Brevet FR2738605A1 — publié le 19970314

L'invention se rapporte à un embrayage à frottement de liquide, comprenant un disque d'entraînement fixé sur un arbre mené et tournant dans une chambre de travail d'une cage qui est montée rotative sur cet arbre et qui est subdivisée par une cloison en une chambre de travail et une chambre de réserve disposée en amont de la précédente et qui communique avec elle par au moins un orifice d'admission commandé par un levier formant soupape et par un canal de reflux. Les embrayages à frottement de liquide de ce type sont connus (DE 43 44 085 A1). Dans ces modes d'exécution, dans lesquels le levier formant soupape est commandé par un électro-aimant logé dans la chambre de réserve, mais retenu en position fixe, le problème qui se pose, comme dans tous les embrayages à frottement de liquide, est que le refoulement du liquide de travail, qui est en général de l'huile de silicone, n'est produit de la chambre de réserve dans la chambre de travail que par les forces d'inertie, de sorte que ce refoulement pose pour préalable une certaine vitesse de rotation de base de la cage pour provoquer des forces suffisantes. Dans un mode d'exécution connu d'un embrayage à frottement de liquide, la vitesse de rotation dite en marche à vide est par exemple de 700 tours par minute, car ce n'est en fait qu'à partir de cette vitesse qu'il est garanti qu'après ouverture du levier formant soupape, le liquide est refoulé suffisamment vite dans la chambre de travail. Cette vitesse relativement élevée de rotation en marche à vide n'est pas souhaitable, mais elle a été incontournable jusqu'à présent. Cette vitesse de rotation en marche à vide occasionne une consommation inutile d'énergie qui, par exemple dans les embrayages usuels de ventilateurs de véhicules utilitaires est de l'ordre de 1 à 3 kW qui sont consommés sans être utilisés. La présente invention a donc pour objet la réalisation d'un embrayage à frottement de liquide du type tel que spécifié en préambule de manière que de faibles vitesses de rotation en marche à vide soient possibles sans risque de nuire au fonctionnement de l'embrayage. Selon une particularité essentielle de l'invention, au moins un dispositif de pompage retenu en position fixe et pénétrant dans la chambre de réserve refoule le liquide d'embrayage par l'orifice d'admission dans la chambre de travail, lorsque le levier formant soupape est ouvert, même lorsque la cage tourne à faible vitesse. L'invention se fonde sur le raisonnement qu'il est possible d'utiliser la vitesse de rotation en marche à vide de la cage de l'embrayage pour produire un effet de pompage lorsque par exemple une roue immobile de pompe ou des ailettes de pompage sont associées à la chambre de travail. Il s'est révélé que cette mesure permet de réduire notablement les vitesses de rotation en marche à vide et qu'elles peuvent être limitées par exemple à 150 tours par minute ou même moins. Une consommation inutile d'énergie lorsque l'embrayage est utilisé pour un ventilateur peut ainsi être évitée. Un enclenchement rapide est aussi possible à de faibles vitesses de rotation de la cage. Suivant une autre particularité de l'invention, le dispositif de pompage peut être disposé dans la région d'un diamètre sur lequel se trouve également l'orifice d'admission. L'effet de pompage s'exerce ainsi dans la région dans laquelle le refoulement souhaité dans la chambre de travail se produit. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, il peut être prévu de manière simple que dans un embrayage à frottement de liquide, comprenant un électro-aimant monté en position fixe dans la chambre de réserve pour la commande du levier formant soupape, comme indiqué dans DE 43 44 085 A1 mentionné plus haut, le dispositif de pompage soit monté sur l'électro-aimant de manière à permettre de supprimer un support spécial par exemple pour une couronne d'ailettes. Finalement, suivant une autre particularité encore de l'invention, un orifice intérieur d'admission peut être disposé dans la cloison sur un diamètre plus petit que celui sur lequel se trouve un second orifice extérieure d'admission et il peut être prévu que l'ailette ou les ailettes de pompage ne soient saillantes sur l'axe de l'embrayage que jusqu'au petit diamètre sur lequel se trouve l'orifice intérieur d'admission. Cette disposition offre le grand avantage que les ailettes de pompage ne plongent dans le liquide de travail et ne refoulent celui-ci par le premier orifice d'admission que lorsqu'est atteinte la vitesse de rotation de la cage qui correspond à peu près à celle qui a été utilisée jusqu'à présent en vitesse de rotation en marche à vide pour maintenir l'embrayage en état de fonctionner. A cet instant, le niveau de la couronne de liquide formée dans la cage se trouve sur un diamètre qui est supérieur à celui sur lequel se trouve le premier orifice, donc sur un diamètre qui est plus grand que celui qu'atteint l'ailette ou les ailettes de pompage. Donc, dans ce mode de réalisation, lorsque est atteinte la vitesse de rotation de la cage à partir de laquelle jusqu'à présent un réglage correct était déjà possible, les ailettes de pompage ne plongent plus dans la couronne de liquide. Il est ainsi évité que les ailettes de pompage agitent le liquide et risquent de former une émulsion d'air et de liquide pendant que l'embrayage est en fonction. Le mode d'action à deux étages du refoulement du liquide dans la chambre de travail est donc particulièrement avantageux. Finalement, suivant une particularité avantageuse de l'invention, plusieurs ailettes de pompage peuvent aussi former une couronne à l'aide de laquelle l'effet souhaité du pompage peut être obtenu de manière particulièrement avantageuse. L'invention va être décrite plus en détail à titre d'exemple en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe transversale d'un premier mode de réalisation d'un embrayage à frottement de liquide selon la présente invention, la figure 2 est une coupe schématique selon la ligne II-II de la figure 1, la figure 3 est une coupe transversale d'une variante de réalisation d'un embrayage à frottement de liquide selon l'invention, la figure 4 est un graphique représentant la vitesse de rotation d'un ventilateur de radiateur d'un véhicule automobile qui est équipé de l'embrayage selon l'invention et la figure 5 est un graphique illustrant schématiquement la plage de réglage de l'embrayage selon l'invention en une représentation de la vitesse de rotation en fonction de la température. Les figures 1 et 2 représentent un embrayage à frottement de liquide qui se compose d'un arbre mené 1, d'un disque d'entraînement 2 solidarisé en rotation avec cet arbre et d'une cage 4 montée rotative sur l'arbre 1 au moyen d'un roulement à billes 3 et formant la partie menée de l'embrayage. Une dcloison 5 subdivise la cage 4 en une chambre de réserve 6 et une chambre de travail 7, le disque d'entraînement 2 tournant dans la chambre de travail 7 qui, comme ce disque lui-même, comporte dans la partie extérieures des ailettes 8 entraînées en rotation et destinées à accroître la surface de cisaillement du liquide de travail. Un orifice d'admission 9 mène de la chambre de réserve 6 dans la chambre de travail 7. L'orifice d'admission 9 est obturé dans la représentation de la figure 1 par un levier 10 formant soupape et monté en 11 sur la cloison 5 de manière à faire ressort. Le levier 10 formant soupape supporte une armature 12 qui est en face du corps de bobine 13 d'un électro-aimant qui, de son côté, est monté en position fixe à l'intérieur de la chambre de réserve 6. Le support 14 de l'électro- aimant 13 est monté au moyen d'un roulement à billes 15 sur le couvercle 4a de la cage et il est immobilisé par une barre 16 montée en position fixe. L'arrivée de courant 17 à l'électro-aimant 13 peut ainsi passer par le support 14. Lorsque l'électro-aimant est alimenté en courant comme montré sur la figure 1, l'armature 12 et attirée et le levier 10 formant soupape ferme l'orifice 9 d'admission dans la chambre de travail 7. Un canal de reflux 18 mène de manière connue de la chambre de travail 7 dans la chambre de réserve 6, de sorte qu'il se produit un circuit de liquide d'embrayage, de préférence d'huile de silicone, à l'intérieur de l'embrayage dès que l'orifice d'admission 9 est ouvert. Lorsque le corps de bobine 13 n'est pas alimenté en courant, la précontrainte élastique du levier 10 formant soupape libère l'orifice d'admission 9. Dans l'embrayage à frottement de liquide selon l'invention, un support 19 d'une couronne d'ailettes de pompe 20 est assujetti à l'électro- aimant 13 et donc est disposé en position fixe à l'intérieur de la chambre de réserve 6. Ces ailettes de pompage sont obliques, comme le montre la figure 2, et disposées de manière que lorsque la cage 4 tourne, le liquide d'embrayage arrive contre les ailettes 20 dans le sens de la flèche 21 et soit nécessairement dirigé vers l'orifice d'admission 9 qui se trouve sur la cloison 5 qui tourne avec la cage 4. La cage 4 et les ailettes fixes 20 forment ainsi un dispositif de pompage qui permet, après l'ouverture de l'orifice d'admission 9, de refouler le liquide d'embrayage se trouvant tout d'abord dans la chambre de réserve obligatoirement dans la chambre de travail 7, même lorsque la vitesse relative des ailettes 20 et de la cage 4 est relativement faible. Ceci sera expliqué plus bas en regard des figures 4 et 5. La figure 3 représente un second exemple de réalisation d'un embrayage à frottement de liquide selon l'invention. Les mêmes éléments que ceux du mode de réalisation de la figure 1 portent les mêmes références. A la différence du mode de réalisation de la figure 1, un second orifice d'admission 22 prévu dans la cloison 5 en plus de l'orifice d'admission 9 est situé sur un diamètre plus petit que celui de ce dernier par rapport à l'axe de rotation 23 de l'embrayage. Cet orifice intérieur d'admission 22 est également obturé ou ouvert par le levier 10 formant soupape en fonction de l'excitation de l'électro-aimant 13. La couronne d'ailettes de pompe 24, dont l'extrémité radiale extérieure est située sur un diamètre situé immédiatement à l'extérieur de l'orifice d'admission 22, est disposée en face de ce dernier dans le mode de réalisation de la figure 3. Pour clarifier l'effet de cette disposition, le niveau du liquide est représenté à l'intérieur de la chambre de réserve 6 pour différents états d'embrayage. Lorsque la chambre de travail 7 est totalement vide et donc que la totalité du liquide se trouve dans la chambre de réserve 6 et en admettant que la cage 4 tourne, il se forme à l'intérieur de la chambre 6 un anneau de liquide dont le niveau N1 se trouve sur le rayon le plus petit par rapport à l'axe de rotation 23 et se situe sensiblement à l'extérieur de l'électro-aimant 13. Lorsqu'à cet état, l'alimentation de l'électro-aimant 13 est coupée pour enclencher l'embrayage, l'effet de pompage entre les ailettes 24 qui sont fixes et le liquide déplacé par rapport à celles-ci fait entrer ce dernier dans l'orifice d'admission 22 et, lorsque la vitesse de rotation est suffisamment élevée peut provoquer un transport de liquide sous l'effet de la force centrifuge, pour le faire aussi entrer par l'orifice d'admission 9 dans la chambre de travail 7. La figure 4 montre le rapport de la vitesse d'entraînement nA à laquelle tourne l'arbre mené 1 à la vitesse de sortie nL de la cage 4, dont la circonférence extérieure est munie de pales lorsque l'embrayage est utilisé pour un ventilateur de véhicule. Lorsque la vitesse de rotation d'entraînement monte, celle de la cage 4 monte aussi selon la ligne 25 qui diffère légèrement de la ligne théorique 26 en raison des pertes par frottement. La vitesse de rotation en marche à vide est indiquée par la courbe 30. La figure 5 montre par contre le rapport des vitesses de rotation nL de la cage en fonction de la température T qui déclenche le réglage de l'embrayage. On observe qu'à partir d'une certaine température T1, l'embrayage fait monter la vitesse de la cage 4 le long de la ligne 27 jusqu'à la vitesse maximale pouvant être atteinte, ce qui se produit par le remplissage de la chambre de travail 7. Lorsque la chambre de travail 7 est à nouveau évacuée, la vitesse de rotation de la cage 4 retombe en raison de l'hystérésis le long des éléments de courbe 28, 29. La figure 5 représente cependant aussi accessoirement le niveau du liquide d'embrayage qui se trouve dans la chambre de réserve 6 et qui a également été porté sur la figure 3. On observe que le niveau maximal N1 à l'intérieur de la chambre de réserve (il est admis que le liquide forme une couronne tournante) correspond à l'état auquel la chambre de travail est vide et auquel la cage 4 tourne donc à une vitesse minimale qui a été admise sur la figure 5 comme étant par exemple de 150 tours par minute. Comme déjà mentionné plus haut, une vitesse aussi faible ne suffirait pas à faire entrer rapidement le liquide de travail par l'orifice d'admission 9 dans la chambre de travail 7 par l'effet de la force centrifuge. Mais il s'est révélé que le dispositif de pompage prévu selon la figure 3 et naturellement aussi selon la figure 1 suffit à refouler le liquide d'embrayage dans la chambre de travail 7 même avec d'aussi faibles vitesses de rotation de la cage. Lorsque ceci se produit, à la fin d'un certain temps pendant lequel toujours davantage de liquide pénètre dans la chambre de travail, une vitesse de rotation élevée, admettons une vitesse de 700 tours à la minute est atteinte, mais de nouveau à condition que peu de liquide d'embrayage se trouve dans la chambre de réserve. Le liquide d'embrayage est alors par exemple au niveau N2 qui est porté sur la figure 3 et qui correspond à la vitesse de rotation, indiquée sur la figure 5, de par exemple 700 t/min. Entre la vitesse d'environ 700 t/min et la vitesse maximale qui peut différer selon les modes d'exécution, le processus de réglage de l'embrayage se déroule le long de la ligne 27 et lorsque la chambre de travail est totalement remplie, le niveau N3 est atteint et correspond sur la figure 3 à l'anneau de liquide le plus mince se trouvant dans la chambre de réserve 6. A partir d'une vitesse de par exemple 700 t/min, l'expérience a montré que le réglage d'un embrayage à frottement de liquide peut s'obtenir même sans les dispositions selon l'invention. Mais les figures 5 et 3 montrent clairement que l'invention permet de régler l'embrayage au-dessous de la plage de par exemple 700 tours par minute sans devoir craindre qu'il ne puisse plus monter en vitesse correctement. La plage qui est comprise entre les exemples de vitesse de rotation de 150 et 700 t/min indiqués sur la figure 5 et qui correspond au niveau du liquide d'embrayage se trouvant dans la chambre de réserve 6 entre N1 et N2 est couverte par la disposition de l'invention selon la figure 3 du fait que la couronne d'ailettes 24 refoule obligatoirement le liquide du niveau N1 à peu près jusqu'au niveau N2 par l'orifice d'admission 22 même lorsque la vitesse de la cage 4 est relativement faible, c'est à dire comprise entre 150 et 700 tours par minute. Lorsque la cage 4 a atteint par exemple la vitesse de rotation de 700 t/min (figure 5) et donc que le niveau de l'anneau de liquide est tombé à la cote N2 dans la chambre de réserve 6, les ailettes 24 de la couronne de pompage ne plongent plus dans le liquide et l'embrayage à frottement de liquide fonctionne comme les embrayages connus uniquement avec la section libre de l'orifice d'admission 9 qui est déterminée par la position du levier formant soupape. Toutefois, la disposition des ailettes de pompage 24 permet aussi à l'embrayage de fonctionner jusque dans une plage de vitesse basse jusqu'à laquelle un fonctionnement n'était pas possible jusqu'à présent. Le nouvel embrayage à frottement de liquide peut donc tourner à la vitesse de marche à vide qui est plusieurs fois inférieure à celle d'une vitesse de rotation à vide qui devait être atteinte avec les embrayages connus pour éviter de nuire à leur aptitude à fonctionner. Ceci permet de son côté une consommation d'énergie notablement inférieure en marche à vide. REVENDICATIONS 1. Embrayage à frottement de liquide comprenant un disque d'entraînement (2) fixé sur un arbre mené (1) et tournant dans une chambre de travail (7) d'une cage (4) qui est montée rotative sur l'arbre mené (1) et subdivisée par une cloison (5) en une chambre de travail (7) et une chambre de réserve (6) montée en amont de cette dernière et qui communique avec elle par au moins un orifice d'admission (9) commandé par un levier (10) formant soupape et par un canal de reflux (18), caractérisé en ce qu'au moins un dispositif de pompage (20, 24) monté en position fixe et pénétrant dans la chambre de réserve (9) refoule le liquide d'embrayage par l'orifice d'admission (9, 22) dans la chambre de travail (7) lorsque le levier formant soupape (10) est ouvert et même pour de faibles vitesses de la cage (4). 2. Embrayage à frottement de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de pompage (20, 24) est disposé dans la zone d'un diamètre sur lequel se trouve aussi l'orifice d'admission (9, 22). 3. Embrayage à frottement de liquide selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, comprenant un électro-aimant (13) disposé en position fixe dans la chambre de réserve (6) pour la commande du levier (10) formant soupape, caractérisé en ce que le dispositif de pompage (20, 24) est assujetti à l'électro-aimant (13). 4. Embrayage à frottement de liquide selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'un orifice intérieur d'admission (22) est disposé dans la cloison (5) sur un diamètre plus petit que celui-ci de l'orifice extérieur d'admission (9) et en ce que le dispositif de pompage (24) n'est saillant radialement sur l'axe (23) de l'embrayage que jusqu'au petit diamètre sur lequel l'orifice intérieur d'admission (22) est situé. 5. Embrayage à frottement de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de pompage est constitué d'ailettes de pompe (20, 24). 6. Embrayage à frottement de liquide selon la revendication 5, caractérisé en ce que plusieurs ailettes de pompe (20, 24) forment une couronne.