Brevet FR2685040A1 — publié le 19930618

L'invention concerne un arbre de transmission tel que celui qui est connu par la revue ATZ (Automobiltechnische Zeitschift) 80, N O 11, 1978, page 513, de S L Girgus: "DOS Ein neues Gleichlaufgelenk fur Kraftfahrzeug-Antriebe" ("DOS un nouveau joint homocinétique pour transmissions de véhicules automobiles"), en particulier Figure 2. L'arbre de transmission en question est associé à un essieu de véhicule et, dans sa position de montage, deux arbres de transmission articulés creux s'étendent d'un différentiel interposé entre eux jusqu'aux roues du véhicule, situées à l'extérieur Chaque arbre de transmission présente deux joints, un joint étant disposé à proximité de la roue du véhicule et l'autre à peu près au milieu, dans la région du différentiel Chaque joint est subdivisé en une bague prévue sur sa circonférence extérieure et un moyeu disposé en position centrale dans le joint, avec des billes de transmission et une cage de guidage interposées radialement entre la bague et le moyeu Le refroidissement des deux moyeux des joints de chaque arbre de transmission est assuré en particulier par une barre qui est dans la plupart des cas librement exposée au vent de la marche et qui relie également les deux moyeux des joints d'un même arbre de transmission Le refroidissement des joints des arbres est insuffisant dans le cas de grandes charges. Il en résulte que la température du lubrifiant peut croître dans une mesure inadmissiblement élevée et que la lubrification peut être insuffisante De même, les températures admissibles des organes d'étanchéité comme, par exemple, les soufflets, peuvent être dépassées, de sorte qu'ici, il est nécessaire d'utiliser des matériaux et/ou constructions plus coûteux Jusqu'à présent, on combat cette surchauffe en augmentant le volume des composants pour assurer l'absorption et l'évacuation de la chaleur Toutefois, ceci accroît le poids et l'encombrement du joint, ce qui est indésirable dans de nombreux cas. Du reste, dans de nombreux cas de construction, un accroissement des dimensions des composants ne peut pas supprimer la difficulté parce que la zone de montage entraîne un échauffement additionnel du joint, par exemple en raison de la proximité de l'échappement. Il est connu, par le DE-A-30 25 731, pour assurer le refroidissement des disques de freins et des joints extérieurs des arbres, de munir le moyeu de roue de perçages orientés radialement et inclinés vers l'intérieur, en direction de l'axe En fonctionnement, les perçages se comportent comme un ventilateur radial, et le disque de frein ainsi que le roulement de roue qui y fait suite et le joint d'arbre reçoivent un flux d'air Il serait désavantageux d'adopter une solution analogue pour le joint intérieur qui subit dans la plupart des cas une plus forte sollicitation thermique, aussi bien pour des raisons de poids que pour des raisons de dimensions des composants Du reste, ce mode de refroidissement du joint extérieur de l'arbre est lui aussi insatisfaisant parce que le bruit de marche est augmenté, en raison des turbulences de l'air arrivant, qui se produisent pendant la marche Par ailleurs, la consommation d'énergie de propulsion est augmentée par l'accroissement de la résistance à la marche. Le but de l'invention est de perfectionner l'arbre de transmission déjà connu de manière que la lubrification du joint d'arbre reste assurée, même sous forte charge en utilisant des composants de petite dimension pour l'arbre de transmission. Selon l'invention, ce problème est résolu avec un arbre de transmission possédant au moins un joint d'arbre et une barre associée au joint et exposée au vent de la marche, caractérisé en ce que, dans la barre de l'arbre de transmission, est disposé, au moins dans la région du joint, un tube d'échange thermique qui S'étend dans la barre de l'arbre, à l'intérieur et à l'extérieur de la région du joint, une zone de vaporisation du tube d'échange thermique étant disposée dans la région du joint et une zone de condensation du tube d'échange thermique étant disposée dans la région de la barre de l'arbre qui subit l'action du vent de la marche Grâce à l'incorporation du tube d'échange thermique dans la barre de l'arbre de transmission, on obtient, pour une dimension prédéterminée des composants et une charge prédéterminée, un abaissement du niveau de température du joint, comparativement aux joints traditionnels Grâce au refroidissement du joint qui en résulte, on obtient, même dans des conditions de travail plus sévères, une lubrification fiable, une plus grande espérance de durabilité des joints et une plus faible contrainte thermique du soufflet Par ailleurs, pour une charge prédéterminée, on peut admettre des joints plus petits et plus légers, comparativement à une forme d'exécution non refroidie Dans le cas d'arbres à joints de cardan ou d'arbres de transmission pour essieux de véhicule, la masse du véhicule en est réduite et, de cette façon, la consommation d'énergie pour la propulsion est réduite indirectement et il en résulte une plus faible charge pour l'environnement et pour les réserves d'énergie Grâce à la réduction du poids, du moins du poids du joint d'arbre côté roue, on peut par ailleurs améliorer le confort de marche au niveau des essieux du véhicule puisque les masses non suspendues du véhicule sont réduites. Selon des modes de mise en oeuvre préférés de la présente invention: chaque joint de l'arbre est divisé en une bague située à sa périphérie extérieure et un moyeu disposé en position centrale dans le joint, la barre de l'arbre étant rigidement solidaire du moyeu; le tube d'échange thermique intégré dans la barre de l'arbre s'étend sur toute la longueur de la barre de l'arbre qui est munie de joints à ses deux extrémités, jusque dans la région des deux joints cependant que, dans la région de chaque joint est disposée une zone de vaporisation du tube d'échange thermique; la barre qui est creusée par un perçage est hermétiquement fermée à ses extrémités frontales par une bille obturatrice emmanchée à force; la zone de vaporisation du tube d'échange thermique qui est située dans la région du joint présente un manchon de feutre emmanché qui s'étend jusque dans la région de la zone de condensation; la zone de vaporisation du tube d'échange thermique qui se trouve dans la région du joint présente un disque de retenue annulaire qui est placé à l'extrémité de la zone de condensation dirigée vers la zone de vaporisation, et sépare ces zones l'une de l'autre; le disque de retenue est en forme d'entonnoir, avec la pointe de l'entonnoir dirigée vers la zone de vaporisation; l'arbre de transmission est un arbre de transmission pour essieu de véhicule, portant des roues motrices, à suspension indépendante, avec au moins un joint homocinétique et une barre d'arbre exposée au vent de la marche; la barre de l'arbre est munie d'ailettes de refroidissement dans la région de la zone de condensation; les ailettes de refroidissement sont formées par des disques de refroidissement emmanchés à force sur la périphérie extérieure de la barre de l'arbre ou par une ailette de refroidissement enroulée sur la périphérie extérieure. Du reste, l'invention est décrite plus complètement ci-après à propos d'exemples de réalisation représentés sur les dessins Sur ces dessins, la figure 1 représente un arbre de transmission possédant une barre d'arbre creuse et des joints associés à cette barre sur les deux côtés; la figure 2 représente un essieu de véhicule com- prenant deux arbres de transmission, dans la position de montage; la figure 3 représente un détail agrandi d'un joint intérieur, avec la zone de vaporisation; et la figure 4 représente un autre mode de construc- tion de la zone de vaporisation d'un joint; la figure 5 représente l'arbre de transmission avec des disques de refroidissement disposés dans une région de condensation; et la figure 6 représente l'arbre de transmission avec une zone de refroidissement développée dans la région de condensation. Sur la figure 1, on a représenté un arbre de trans- mission 2 de véhicule automobile tel que celui utilisé, par exemple, dans les véhicules équipés de roues motrices 16 à suspension indépendante Ici, à chacune des roues 16 de l'essieu 1 du véhicule, est associé un arbre de transmis- sion 2 qui s'étend d'un différentiel 17 disposé à peu près en position centrale jusqu'à la roue 16 extérieure du véhi- cule L'invention étant également avantageuse dans le cas d'essieux de véhicule dans lesquels le différentiel est ex- centré Un joint extérieur 4 ' de l'arbre est disposé exté- rieurement, dans la région de la roue 16, et le joint 4 cô- té intérieur de l'arbre est disposé à peu près au milieu, contre le différentiel 17 Pour être protégé de la salissu- re, chaque joint 4, 4 ' de l'arbre est recouvert sur le côté ouvert, c'est-à-dire le côté mobile axialement, ici en di- rection de l'axe 3 de l'arbre, du soufflet 13 en matière flexible et, pour la protection contre l'usure, chaque joint 3 de l'arbre présente encore une réserve de lubri- fiant 12. Les joints 4, 4 ' présentent une bague de joint 6 à leur périphérie extérieure, et un moyeu de joint 5 disposé en position centrale dans le joint 4, 4 ', plusieurs billes de transmission 7 étant disposées, avec leur cage de guida- ge 8, entre la bague 6 et le moyeu 5 Pendant la marche, ces joints 4, 4 ' sont exposés à une contrainte thermique; l'échauffement qui en résulte est évacué de la barre 3 de l'arbre, qui relie les moyeux 5 des joints 4, 4 ', et qui est exposée dans une large mesure au vent de la marche. Dans la barre 3 de l'arbre de transmission 2, est disposé dans la région du joint intérieur 4 et du joint extérieur 4 ', un tube d'échange thermique qui s'étend aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur de la région des joints 4,4 ' Le tube d'échange thermique, qui est intégré avantageusement dans la barre 3 de l'arbre dans le cas d'utilisation considéré, est avantageusement disposé dans la barre 3 de l'arbre de telle manière que sa zone de vaporisation 9 s'étende dans la région du moyeu 5 du joint et sa zone de condensation 10 dans la région de la barre 3 de l'arbre qui est exposée au vent de la marche Le tube d'échange thermique intégré dans la barre 3 de l'arbre s'étend avantageusement sur toute la longueur de la barre 3, jusque dans la région des deux joints 4,4 ', cependant que, dans la région de chaque moyeu 5 de joint, est disposée une zone de vaporisation du tube d'échange thermique De cette façon, la chaleur est évacuée des deux joints 4,4 ' d'une façon simple et efficace puisque la dissipation de la chaleur latente se produit dans la région exposée au vent de la marche Pour qu'il se produise un refroidissement effectif, il est particulièrement avantageux de munir la barre 3 de l'arbre d'ailettes de refroidissem ent qui agrandissent sa surface de refroidissement dans la région exposée au vent de la marche Les ailettes de refroidissement sont formées par des disques de refroidissem ent 19 emmanchés à force sur la périphérie extérieure de la barre 3 de l'arbre dans la région de la zone de condensation 10, ou encore par une ailette de refroidissement 18 enroulée sur cette circonférence Du reste, les ailettes de refroidissement peuvent aussi être formées par des nervures ménagées dans la barre 3 de l'arbre. Le tube d'échange thermique qui est avantageusement formé par un perçage pratiqué axialement et concentriquement dans la barre 3 de l'arbre, est fermé hermétiquement à ses extrémités frontales par une bille obturatrice 11 emmanchée à force On obtient de cette façon une fermeture du tube d'échange thermique simple à mettre en place, qui possède une constitution simple et qui est cependant fiable On peut se procurer ces billes à un prix économique, avec une grande précision de forme et une bonne qualité de surface Toutefois, selon le cas d'application, il peut être avantageux d'obturer le tube de chaleur par un bouchon, une vis ou encore par soudage, brasage ou équivalent Pour garantir la sécurité du transport du milieu caloporteur liquide de la zone de condensation 10 à la zone de vaporisation 9, il est souhaitable de munir le tube d'échange thermique de rainures jouant le rôle de capillaires dans sa paroi intérieure. La zone 9 de vaporisation du tube d'échange thermique qui se trouve dans la région du moyeu 5 du joint est maintenue humide par un manchon de feutre 14 qui se prolonge jusque dans la région de la zone de condensation 10, de sorte qu'on évite ainsi la dessication ou l'assèchement d'une des deux zones de vaporisation 9 qui pourrait résulter de l'inclinaison transversale de la barre 3 de l'arbre. Dans une autre forme de réalisation, également avantageuse, un disque de retenue 15 est placé à l'extrémité de la zone de condensation 10 qui est dirigée vers la zone de vaporisation 9, disque qui sépare de la zone de condensation 10 la zone de vaporisation 9 du tube d'échange thermique qui se trouve dans la région du moyeu 5 du joint, de sorte que la zone 9 de condensation est maintenue humide Le disque de retenue 15 est évasé en entonnoir, de manière que la pointe de l'entonnoir soit dirigée vers la zone de vaporisation 9, de sorte qu'on obtient un passage amélioré ou renforcé du flux de liquide vers la zone de vapori- sation 9 et une meilleure retenue du condensat qui y a re- flué, de même qu'on peut ainsi arrêter le reflux du conden- sat qui a pénétré dans la zone de condensation 10 Dans cette construction, il peut être avantageux de disposer non pas un seul disque de retenue 15 mais plusieurs disques de retenue présentant un écartement axial mutuel dans la ré- gion de la transition entre la zone de vaporisation 9 et la zone de condensation 10. R E V E N D I C A T I O N S 1 Arbre de transmission comprenant au moins un joint d'arbre et une barre solidaire du joint et exposée au vent de la marche, caractérisé en ce que, dans la barre ( 3) de l'arbre de transmission ( 2), est disposé, au moins dans la région du joint ( 4, 4 '), un tube d'échange thermique qui s'étend dans cette barre ( 3) de l'arbre, à l'intérieur et à l'extérieur de la région du joint ( 4, 4 '), une zone de vaporisation ( 9) du tube de chaleur étant disposée dans la région du joint ( 4, 4 '), et une zone de condensation ( 10) du tube de chaleur étant disposée dans la région de la barre ( 3) de l'arbre qui est exposée au vent de la marche. 2 Arbre de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque joint ( 4, 4 '> de l'arbre est divisé en une bague ( 6) située à sa périphérie extérieure et un moyeu ( 5) disposé en position centrale dans le joint ( 4, 4 '), la barre ( 3) de l'arbre étant rigidement solidaire du moyeu ( 5). 3 Arbre de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube d'échange thermique intégré dans la barre ( 3) de l'arbre s'étend sur toute la longueur de la barre ( 3) de l'arbre qui est munie de joints ( 4, 4 ') à ses deux extrémités, jusque dans la région des deux joints ( 4, 4 ') cependant que, dans la région de chaque joint ( 4, 4 ') est disposée une zone de vaporisation ( 9) du tube d'échange thermique. 4 Arbre de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la barre ( 3) qui est creusée par un perçage, est hermétiquement fermée à ses extrémités frontales par une bille obturatrice ( 11) emmanchée à force. Arbre de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de vaporisation ( 9) du tube d'échange thermique qui est située dans la région du joint ( 4, 4 ')5 présente un manchon de feutre emmanché qui s'étend jusque dans la région de la zone de condensation ( 10). 6 Arbre de transmission selon larevendication 1, caractérisé en ce que la zone de vaporisation ( 9) du tube d'échange10 thermique qui se trouve dans la région du joint ( 4, 4 ') présente un disque de retenue annulaire ( 15) qui est placé à l'extrémité de la zone de condensation ( 10) dirigée vers la zone de vaporisation ( 5), et sépare ces zones l'une de l'autre.15 7 Arbre de transmission selon la revendication 6, caractérisé en ce que le disque de retenue ( 15) est en forme d'enton- noir, avec la pointe de l'entonnoir dirigée vers la zone de vaporisation ( 9).20 8 Arbre de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de transmission est un arbre de transmis- sion pour essieu de véhicule, portant des roues motrices, à suspension indépendante, avec au moins un joint25 homocinétique et une barre d'arbre exposée au vent de la marche. 9 Arbre de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la barre ( 3) de l'arbre est munie d'ailettes de30 refroidissement dans la région de la zone de condensation ( 120). Arbre de transmission selon la revendication 9, caractérisé en ce que les ailettes de refroidissement sont formés par35 des disques de refroidissement ( 19) emmanchés à force sur la périphérie extérieure de la barre de l'arbre ou par une il ailette de refroidissement ( 18) enroulée sur la périphérie extérieure.