Brevet FR2756760A1 — publié le 19980612

La présente invention concerne un procédé de moulage d'une hélice de ventilateur par injection de matière sous pression dans un ensemble de moules reproduisant le moyeu central et les pales de l'hélice. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de moulage selon l'invention, une hélice de ventilateur obtenue par le procédé suivant l'invention, et un motoventilateur comportant une hélice réalisée par le procédé selon l'invention. De nombreux équipements nécessitent l'utilisation de ventilateurs permettant principalement le refroidissement d'équipements, en particulier d'équipements électriques tels que des blocs d'alimentation comme ceux utilisés dans les micro-ordinateurs ou dans de gros matériels nécessitant des refroidissements à air de plus grande importance tels que par exemple des moteurs électriques dont la puissance peut varier d'une centaine de watt à quelques kilowatt. Dans ce dernier type d'application et en particulier dans une application de ventilateur comportant une hélice couplée à un moteur à courant continu sans balai, pour des gammes de puissance du moteur relativement étendue, on veut pouvoir disposer d'un ventilateur multiusage comportant un rotor de ventilation muni de pales susceptibles de prendre plusieurs positions possibles par rapport au moyeu. Il est déjà connu de l'art antérieur des rotors de ventilateur comportant des pales à position variable dans lesquels les pales sont distinctes du rotor et rapportées sur celui-ci dans la position souhaitée avant d'être fixées rigidement à lui. Cette solution est lourde à mettre en oeuvre industriellement car elle oblige à des opérations de positionnement, de mise en place, et de fixation des pales sur le moyeu du rotor du ventilateur spécifiques à chaque application et nécessitant donc un grand nombre d'opérations entraînant un coût important. L'invention a pour but de palier notamment cet inconvénient. A cet effet, la présente invention a pour objet, un procédé de moulage d'une hélice de ventilateur, par injection de matière sous pression à l'intérieur d'un ensemble de moules en deux parties comportant un moule central destiné à reproduire le moyeu central de l'hélice et des moules satellites destinés à reproduire les pales de l'hélice s'étendant radialement à partir du moyeu central. Le procédé selon l'invention consiste - à amener les moules satellites en contact étanche avec la paroi latérale du moule central, - à positionner les moules satellites autour du moule central, les moules satellites communiquant avec le moule central par des ouvertures ménagées respectivement dans la paroi latérale du moule central et dans la face du moule satellite destinée à venir en contact avec le moule central, et - à injecter la matière sous pression à l'intérieur du moule central, la matière injectée dans le moule central se distribuant dans les moules satellites, via leurs ouvertures respective pour reproduire en un seul bloc le moyeu et les pales de l'hélice suivant la configuration donnée par le positionnement déterminé des moules satellites autour du moule central. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte - un moule central en deux parties dont le profil interne définit la forme externe du moyeu de l'hélice et comportant un moyen permettant l'injection de la matière sous pression à l'intérieur du moule central, - une série de moules satellites en deux parties, destinés & être amenés contre la paroi latérale du moule central, et dont le profil interne de chaque moule sattelite définit la forme externe des pales de l'hélice, - des moyens de positionnement précis des moules satellites autour du moule central, et de calage en position des moules satellites autour du moule central, et - un joint d'étancheité disposé respectivement entre la face latérale de chaque moule satellite les faces latérales du moule central. Les moyens de positionnement des moules satellites autour du moule central comportent un moyen de déplacement angulaire de chaque satellite par rapport au moule central, un moyen de rotation de chaque satellite autour de leur axe longitudinal passant par le plan de joint des parties du moule satellite, des moyens de calage en position des moules satellites autour du moule central. Le moule central forme un polygone dont les faces sensiblement planes sont destinées à recevoir les moules satellites, et les moules satellites sont de forme quasi cylindrique ; l'axe des moules satellites s'étendant radialement par rapport au moule central, les faces latérales des moules satellites en regard du moule central étant sensiblement planes et destinées à coopérer de façon étanche avec les faces latérales sensiblement planes du moule central. Les moules satellites sont notamment de type tiroir. L'invention a également pour objet une hélice de ventilateur obtenue par le procédé selon l'invention, et un motoventilateur comportant une telle hélice. L'hélice selon l'invention comporte un moyeu ayant un axe de rotation et une série de pales s'étendant radialement à partir du moyeu central formant une hélice mono-bloc. Le motoventilateur est du type comportant un moteur à courant continu sans balai couplé à une hélice via son axe de rotation, une virole dans laquelle est montée l'ensemble formé par le moteur et l'hélice ; l'hélice étant obtenue par le procédé selon l'invention. Le positionnement angulaire des pales autour du moyeu ainsi que l'orientation des pales sont détermines pour un diamètre extérieur de l'hélice déterminé et pour une plage de puissances de moteur déterminées, en fonction du débit d'air, de la pression, et du bruit aérien. La présente invention permet de réaliser de façon industrielle, à partir d'un moule reconfigurable à volonté, des hélices de ventilateur dont l'orientation des pales et leur position angulaire peuvent être modifiables à la demande suivant la destination d'utilisation du ventilateur : un même moule pouvant couvrir toute une gamme d'applications, par exemple des ventilateurs comportant des moteurs dont la puissance peut varier dans une gamme relativement grande tout en conservant un diamètre extérieur constant. Le nombre de pales, le diamètre extérieur de l'hélice du ventilateur, le décalage angulaire et l'orientation de chaque pale, ainsi que leur profil sont déterminés en fonction d'un certain nombre de paramètres notamment, le débit d'air, la pression, et le bruit aérien. Un des principaux avantages de la présente invention est de proposer un procédé de moulage par injection de matière à l'intérieur d'un moule constitué d'un moule central en deux parties destinées à former le moyeu du rotor de l'hélice et d'une série de moules en deux parties, appelés par la suite moules satellites, rapportés sur la phériphérie du moule central. Chaque moule satellite, indépendant du moule central forme une pale de l'hélice et peut être orientée indépendamment ou conjointement avec les autres pales et de façon suffisamment souple pour permettre de réaliser des hélices de ventilateur à configuration de pales multiples. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux figures annexées qui représentent - la figure 1, un schéma fonctionnel en perspective illustrant un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de moulage selon l'invention, - la figure 2, une vue de détail en coupe du plan de jointure entre le moule satellite et le moule central de l'hélice, - la figure 3, le schéma fonctionnel en perspective de la figure 1 où l'hélice n'est plus représentée par son moule, le contenant mais par l'hélice elle-même, le contenu, - la figure 4, le schéma fonctionnel de la figure 3 simplifié illustrant la rotation des pales sur elle-même autour du moyeu central, - la figure 5, une vue de dessus correspondant à la vue en perspective de la figure 4, - la figure 6, le schéma fonctionnel de la figure 3 simplifié, illustrant le déplacement angulaire des pales les unes par rapport aux autres, et - la figure 7, une vue de dessus correspondant à la vue en perspective de la figure 6, et - la figure 8, une vue en coupe, schématique, d'un motoventilateur comportant une hélice réalisée par le procédé selon l'invention. On rappelle succintement ci-après la technique de moulage par injection de matière sous pression. La matière à injecter, aluminium, alliage d'aluminium, matières plastiques ou autres, est injectée à l'intérieur d'un moule formé d'un assemblage de pièces devant reproduire les formes de la pièce à obtenir. Le procédé de moulage par injection sous pression met en oeuvre des pièces d'épaisseur variable en fonction de la morphologie des pièces à mouler, et permet des épaisseurs inférieures au millimètre. La matière chauffée est injectée sous pression à l'intérieur du moule par l'intermédiaire de canaux d'alimentation. Le moule est enfermé à l'intérieur d'une presse dont la force de fermeture correspond à la résistance qu'offre la presse aux efforts d'injection tendant à ouvrir le moule. Une fois la matière injectée à l'intérieur du moule, la pièce est éjectée du moule par un dispositif d'éjection, la presse est alors prête pour l'injection suivante. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'utilisation permettant la fabrication d'une hélice en un seul bloc, est représenté sur la figure 1. Le dispositif selon l'invention est constitué d'un ensemble de moules : un premier moule central 1 destiné à former le moyeu de l'hélice et une série de moules "satellites" 2i disposés radialement autour de la périphérie du moule central. Chaque moule satellite 2i formant respectivement une pale de profil déterminé. Les moules satellites 2i ont dans l'exemple illustré à la figure 1 une forme quasi cylindrique et sont constitués respectivement de deux parties 2A et 2B dont l'empreinte intérieure reproduit le profil de la pale. Les différents mouvements auxquels sont soumis les moules satellites 2i sont matérialisés sur la figure par des doubles flèches. Chaque moule satellite 2i est maintenu par un axe 3i coïncidant avec son axe longitudinal passant par le plan de joint Pi du moule 2i. Cet axe 3i est susceptible de se déplacer suivant plusieurs directions. Il est susceptible d'une part, d'être mu en rotation et d'être déplacé respectivement par rapport au moule central 1 par translation angulaire, et il est susceptible d'autre part, de se déplacer verticalement, parallèlement à la face latérale du moule central 1. Enfin l'axe 3i peut se déplacer suivant l'axe longitudinal du moule satellite 2i. La translation angulaire est symbolisée sur la figure par une première couronne 4, externe, centrée sur l'axe de rotation du moule central 1 destiné à former le moyeu de l'hélice, et mobile en rotation autour de cet axe. Des pions 5i répartis sur la couronne externe 4 symbolisent respectivement la solidarisation de la couronne 4 avec les supports des axes 3i de chaque moule satellite 2i. Sur cette figure, on a représenté également des moyens de calage 6i, c'est-à-dire de maintien en position des moules satellites 2i contre le moule central 1. Ces moyens de calage 6i symbolisent l'effort de pression nécessaire pour maintenir les moules satellites 2i en appui contre le moule central 1 lors de l'injection sous pression de la matière. La matière est par exemple injectée par l'intermédiaire d'une buse, non représentée sur la figure, solidaire de la partie supérieure 1A du moule central 1. Ces moyens de calage 6i sont également représentés respectivement en appui contre une deuxième couronne 7, interne, susceptible d'être mobile en rotation autour de l'axe central coïncidant avec l'axe du moule central 1. Chaque moule satellite 2i possède donc quatre degrés de liberté - rotation autour de son axe, - déplacement angulaire de l'axe par rapport au moule central 1 et donc par rapport au moule satellite adjacent 2i, - déplacement longitudinal du moule satellite 2i permettant le déplacement du moule satellite 2i le long de son axe longitudinal, - déplacement vertical du moule satellite 2i. Tous ces mouvements permettent de positionner de façon précise chaque moule satellite 2i sur le pourtour du moule central 1 afin d'adapter à la fois l'orientation des pales par rapport à leur axe longitudinal, et d'autre part de pouvoir régler de façon précise, l'écart angulaire entre chaque pale. Ces différents réglages sont déterminés pour répondre à des applications de ventilateur fonctionnant dans une plage de puissances déterminée, pour des diamètres et des caractéristiques aérauliques déterminés. Pour une facilité de représentation, on a représenté le moyeu central 1 ainsi que les deux couronnes sur un même plan dit de référence R. Dans la réalité, les moules satellites 2i sont par exemple de type tiroir. Le moule central 1 forme dans l'exemple de la figure un polygone à sept faces dont chaque face 8i est destinée à recevoir un moule satellite 2i. C'est par rapport à cette face 8i que le moule satellite 2i est positionné. La figure 2 illustre une vue de détail du plan de jointure entre le moule satellite 2i et le moule central 1. Chacune des faces 8i du moule central 1 est munie d'une ouverture 9i, ouverture permettant le passage de la matière sous pression à l'intérieur des moules satellites 2i. Chaque moule satellite 2i, quasi cylindrique, comporte une ouverture 10i à son extrémité correspondant à la base du cylindre lli, qui vient en regard de l'ouverture 9i de la face 8i du moule central 1. Cette ouverture 10i correspond à la section exacte de la pale non représentée, le reste de la base lli du moule satellite 2i venant obturer l'ouverture 9i de la face 8i du moule central 1. L'ouverture 9i ménagée dans la face 8i du moule central 1 est par exemple circulaire et l'ouverture loi du moule satellite 2i correspond à la section de la pale. Cette dernière doit être inscrite dans l'ouverture 9i du moule central 1 et de largeur inférieure à l'ouverture 9i du moule central 1. Les dimensions respectives de ces ouvertures 9i, 10i sont déterminées en fonction de la plage de positionnement angulaire souhaitée, donc des caractéristiques aérauliques souhaitées. La plage de positionnement angulaire est représentée sur la figure par des contours en traits interrrompus. Un joint d'étanchéité 12 par exemple un joint torique, disposé entre la base lli du moule satellite 2i et la face du moule central 1, est prévu pour supporter la pression lors de l'injection de la matière à l'intérieur du moule 1 (40 à 120 MPa) et les hautes températures (1200 à 1500 CO). C'est la pression déterminée, exercée par les moyens de calage 6i symbolisés par deux flèches, sur le moule satellite 2i qui permet de maintenir le moule satellite 2i de façon étanche contre la paroi latérale Si du moule central 1 pendant l'injection de matière sous pression. L'injection de matière est symbolisée par une flèche large. Pour l'opération de démoulage, les moules satellites 2i sont écartées du moule central 1 par translation le long de leur axe longitudinal 3i. Les moyens de calage 6i sont alors désactivés et prêts pour un nouveau positionnement avant une nouvelle injection. Sur la figure 3, on a illustré le schéma fonctionnel de la figure 1 mais en représentant cette foisci, l'hélice 13 telle qu'obtenue après moulage. Elle est formée d'un moyeu central 14 et de pales 15i positonnées respectivement sur les faces latérales 16i du moyeu central 14. Sur cette figure on a représenté volontairement les différents moyens permettant le maintien, la rotation, et le déplacement angulaire des pales 15i par rapport au moyeu central 14 afin d'illustrer la diversité des configurations pouvant être mises en oeuvre par le procédé et le dipositif selon l'invention. Les deux types de positionnement principaux des pales 15i autour du moyeu central 14 sont décomposés ciaprès et illustrés respectivement par les figures 4 à 7. La figure 4 illustre le positionnement des pales 15i par rotation autour de leur axe longitudinal. Les pales 15i sont maintenues par les moyens de calage 6i en appui par une première extrémité à la pale 15i et par une deuxième extrêmité à la couronne interne 7. La figure 5 est une représentation en vue de dessus de la vue en perspective de la figure 4 sur laquelle sont représentés les moyens 6i de maintien en position des pales 15i contre la paroi latérale du moyeu 14, tout en permettant la rotation des pales 15i autour de leur axe longitudinal. Ces moyens 6i sont matérialisés par des rotules en appui par une première extrémité sur la couronne interne 7 et par leur deuxième extrémité sur l'extrémité libre ou la pale 15i correspondant en fait à la face latérale externe du moule satellite. Cette représentation étant tout à fait fonctionnelle. De même, la figure 6 illustre le deuxième type de déplacement auquel sont soumis les pales 15i, c'est à dire le déplacement angulaire des pales 15i les unes par rapport aux autres autour du moyeu 14. La figure 7 illustre la vue en perspective de la figure 6 en vue de dessus sur laquelle est symbolisé le déplacement angulaire fictif des pales 15i le long des faces 16i de la paroi latérale du moyeu 15. Dans la réalité, ce sont les moules satellites 6i qui se déplacent le long des faces 8i du moule central 1. Le support des moules satellites, donc des pales 15i, est matérialisé par une fourche dont le manche solidaire du moule correspond à l'axe longitudinal du moule et dont la partie en U enserre le pion 5i solidaire de la couronne 4 mobile en rotation. Cette couronne 4 entraîne en rotation les axes des pales 15i via les pions d'entraînement 5i. La plage de variation possible le long de ces faces 16i est délimitée par des lignes interrompues. Le nombre de pales, leurs formes , ainsi que leurs configurations sont décrits ici à titre d'exemple non limitatif. La figure 8 illustre schématiquement un motoventilateur 17 comportant un moteur 18 du type à courant continu sans balai, couplé à une hélice 13 réalisée à l'aide du procédé selon l'invention et du dispositif pour sa mise en oeuvre, par l'intermédiaire de l'axe de rotation du moteur 18 commun à l'axe de rotation du moyeu 14 de l'hélice 13. L'ensemble constitué du moteur 18 et de l'hélice 13 est monté à l'intérieur d'une virole cylindrique 19 fixée à un équipement à ventiler non représenté, par l'une ou ses deux extrémités 20A, 20B. Le diamètre des moteurs utilisés est constant pour une plage de puissance des moteurs allant de 100 W & 1 KW environ. Le diamètre extérieur de l'hélice 13 est lui aussi constant pour la même plage de puissances. La position des pales 15i par rapport au moyeu 14 sera donc adaptée en fonction de la puissance du moteur donc, du débit, de la pression et du bruit aérien. REVENDICATIONS 1. Procédé de moulage d'une hélice de ventilateur, par injection de matière sous pression à l'intérieur d'un ensemble de moules en deux parties comportant un moule central (1) destiné à reproduire le moyeu central de l'hélice et des moules satellites (2i) destinés à reproduire les pales de l'hélice s'étendant radialement à partir du moyeu central (1), caractérisé en ce qu'il consiste - à amener les moules satellites (2i) en contact étanche avec la paroi latérale (8i > du moule central (1), - à positionner les moules satellites (2i) autour du moule central (1), les moules satellites (2i) communiquant avec le moule central (1) par des ouvertures - à injecter la matière sous pression à l'intérieur du moule central (1), la matière injectée dans le moule central (1) se distribuant dans les moules satellites (2i), via leurs ouvertures respectives (9i et lOi) pour reproduire en un seul bloc le moyeu et les pales de l'hélice suivant la configuration donnée par le positionnement déterminé des moules satellites (2i) autour du moule central (1). 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte - un moule central (1) en deux parties dont le profil interne définit la forme externe du moyeu (14) de l'hélice (13) et comportant un moyen permettant l'injection l'injection de la matière sous pression à l'intérieur du moule central (1), - une série de moules satellites (2i) en deux parties (2A et 2B), destinés à être amenés contre la paroi latérale (8i) du moule central (1), et dont le profil interne de chaque moule sattelite (2i) définit la forme externe des pales (15i) de l'hélice (13), - des moyens (3i, 5i, 4, 7) de positionnement précis des moules satellites (2i) autour du moule central (1), et de calage (6i) en position des moules satellites (2i) autour du moule central (1), et - un joint d'étancheité (12) disposé respectivement entre la face latérale (lui) de chaque moule satellite (2i) les faces latérales (8i) du moule central (1). 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de positionnement des moules satellites (2i) autour du moule central (1) comportent un moyen de déplacement angulaire de chaque satellite (2i) par rapport au moule central (1), un moyen de rotation de chaque satellite (2i) autour de leur axe (3i) longitudinal passant par le plan de joint des parties (2A et 2B) du moule satellite (2i), des moyens (6i) de calage en position des moules satellites (2i) autour du moule central (1). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le moule central (1) forme un polygone dont les faces (8i) sensiblement planes sont destinées à recevoir les moules satellites (2i), et en ce que les moules satellites (2i) sont de forme quasi cylindrique ; l'axe des moules satellites (2i) s'étendant radialement par rapport au moule central (1), les faces latérales (lli) des moules satellites (2i) en regard du moule central (1) étant sensiblement planes et destinées & coopérer de façon étanche avec les faces latérales (8i) sensiblement planes du moule central (1). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moules satellites (2i) sont de type tiroir. 6. Hélice (13) de ventilateur obtenue par le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte un moyeu (14) ayant un axe de rotation et une série de pales (15i) s'étendant radialement à partir du moyeu central (14) formant une hélice (13) mono-bloc. 7. Motoventilateur du type comportant un moteur & courant continu sans balai (18) couplé & une hélice (13) via son axe de rotation, une virole (19) dans laquelle est montée l'ensemble formée par le moteur (18) et l'hélice (13), caractérisé en ce qu'il comporte une hélice (13) obtenue selon le procédé de la revendication 1 ; le positionnement angulaire des pales (15i) autour du moyeu (14) ainsi que l'orientation des pales (15i) étant déterminé pour un diamètre extérieur de l'hélice (13) déterminée et pour une plage de puissances de moteur déterminé, en fonction du débit d'air, de la pression, et du bruit aérien.