainsi que cela est connu, à un remplissage du premier convertisseur de couple 10, en vidant au moins partiellement le second convertisseur de couple 20, si bien que la totali- té de la puissance est envoyée au différentiel 30, pour une très faible partie par l'intermédiaire du convertisseur de couple 10 et du train d'engrenages 40 et pour la plus grande partie directement par l'intermé- diaire de l'arbre d'entraînement 2. Le fonctionnement de la transmission avec un accouplement hydraulique monté en amont et un accouplement éventuel de shuntage se - 6 - déroule aussi comme dans le cas de la réalisation connue. Dans le cas du second convertisseur de couple 20 représenté à la figure 1, l'écoulement est à traversée centripète tant dans la roue directrice 23 (à aubes directrices réglables) que dans la roue de turbine 22 qui la suit. A la figure 2, il est représenté un autre type de conver- tisseur comportant une roue de turbine 25 à écoulement à traversée axiale. Les autres éléments constitutifs de la transmission représentée soht identiques à ceux de la figure 1 et portent les mêmes chiffres de référen- ce. L'avantage d'une turbine axiale 25 réside dans le fait que cette structure convient particulièrement bien pour un convertisseur à mouve- ments contraires, donc pour une rotation en sens opposés de la pompe 21 par rapport à la turbine 25. Lorsqu'il s'agit plus particulièrement, comme dans le présent cas d'application, de l'effet de freinage du second convertisseur de couple 20 sur la couronne 34 du différentiel 30, on choisit alors de préférence un convertisseur à mouvements contraires qui, dans le cas de la rotation en même sens des roues de pompe et de de freinaQe/ turbine, produit le couple/transmis élevé voulu. En effet, grâce à la réalisation du train d'engrenages 40 sous la forme d'un train fixe, le planétaire 41 tourne toujours dans le sens opposé à la couronne 44, tandis que l'arbre de superposition 45 comportant la roue de turbine 12 du premier convertisseur de couple 10 tourne dans le même sens que l'arbre d'entra nement 2 et la roue de pompe 11. Grâce à cet agencement d'un convertisseur à mouvements dans le même sens 10 comportant un train fixe 40 d'inversion du sens de rotation, on obtient une superposition de vitesses de rotation qui est nécessaire pour augmenter la vitesse de rotation sur l'arbre de sortie 3. Par conséquent, la combinaison d'un convertisseur à mouvements dans le même sens avec un convertisseur à mouvements contraires servant de dispositif de freinage s'avère avantageu- se, étant donné que ce dernier est d'un encombrement particulièrement réduit et se loge à l'intérieur du manchon rotatif 35. D'une manière analogue, il serait aussi en principe pensable de réaliser le premier convertisseur de couple en convertisseur à mouve- ments contraires et le second en convertisseur à mouvements dans le même sens en prévoyant un agencement adapté pour le train d'engrenages 40. Il serait par ailleurs pensable de réaliser les deux convertisseurs de couple - 7 - en convertisseurs à mouvements dans le même sens ou tous les deux en convertisseurs à mouvements contraires, ce qui nécessiterait par contre alors une adaptation convenable du train d'engrenages 40. Il serait de plus possible de disposer les deux convertisseurs de couple l'un à côté de l'autre en amont du train d'engrenages 40. L'un de ces convertisseurs de couple devrait toutefois être alors un convertis- seur dit à entraînement traversant, à travers lequel passe le mouvement de rotation de la turbine de l'autre convertisseur de couple. Ce montage est cependant lié à des moyens structurels plus complexes et produit des pertes hydrauliques plus élevées. Grâce au montage, conforme à l'invention, d'un convertisseur de couple dans la transmission connue, le domaine de réglage de la vitesse de rotation de celle-ci se trouve élargi jusqu'à environ 30 à 100% de la vitesse de rotation de sortie. Cela s'obtient grace à une exploitation judicieuse de la caractéristique d'un convertisseur de couple qui est en principe d'un autre type que celle d'un frein hydrodynamique, ce qui conduit notamment à une augmentation du rendement. - 8- REVENDICATIONS 1. Transmission pour l'entratnement d'une machine à une vites- se de rotation variable, dans lequel: a) un premier élément d'engrenage (32) d'un différentiel (30) est solidaire d'un arbre d'entrée (2), b) un deuxième élément d'engrenage (31) de ce différentiel (30) est accouplé à demeure à un arbre de sortie (3), c) un troisième élément d'engrenage (34) de ce différentiel (30) est accouplé, au moyen d'un arbre de superposition (45), à la roue de turbine (12) d'un premier convertisseur hydrodynamique de couple (10) pouvant être rempli et vidé, ainsi qu'à un élément d'un dispositif de freinage, d) un train d'engrenages à rapport constant (40) est disposé entre le premier convertisseur de couple (10) et le différentiel (30) et e) les arbres (2, 3) de ce différentiel (30) et de ce premier convertisseur de couple (10) sont disposés de manière coaxiale l'un par rapport à l'autre, - caractérisée en ce que le dispositif de freinage est réalisé sous la forme d'un second convertisseur hydrodynamique de couple (20). 2. Transmission suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le second convertisseur de couple (20) est coaxial au premier conver- tisseur de couple (10). 3. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'un des convertisseurs de couple (10, 20) est réalisé sous la forme d'un convertisseur à mouvements dans le même sens et l'autre, sous la forme d'un convertisseur à mouvements contraires. 4. Transmission suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le second convertisseur de couple (20) est réalisé sous la forme d'un convertisseur à mouvements contraires comportant un aubage prévu pour une rotation en sens inverse de la roue de pompe (21) par rapport à la roue de turbine (22; 25). 5. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le second convertisseur de couple (20) est - 9 - réalisé sous la forme d'un convertisseur réglable à régulation des aubes directrices (23). 6. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le second convertisseur de couple (20) est un convertisseur pouvant être rempli et vidé. 7. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la roue de pompe (21) du second convertisseur de couple (20) est solidaire en rotation de la roue de turbine (12) du premier convertisseur (10) et la roue de turbine (22; 25) de ce second convertisseur (20) est solidaire en rotation de la roue de pompe (11) du premier (10). 8. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la roue de turbine (22; 25) du second conver- tisseur de couple (20) est solidaire de l'arbre d'entrée (2). 9. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le second convertisseur de couple (20) compor- te une roue de turbine (25) à écoulement à traversée axiale. 10. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le train d'engrenages à rapport constant est réalisé sous la forme d'un train épicycloldal (train fixe 40) comportant un porte-satellites (43) fixe et en ce qu'il est disposé entre les deux convertisseurs de couple (10, 20). 11. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la couronne (44) du train d'engrenages fixe (40) est solidaire du différentiel (30), de préférence du troisième engrenage (34) de celui-ci. 12. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la roue de pompe (21) du convertisseur à mouvements contraires (20) et la roue de turbine (12) du convertisseur à mouvements dans le même sens (10) sont montées sur l'arbre (45), réalisé sous la forme d'un arbre creux, qui est prévu pour le planétaire (41) du train d'engrenages fixe (40). 13. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la roue de pompe (11) du convertisseur à mouvements dans le même sens (10) et la roue de turbine (22; 25) du - 10 - convertisseur à mouvements contraires (20) sont montées sur l'arbre d'entrée (2). 14. Transmission suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le carter (24) du second convertisseur de couple (20) est solidaire du porte-satellites (43) du train d'engrenages fixe (40).