Brevet FR2739420A1 — publié le 19970404

POMPE A EAU Contexte de l'invention Cette invention concerne une pompe à eau utilisée dans un système de refroidissement à eau d'un moteur à combustion interne pour des véhicules automobiles. Un exemple de l'art antérieur proche de la présente invention est divulgué dans la publication du modèle d'utilité japonais No Sho 63- 57394 (1988). Une pompe à eau décrite dans cet exemple de l'art antérieur comporte un boîtier de pompe à eau, un arbre supporté en rotation dans le boîtier par des paliers, et une turbine, qui est en rotation à l'intérieur de la chambre d'aspiration, fixée à une extrémité de l'arbre. Un joint mécanique est interposé entre la turbine et les paliers maintenant l'arbre, de là permettant une rotation entre l'arbre et le boîtier de la pompe à eau formant la chambre d'aspiration tandis qu'un joint étanche assure que le fluide à l'intérieur de la chambre d'aspiration ne s'échappe de la chambre. Dans cette disposition conventionnelle, cependant, le coût du joint mécanique est important et le joint mécanique a une structure complexe, rendant ainsi difficile de réduire la taille et le poids de la pompe à eau. En terme de structure du joint mécanique, un ressort est prévu pour forcer la partie coulissante du joint. Si la force du ressort est trop importante, un bruit anormal est produit lorsque la pompe fonctionne. Si la force de pression est trop faible, cependant, l'étanchéité à l'eau de la partie glissante est compromise et le fluide pourra s'échapper de la chambre d'aspiration. Il est difficile d'ajuster une force de ressort qui puisse à la fois assurer l'étanchéité à l'eau de la partie coulissante et éviter des bruits anormaux. Des problèmes en terme de durabilité surviennent aussi. Résumé de l'invention En conséquence, un objet de la présente invention est de proposer une pompe à eau qui n'utilise pas de joint mécanique, rendant ainsi possible la réduction du coût, la réduction du poids, l'absence de bruits anormaux et de fuite du fluide. Selon la présente invention, l'objet précédent est atteint en proposant une pompe à eau comportant un boîtier de pompe à eau formant une chambre d'aspiration, un arbre comportant une extrémité prévue avec un moyen de transmission de force de rotation et une autre extrémité sur laquelle une turbine est ajustée, l'arbre étant supporté en rotation librement dans le boîtier de la pompe à eau via un palier à glissement, un mandrin annulaire fixé à l'arbre sur sa périphérie extérieure entre une partie de l'arbre supportée par le palier à glissement et le moyen de transmission d'une force de rotation, le mandrin comportant une extrémité distale qui est insérée dans une rainure annulaire formée dans le boîtier de pompe à eau opposé, et un joint à lèvre annulaire de diamètre comparativement important fixé à l'extrémité distale du mandrin annulaire, le joint à lèvre comportant une épaisseur de l'ordre de celle de la rainure annulaire. La pompe à eau comportant la structure décrite au-dessus est telle que l'arbre est supporté librement en rotation par le palier à glissement placé dans le boîtier de pompe à eau sur le côté de la chambre d'aspiration. En addition, le palier à glissement est capable d'être lubrifié par le fluide à l'intérieur de la chambre d'aspiration. Le joint à lèvre à large diamètre fixé au mandrin annulaire intégré avec l'arbre est ajusté dans la rainure annulaire prévue dans le boîtier de la pompe à eau entre la partie o l'arbre est supporté par le palier à glissement et le moyen de transmission de la force de rotation (le côté opposé de la chambre d'aspiration). Cela rend possible d'éviter la fuite du liquide hors de la chambre d'aspiration. Le joint à lèvre sert aussi de palier de butée qui limite le mouvement libre de l'arbre dans la direction axiale. Dans un mode de réalisation de l'invention, des joints à lèvre annulaires de diamètres comparativement petits pour fournir un filtre entre l'arbre et le boîtier de pompe à eau sont disposés des deux côtés du mandrin annulaire de l'arbre, et de la graisse est scellée entre les joints à lèvre annulaires de petits diamètres. En scellant par de la graisse les joints à lèvre annulaires de petits diamètres, il est possible de lubrifier les parties glissantes entre le joint à lèvre à large diamètre, qui tourne avec l'arbre, et la paroi de côté de la rainure annulaire prévue dans le boîtier de la pompe à eau, aussi bien que les parties de glissement entre les joints à lèvre de petits diamètres et l'arbre. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à partir de la description suivante accompagnées des figures dans lesquelles les mêmes références désignent les mêmes parties ou des parties similaires dans toutes les figures. Brève description des figures La figure 1 représente une vue en coupe partielle montrant une pompe à eau selon un mode de réalisation de la présente invention; et La figure 2 représente une vue élargie partielle de la pompe à eau selon le premier mode de réalisation. Description du mode de réalisation préféré Un mode de réalisation de la présente invention sera maintenant décrit en détail en référence aux figures accompagnantes. La figure 1 représente une vue en coupe de la pompe à eau 1 mettant en oeuvre la présente invention. La pompe à eau 1 comporte un boîtier de pompe à eau 2 constituée d'un métal tel que de l'aluminium, et un couvercle d'aspiration 4 comportant un orifice d'admission 3. Le boîtier de la pompe à eau 2 et le couvercle d'aspiration 4 sont liés par un joint de culasse 5 pour former le boîtier de la pompe à eau 1. Un palier à glissement lubrifié par de l'eau 6 est emboîté par pression dans la partie périphérique intérieure du boîtier de la pompe à eau 2 et maintient un arbre 7 en rotation libre. Le palier à glissement 6 est obtenu en formant par frittage de bronze sur la surface d'un matériau SPCC et en recouvrant la surface extérieure avec une résine contenant une mixture de plomb ou équivalent. L'arbre 7 est mis en rotation par une force d'entraînement fournie par une unité d'entraînement (non représentée) via une courroie (non représentée) passées autour de la circonférence extérieure d'une poulie (non représentée) montée sur un support de poulie 8. Une turbine 9, qui est assurée en fixation à l'extrémité droite de l'arbre 7, est en rotation avec l'arbre. Une chambre d'aspiration 10 est formée entre le boîtier de pompe à eau 2 et le couvercle d'aspiration 4. La turbine 9 est en rotation à l'intérieur de la chambre d'aspiration 10 et pompe le fluide à l'intérieur de la chambre. Un mandrin annulaire 11, qui comporte, d'une manière générale, une coupe en forme de L, est assuré en fixation à la périphérie extérieure de l'arbre 7 à un point entre le palier à glissement et le support poulie 8. Un joint à lèvre annulaire (un joint à lèvre de large diamètre) 12 comportant de manière générale une coupe rhomboïde, est lié à l'extrémité distale du mandrin annulaire 11. Le joint à lèvre annulaire 12, qui consiste en une résine de poly- tétra-fluoro-éthylène comparativement dure, est scellé dans une rainure annulaire 14 définie par un élément 2a du boîtier de pompe à eau 2 et un élément de couvercle 13 fixé à la face d'extrémité du boîtier de la pompe à eau 2, comme illustré dans la vue élargie de la figure 2. Des parties 12a, 12b et 12c de la coupe rhomboïde du joint à lèvre annulaire 12 sont en contact avec les parois de côté et la paroi du fond formant la rainure annulaire 14. La liberté de mouvement dans la direction axiale de l'arbre 7 est limitée du fait que les pièces 12a, 12c de la coupe rhomboïde du joint à lèvre annulaire 12 soient en contact avec les parois de côté de la rainure annulaire 14. Des joints à lèvre annulaires (des joints à lèvre de petits diamètres) 15, 16 constituant un matériau caoutchouc tel que N-NBR ou EPDM, etc., sont prévus sur les côtés respectifs du mandrin annulaire 11 axialement par rapport à l'arbre 7 et sont liés au boîtier de la pompe à eau 2 de manière à effectuer le joint entre l'arbre 7 et le boîtier de pompe à eau 2. Des ressorts élastiques 17, 18 sont disposés à l'intérieur des joints à lèvre 15, 16, respectivement, qui comportent des parties de coulissement a, 16a qui glissent sur l'arbre 7. Les ressorts élastiques 17, 18 pressent ces parties en glissement 15a, 16a, respectivement, contre la surface extérieure de l'arbre 7 comme représenté sur la figure 2, améliorant ainsi le joint entre le boîtier de pompe à eau 2 et l'arbre 7. Des éléments de noyau de métal 19, 20 sont encastrés dans des joints annulaires 15, 16, respectivement, de manière à améliorer le même joint. Le joint annulaire 15 comporte une partie en saillie 15b en butée avec le mandrin annulaire 11. L'espace entre les joints à lèvre annulaires et 16 est rempli de graisse. Les pièces 12a, 12b, 12c du joint à lèvre annulaire 12 sont lubrifiées par la graisse lorsqu'il glisse dans la rainure annulaire 14. La graisse lubrifie les éléments de glissement 15a, 15b du joint à lèvre annulaire 15 et la partie de glissement 16a du joint annulaire 16 aussi. Ce dernier est assuré à l'élément de couvercle 13. Durant le fonctionnement de la pompe à eau 1, le fluide entrainé de l'orifice d'admission 3 du couvercle d'aspiration 4 est pompé dans la chambre d'aspiration 10 du fait de la rotation de la turbine 9 à l'intérieur de la chambre 10 par l'arbre de rotation 7. Le fluide pompé est évacué à partir d'un orifice d'évacuation (non représenté) prévu dans le boîtier de la pompe à eau 2 ou dans le couvercle d'aspiration 4 et s'étendant tangentiellement par rapport à la rotation de la turbine 9. Un peu du fluide dans la chambre d'aspiration 10 s'écoule dans l'espace entre le palier à glissement 6 et l'arbre 7 dans le bottier de la pompe à eau 2, par quoi le palier 6 et l'arbre 7 sont lubrifiés. Le fluide qui lubrifie le palier 6 et l'arbre 7 est empêché de s'écouler vers la gauche dans les figures 1 et 2 par la partie de coulissement 15a du joint à lèvre annulaire 15. Même si le fluide devait passer l'élément de coulissement 15a du joint à lèvre annulaire 15, le fluide de la chambre d'aspiration 10 peut être empêché de fuir vers l'extérieur par la partie en saillie 15b sur le joint annulaire 15 en contact avec le mandrin annulaire 11 et les pièces 12a, 12b, 12c sur la coupe rhomboïde du joint à lèvre annulaire 12 en contact avec la rainure annulaire 14. Ainsi, en accord avec la pompe à eau selon la présente invention, l'arbre 7 du bottier de la pompe à eau 2 est supporté par le palier à glissement 6, le mandrin annulaire 11 auquel le joint à lèvre 15 est lié est intégré avec l'arbre 7, le mandrin annulaire 11 est inséré dans la rainure annulaire 14 prévue dans le boîtier de la pompe à eau 2 et le mouvement libre de l'arbre 7 dans la direction axiale est limité. Il en résulte que des joints mécaniques et des paliers à billes ne sont pas nécessaires. Cela permet de fournir une pompe à eau légère, peu coûteuse et structurellement simple qui est très simple à assembler. En outre, selon la présente invention, les joints à lèvre 15, 16 sont prévus des deux côtés du mandrin annulaire ll axialement par rapport à l'arbre et l'espace entre ces joints à lèvre est rempli de graisse. Cela réduit la résistance de glissement entre la rainure annulaire 14 et le joint à lèvre 12 lié au mandrin annulaire 11 et rend possible d'éviter que le fluide ne s'échappe de la chambre d'aspiration 10. Comme apparemment beaucoup de modes de réalisation différents de la présente invention peuvent être faits sans sortir de l'esprit et de la portée de l'invention, il doit être compris que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation spécifiques comme définis dans les revendications attachées. REVENDICATIONS 1. Une pompe à eau (1) comportant: un boîtier de pompe à eau (2) définissant une chambre d'aspiration; un arbre (7) comportantune extrémité prévue avec un moyen de transmission d'une force de rotation et une autre extrémité sur laquelle une turbine (9) est ajustée, ledit arbre (7) étant supporté librement en rotation dans ledit bottier de pompe à eau (2) grâce àun palier à glissement (6). un mandrin annulaire (11) fixé à la périphérie extérieure dudit arbre entre une partie dudit arbre supporté par ledit palier à glissement (6) et ledit moyen de transmission de force de rotation, ledit mandrin (11) comportnt une extrémité distale qui est insérée dans une rainure annulaire (L4) formée dans ledit boîtier de la pompe à eau (2) à une position opposée à la surface de côté dudit boîtier de la pompe à eau (2); et un premier joint à lèvre annulaire (12)liéà l'extrémité distale dudit mandrin annulaire (11), ledit premier joint à lèvre (12) aoEtant des parties (12a, 12b, 12c) qui sont en contact avec des parois formant ladite rainure annulaire (14). 2. La pompe à eau selon la revendication 1, dans laquelle des seconds joints à lèvre annulaires (15, 16) pour fournir une étanchéité entre ledit arbre (7) et ledit boîtier de la pompe à eau (2) sont disposés des deux côtés dudit mandrin annulaire (11) axialement par rapport à l'arbre (7), et de la graisse emplit l'espace entre lesdits seconds joints à lèvre annulaires (15, 16). 3. La pompe à eau selon la revendication 2, dans laquelle ledit premier joint à lèvre annulaire (12) comporteun diamètre plus grand que les diamètres desdits seconds joints à lèvre annulaires (15, 16). 4. La pompe à eau selon la revendication 2, dans laquelle chacun desdits seconds joints à lèvre annulaires (15, 16) comporte un élément encastré (19,20) pxr renforcerledit second joint à lèvre annulaire (15, 16); et un moyen (17,18) pur presser ledit second joint à lèvre annulaire (15, 16) contre la périphérie extérieure dudit arbre (7). 5. La pompe à eau selon la revendication 3, dans laquelle ledit premier joint à lèvre annulaire (12) conmporte généralement une coupe rhomboïde sur laquelle des pièces sont rapportées5 en contact étanche avec les parois formant ladite rainure annulaire (14). 6. La pompe à eau selon la revendication 5, dans laquelle un élément de couvercle (13) pour définir ladite rainure annulaire (14) est assuré audit boîtier de la pompe à eau (2) et l'un desdits seconds joints à lèvre annulaires (15, 16) est assuré audit élément de couvercle (13).