Brevet FR2626321A1 — publié le 19890728

-1- Bielle motrice pour compresseur à piston axial. L'invention concerne une bielle motrice de compresseur à piston S axial, notamment pour une petite machine frigorifique hermétiquement encapsulée. Les bielles motrices de ce type sont connues par exemple par le DE-OS 27 24 332. Elles sont montées par leur tîte sur la manivelle qui tourne excentriquement et par leur oeil sur le tourillon du piston. Ces deux parties sont réunies l'une à l'autre par un élément central en forme de tige. Une telle bielle motrice doit ître stable car ses paliers sont soumis à de fortes charges. De ce fait, elle est relativement lourde. Ceci n'est pas souhaitable, notamment pour de petites machines frigorifiques hermétiquement encapsulées, et provoque notamment d'importantes vibrations. Récemment, on a réalisé des bielles motrices d'un seul tenant à partir d'un métal fritté, car ce matériau présente des propriétés qui conviennent bien à la formation de paliers et permet de résister à de fortes sollicitations en pression. La réalisation dtune bielle motrice en métal fritté constituée par deux paliers et une tige de liaison constitue cependant un procédé compliqué et relativement coGteux. En outre, le métal fritté est un matériau tràs dur. Même de petites imprécisions de montage peuvent avoir pour effet que la bielle ne se déplace pas parfaitement à angle droit par rapport à l'arbre de manivelle et au tourillon du piston. Ceci provoque des pressions sur les arêtes. L'invention a pour but de proposer une bielle motrice du type mentionné dans le préambule mais de poids plus léger. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que la bielle motrice est constituée par une pièce de tôle façonnée comprenant à ses deux extrémités des évidements cylindriques obtenus par emboutissage profond, dans lesquels sont introduites des douilles en un matériau convenant à des paliers. La pièce de tôle façonnée est sensiblement plus légIre que les bielles motrices connues. Elle peut être obtenue par exemple par un -2 - simple procédé d'estampage et d'emboutissage profond. Comme la t8le est moins adaptée à former des paliers, on prévoit des douilles en un matériau convenant à des paliers. Il suffit simplement de les mettre en place par la suite. Ceci permet d'obtenir non seulement un poids plus réduit, mais également de réduire sensiblement les frais de fabrication. Les vibrations du compresseur sont plus faibles. En outre, la résistance à l'air baisse. Par ailleurs, l'insertion des douilles dans les évidements cylindriques et éventuellement aussi la constitution du matériau de paroi mince de la pièce de t8le façonnée permettent d'admettre un léger mouvement entre les deux douilles, ce qui évite des compressions au niveau des arêtes. En particulier, les douilles peuvent tre réalisées en un métal fritté. Ceci signifie que seule une très petite partie de l'ensemble de la bielle motrice doit être réalisée en ce matériau. Les douilles sont faciles à fabriquer. De préférence, les douilles sont maintenues à ajustage serré dans les évidements cylindriques. Ceci permet d'obtenir une fixation fiable. Il est reeommandé que la section de t8le située entre les évidements cylindriques présente une moulure de renforcement s'étendant sensiblement en direction longitudinale. Ainsi, et malgré la faible épaisseur de la t6le, on obtient une bielle de stabilité élevée. Il est particulièrement avantageux que la section de t8le située entre les évidements cylindriques aille en s'élargissant en direction de la t9te de la bielle et que la moulure de renforcement se ramifie dans la région élargie. Ceci permet d'obtenir une résistance extrêmement bonne en direction de la force des pressions à transmettre. Avantageusement, la cavité de la moulure de renforcement traverse la paroi d'au moins un évidement cylindrique. Ceci constitue un élément de raidissement additionnel pour cet évidement cylindrique à l'emplacement qui est particulièrement sollicité par les forces de pression. Ceci est valable notamment pour la traversée de la paroi de l'évidement cylindrique constituant l'oeil de la bielle car- il est nécessaire de transmettre des forces de pression élevées en cet endroit sur une petite surface. -3- Sur le ceté opposé de l'évidement cylindrique est avantageusement prévue une autre moulure dont la cavité traverse la paroi. Ainsi, l'évidement est interrompu par la cavité en deux positions opposées. Ceci facilite un mouvement de basculement de la douille introduite dans l'évidement cylindrique. Dans le cas o l'arbre du moteur est vertical avec un compresseur situé au-dessus, il convient que la cavité.de la moulure soit tournée vers le haut et forme une cuvette de rassemblement d'huile. Avec de tels arbres, l'huile est projetée sur le côté frontal et recueillie dans la cavité. Elle peut itre ensuite dirigée vers les positions des paliers dans l'oeil ou dans la tête de la bielle. Il convient qu'au moins la douille de l'oeil de la bielle comprenne un alésage d'admission d'huile alimente par la cuvette de rassemblement d'huile. L'oeil de la bielle.qui n'est mouillé par l'huile que difficilement dans le cas contraire est ainsi tris bien lubrifié ainsi que refroidi. Il est alors approprié que l'alésage d'admission d'huile soit disposé sur le cSté de la douille qui est à l'opposé de la section centrale de la t8le de la bielle motrice. Le résultat est que l'alésage d'admission d'huile n'affaiblit pas la douille dans la position o sont appliquées les sollicitations les plus élevées. Il est également avantageux que -les évidements cylindriques ne recouvrent les douilles que sur une partie de leur longueur axiale. D'éventuelles forces de basculement qui apparaissent s'appliquent sur la douille à une distance beaucoup plus importante du plan de la tle ' que la force d'appui dans l'évidement cylindrique. Ceci permet d'admettre un mouvement de basculement limité qui aide à éviter une compression au niveau des arêtes. Selon un mode de réalisation préféré, la piece de tale façonnée est déformée le long d'une ligne droite qui est transversale à la ligne centrale de la bielle. Une flexion peut alors s'effectuer plus facilement le long de cette droite que dans la section de t8le déformée par les évidements cylindriques ou par la moulure. Cette capacité de flexion diminue également la pression au niveau des argtes. Avantageusement, la ligne droite passe entre l'évidement -4- cylindrique de la tâte de la bielle et la moulure de renforcement. Un autre mode de réalisation prévoit que les évidements cylindriques sont disposes dans des plans différents et que la section de t8le située entre eux présente un coude de type a gradina En disposant l'oeil et la tâte de la bielle dans des plans différents, on peut utiliser l'espace disponible d'une façon particulièrement bonne. L'invention va maintenant Etre expliquée plus en détail à l'aide de modes de réalisation préférés et en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de la partie supérieure d'une petite machine frigorifique encapsulée selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe de la bielle motrice de la figure 1, comprenant une douille différente dans l'oeil de la bielle, la figure 3 est une vue ean plan de la bielle motrice de la figure 1, la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 3, à plus grande échelle, la figure 5 est une vue latérale de la bielle motrice de la figure 1, tournée sur 180 , la figure 6 est une vue par le dessous d'un mode de réalisation modifié, et la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation de la bielle motrice. A la figure 1 est montré un compresseur à moteur 1 qui est enfermé de façon étanche et hermétique dans une capsule 2. Dans un logement 3 est constitué un cylindre 4 dans lequel un piston 5 peut se déplacer en va-etvient. Le cylindre est recouvert par une tîte de cylindre 7 avec interposition d'une plaque à soupapes 6, cette tâte aspirant l'agent de refroidissement gazeux de l'espace interne 8.de la capsule 2 et le refoulant vers l'extérieur par une conduite de pression 9. L'entraînement du piston 5 est obtenu par un arbre de moteur 10 qui présente un tourillon de manivelle I1l et qui est entraîné par un moteur électrique 12 dont est montré l'enroulement de stator 13. Une bielle motrice 14 est montée par sa.tgte 15 sur le tourillon 2626321- 11 de la bielle et par son oeil 16 sur un tourillon 31 du piston, ce qui fait que le mouvement circulaire excentrique dutourillon.11 du piston est transformé en un mouvement de va-et-vient du piston 5. La bielle motrice 14 est constituée par une pièce de tôle façonnée 17 comprenant à ses deux extrémités des évidements cylindriques 18, 19 obtenus par emboutissage profond, dans lesquelles sont introduites des douilles respectives 20 ou 21 an métal à paliers, notamment un métal fritté, qui sont maintenues à ajustage serré. Ces douilles sont montées de façon coulissante sur le tourillon 11 de la manivelle ou sur le tourilion 31 du piston, et leur longueur axiale est supérieure à celle des évidements cylindriques. Pour renforcer la partie centrale de la section de t8ale 22 entre les évidements cylindriques est prévue une moulure longitudinale 23 s'étendant sensiblement en direction.longitudinale, formant sur le c8té supérieur une cavité 24. Une moulure 25 traverse également le c té opposé de l'évidement cylindrique 19 et traverse la paroi de l'évidement cylindrique par une cavité 26. Cette conformation a pour effet que la douille 21 n'est entourée que sur une partie de sa longueur par l'évidement cylindrique 19 et qu'en outre le recouvrement axial dans la région des cavités 24 et 26 est à nouveau diminué. Ceci permet un basculament de la douille 21 autour de l'axe longitudinal de la bielle motrice 14 quand elle est soumise aux forces apparaissant pendant le fonctionnement, selon une mesure qui suffit à éviter des pressions au niveau des argtes. En outre, l'évidement cylindrique 19 est supporté de façon tridimensionnelle au niveau de la transition avec la section centrale 22 de La tôle, ce qui est particulièrement avantageux en cet endroit car c'est là qu'apparaît la sollicitation la plus élevée appliquée à l'évidement cylindrique 19. La cavité 24.de la moulure 23 est orientée vers le haut pendant le fonctionnement, comme montré à la figure 1. Il en résulte que l'huile qui est projetée vers le haut par un canal d'alimentation.27 et une ouverture de sortie centrifuge en oblique 28 est recueillie en partie dans la cuvette de collecte d'huile constituée par la cavité. On peut voir à la figure 2 que la douille 121 présente dans l'oeil 16 de la -6- bielle un alésage d'amenée d'huile 29 sur le c6té qui est le moins sollicité. L'huile qui s'est rassemblée et qui parvient également le long de la périphérie de la douille 121 dans la région de la cavité 26 peut gtre utilisée directement par cet alésage pour effectuer une lubrification entre le tourillon 31 du piston et la douille 121. Entre la nervure 23 et l'évidement cylindrique 18 est prévue une ligne de flexion indiquée par une droite 30 orientée perpendiculairement à la ligne longitudinale médiane de la bielle motrice 14. Aucun profilage de la pièce de tôle façonnée n'est prévu le long de cette droite 30. Alors qu'il existe par contre sur la totalité du reste de la longueur soit une section an forme de U de la nervure 23 soit un profilage déterminé par les évidements cylindriques, 1e plan d'origine de la t6le reste inchangé en cet endroit. La pièce de t8le façonnée présente donc au niveau de cette ligne la résistance.a la flexion la plus faible. Ceci signifie que de légères imprécisions d'alignement entre l'axe de l'arbre du moteur et l'axe du cylindre peuvent être parfaitement rattrapées par une légère déformation élastique de la bielle motrice. Ceci aide également -à éviter une compression au niveau des arêtes. Comme la droite 30 se trouve dans la région la plus large de la tôle, il n'y a aucun danger que la bielle se brise quand il y a une légère déformation en flexion. Dans le mode de réalisation de la figure 6 dans lequel on utilise pour désigner les parties correspondantes les mimes références numériques augmentées de 100, est montrée une pièce de tôle façonnée 117 sans douilles, vue par le dessous. La section de t6le centrale 122 s'élargit de façon plus prononcée entre l'oeil et la tête de la bielle. On prévoit une moulure 123 qui se ramifie en deux branches en 123a et 123b dans la région la plus large. Ceci permet d'obtenir une rigidité plus élevée. Dans ce cas également, on prévoit une ligne droite 130 au niveau de laquelle la t8le n'est pas déformée et qui peut donc itre plus facilement pliée. A la figure 7 est représentée une bielle motrice 214 de type modifié, pour laquelle on utilise des références numériques augmentées de 200 et o l'évidement cylindrique 219 de l'oeil de la bielle est constitué dans un plan différent de celui de l'évidement cylindrique - 7- 218 de la tête de la bielle. La section de t8le centrale 202 présente un coude en forme de gradin 230 qui détermine la différence de hauteur. On peut aussi prévoir une moulure 223. Lors de l'assemblage, on procède de manière à mettre d'abord an place par pression les douilles 21 dans les évidements cylindriques 19. On monte ensuite le piston 5 à l'intérieur, suite à quoi on introduit le tourillon 31 de ce piston. Il est alors recommandé que le premier alésage du piston dans le sens de la mise en place par pression soit à ajustement glissant de manière a pouvoir enfoncer le tourillon dans cet alésage d'entrée Pet dans la douille 21 sans lui appliquer une force importante. L'alésage à piston opposé est prévu par contre à ajustement serré de manière à maintenir fermement le tourillon 31. On introduit ensuite le piston ainsi préparé dans le cylindre 4 et l'espace de jeux. entre le tourillon de manivelle 1l et l'évidement cylindrique 18 permet alors d'amener la bielle motrice 14 dans sa position correcte en faisant tourner le piston 5 autour de son axe. On introduit ensuite la douille 20 en la pressant dans l'évidement cylindrique 18. Il est possible de s'écarter de nombreuses manières des modes de réalisation représentés, sans quitter le concept de base de l'invention. Par exemple,.la bielle peut être également utilisée dans un plan vertical ou oblique. En ce qui concerne le matériau utilisé pour la pièce de t8le façonnée, on peut avoir recours à'de l'acier à emboutissage profond normal de grade 2. On peut facilement tenir compte de sollicitations en pression diverses par le choix de l'épaisseur de la t8le et du profilage. L'amenée d'huile représentée pour la douille 19 peut etre également prévue pour la douille 18. -8- REVENDICATIONS 1. Bielle motrice de compresseur à piston axial, notamment pour une petite machine frigorifique hermétiquement encapsulée, caractérisée en ce que ladite bielle (14; 114; 214) est constituée par une pièce de tale façonnée (17; 117; 217) comprenant à ses deux extrémités des évidements cylindriques (18, 19; 118, 119; 218, 219) dans lesquels peuvent tre introduites des douilles (20; 21; 121) constituées en un matériau apte à former des paliers. 2. Bielle motrice selon la revendication 1, caractérisée an ce que les douilles (20, 21; 121) sont constituées an un métal fritté. 3. Bielle motrice selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les douilles (20, 21; 121) sont maintenues à ajustage serré dans les évidements cylindriques (18, 19). 4. Bielle motrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la section de t8le (22; 122; 222) située entre les évidements cylindriques (18, 19; 118, 119; 218, 219) comporte une moulure de renforcement (23; 123; 223) s'étendant an direction sensiblement longitudinale. 5. Bielle motrice selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section de t8le (122) comprise entre les découpes cylindriques (118, 119) va en s'élargissant an direction de la t9te de la bielle et en ce que la moulure de renforcement (123) se ramifia en deux branches dans la région élargie. 6. Bielle motrice selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que la cavité (24) de la moulure de renforcement (23) traverse la paroi d'au moins un évidement cylindrique (19).. 7. Bielle motrice selon la revendication 6,. caractérisée en ce que la cavité (24) traverse la paroi de l'évidement cylindrique (19) de l'oeil de la bielle. 8. Bielle motrice selon.la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'il est prévu -sur le c6té opposé de l'évidement cylindrique (19) une autre moulure (25) dont la cavité (26) traverse la paroi. 9. Bielle motrice selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée an ce que lorsqu'il s'agit d'un arbre de moteur vertical (10) au-dessus duquel est monté un compresseur, la cavité (24) de la -9moulure (23) est tournée vers le haut et forme une cuvette de rassemblement d'huile. 10. Bielle motrice selon la revendication 9, caractérisée en ce que la douille (121) au moins de l'oeil de la bielle comprend un alésage d'admission d'huile (29) qui est alimenté par la cuvette de rassemblement d'huile. 11. Bielle motrice selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'alésage d'admission d'huile (29) est disposé sur le csté de la douille (121) qui est à l'opposé de la section centrale (22) de la t6le de la bielle motrice (14). 12. Bielle motrice selon l'une quelconque des revendications I à 11, caractérisée en ce que les évidements cylindriques (18, 19) ne recouvrent les douilles (20, 21) que sur une partie de leur longueur axiale. 13. Bielle motrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la pièce de tôle façonnée (17; 117) est déformée le long d'une ligne droite (30; 130) disposée transversalement à la ligne médiane de la bielle motrice (14). 14. Bielle motrice selon La revendication 13, caractérisée en ce que la ligne droite (30) passe entre l'évidement cylindrique (18; 118) de la tête de la bielle et la nervure de renforcement (23; 123). - 15. Bielle motrice selon l'une quelconque e^s revendications 1 à 14, caractérisée en ce que les évidements cylindriques (218, 219) sont disposés dans des plans différents et en ce que la section de tlte (222) située entre eux présente un coude en forme de gradin (230).