Brevet FR2798184A1 — publié le 20010309

CARTER DE DISPOSITIF DE RENVOI D'ANGLE Dr MOTEUR DE PROPULSION POUR BATEAU La présente invention concerne un carter de dispositif de renvoi d'angle de moteurs de propulsion d'engins flottants ou submersibles, en particulier les propulseurs équipant les étraves et poupes bateaux ou de navires. Plus précisément la présente invention concerne carter ou boîte destiné(e)s à protéger un dispositif de renvoi d'angle du type comprenant - deux arbres tournants par rapport respectivement à deux axes de rotation perpendiculaires dont un premier arbre est entraîné en rotation par un moteur et un deuxième arbre entraîne au moins une hélice en rotation, - ainsi que des éléments mécaniques tels que engrenages comprenant des roues dentées et roulements à billes permettant la transmission de la rotation du dit premier arbre au dit deuxième arbre. Ce type de dispositif est utilisé notamment dans des propulseurs rétractables ou escamotables permettant de les utiliser sur de petites unités flottantes, en particulier dans la plaisance ou le dit propulseur doit être installé très en avant dans l'étrave du bateau. On a décrit dans le brevet \X'0 97/20733 des propulseurs de ce type notamment des propulseurs latéraux ou longitulinaux dans lesquels le propulseur est associé à un bras de guidage qui comporte dans sa partie supérieure un moteur, le bras de guidage renfermant un arbre tournant relié au moteur et entraînant à son autre extrémité un dispositif de renvoi d'angle à engrenage assurant la rotation de l'arbre d'entraînant sur lequel est monté une hélice. Dans les réalisations antérieures de carter de dispositif de renvoi d'angle dans le domaine maritime ou dans les autres domaines de l'industrie, ceux-ci sont toujours réalisés en matériau métallique avec une pièce principale de protection du dispositif de renvoi constitué en une pièce coulée creuse à l'intérieur de laquelle sont insérés en aveugle les dits arbres et les dits éléments mécaniques assurant le renvoi d'angle de façon à assurer une protection présentant une résistance mécanique suffisante pour reprendre les efforts importants de contrainte mécanique induits par la poussée de l'arbre portant les dites hélices de propulsion et auquel est soumis le carter lorsque le dispositif de renvoi d'angle en action. Dans le cas de dispositif immergé, les fabricants utilisent en général des matériaux lourds et onéreux tel que le bronze pour un impératif supplémentaire de résistance à la corrosion. En outre cette pièce métallique coulée creuse de protection nécessite un usinage de précision long et difficile à réaliser. Enfin de par sa structure en une seule pièce unique creuse en métal coulé, le montage des différents éléments mécaniques du dispositif de renvoi d'angle dans le carter est long et difficile car se fait en aveugle. L'ajustement du dispositif complet, notamment pour assurer la parfaite perpendicularité des axes des arbres tournants dans dite pièce, est difficile, et ne peut pas être contrôlé lors du montage du dispositif de renvoi d'angle à l'intérieur du carter. De surcroit est nécessaire d'effectuer le montage complet du renvoi d'angle dans carter ainsi que le montage du carter avec les différents autres éléments mécaniques assemblés en sortie du carter dans l'axe des deux arbres pour vérifier si l'ajustage du dispositif de renvoi dans le carter est correct et vérifier son calage en fonction des tolérances d'ajustement des différents autres éléments en sortie de carter dans l'axe des deux arbres. Ces difficultés de calage et d'ajustement se posent avec d'autant plus d'acuité que la dite pièce métallique creuse coulée est difficile à reproduire de manière uniforme en production compte tenu de l'importance de l'usinage précision qu'implique sa fabrication En outre, le carter est constitué par l'assemblage avec trois autres pièces métalliques rapportées qui doivent, elles aussi, être usinées précisément. Ces pièces rapportées assurent la fermeture des orifices de la dite pièce principale creuse par lesquels les différents éléments mécaniques du dispositif de renvoi d'angle sont insérés dans la dite pièce principale creuse. pièces rapportées de fermeture des orifices d'insertion du dispositif de renvoi d'angle dans le dit carter sont fixées sur la dite pièce principale creuse coulée métallique selon un plan de jonction perpendiculaire aux axes tournants et, notamment, perpendiculaire à l'axe de propulsion portant l'hélice. II en résulte que les efforts poussée de l'arbre portant l'hélice doivent être repris par les moyens de fixation de la pièce rapportée sur la dite pièce principale creuse à l'orifice sortie de l'axe de propulsion portant l'hélice. Au total il résulte de la structure des carters des réalisations antérieures l'usinage et le montage des dits carters et des pièces constitutives sont très longs et très coûteux. Ainsi, dans les propulseurs latéraux longitulinaux du type de ceux décrits dans WO 97/20733 le coût du carter et du montage des éléments mécanique dispositif de renvoi d'angle qu'il renferme représente environ les deux tiers du coût du propulseur. Le problème posé par la présente invention est donc réaliser un carter de dispositif de renvoi d'angle à engrenages et roulements à billes pour moteur de propulsion d'engins flottants ou submersibles présentant une résistance mécanique suffisante compte tenu des efforts de contrainte mécanique poussée transmis par le dit dispositif et repris par le carter tout en palliant les inconvénients de montage et de cout des carters métalliques antérieurs réalisés en pièces métalliques usinées tel que mentionné précédemment. Selon présente invention on a pris en compte que dans le domaine de la propulsion en milieu liquide par entraînements d'hélices, les efforts mécaniques repris par les carters ne sont pas aussi importants que dans d'autres secteurs de l'industrie dans la mesure, en particulier, où les efforts nécessaires au démarrage dans un milieu liquide ne sont pas aussi importants que pour un déplacement terrestre. D'autre part, recherches de l'inventeur dans le choix de la structure des pièces pouvant constituées le corps de protection principale du carter ont permis d'obtenir une solution au problème posé avec un carter dont le corps principal réceptacle du dispositif de renvoi d'angle est réalisé en plusieurs pièces en un matériau synthétique renforcé pouvant être obtenues directement sans usinage par moulage par injection et permettant de monter le dispositif de renvoi d'angle à l'intérieur du carter à "ciel ouvert", c'est à dire permettant de contrôler visuellement l'ajustement, en particulier l'ajustement de la perpendicularité des arbres et leur positionnement dans l'axe des différentes parties creuses du carter réceptacle des dits arbres. Plus précisément la présente invention fournit un carter de dispositif de renvoi d'angle de moteurs de propulsions pour bateaux destinés contenir un dispositif de renvois d'angles comprenant - deux arbres tournants par rapport à deux axes perpendiculaires dont un premier arbre est entraîné en rotation par le dit moteur et un deuxième arbre entraîne au moins une hélice en rotation - ainsi que les éléments mécaniques comprenant des engrenages et roulements à billes permettant la transmission de rotation du dit premier arbre dit deuxième arbre, caractérisé en ce que il comprend deux coquilles complémentaires présentant chacune - zone creuse réceptacle du dit dispositif du renvoi d'angle, et - une surface plane extérieure à la dite zone creuse et servant d'appui sur la coquille complémentaire, les deux dites surfaces d'appui coopérant entre elles selon un plan de jonction des deux coquilles défini par les axes de rotation des dit arbres tournants par la structure du dit carter, en particulier de par le fait que jonction des deux coquilles et la fermeture du carter s'opèrent selon un plan contenant les deux axes de rotation des deux arbres, on peut d'une part installer le dispositif de renvoi complet dans la dite zone creuse d'une seule dites coquilles dont il est ainsi possible d'assurer le contrôle d'ajustement des différents éléments mécanique du dispositif de renvoi d'angle avant assemblage des deux coquilles et fermeture du carter, d'autre part les efforts de poussée selon la direction longituginale des dits axes de rotation des dits arbres sont répartis et transmis de manière identique sur les deux coquilles et ne sont pas repris par les moyens de fixation des deux coquilles entre elles mais sont repris essentiellement dans la masse des deux coquilles. Dans un mode préférentiel les coquilles sont réalisées en matériau synthétique polymère thermoplastique renforcé. Le choix d'un matériau synthétique polymère thermoplastique renforcé, celui-ci étant à la fois injectable de par ses propriétés thermoplastiques et présentant des propriétés de résistance mécanique élevées de par sa nature composite a` la présence de renforts tel que des charges minérales ou synthétiques, permet d'obtenir par moulage avec une grande précision et sans usinage des coquilles de haute performance mécanique et d'uniformité parfaite en production. Les avantages de la présente invention sont donc - la facilité d'installation du dispositif de renvoi d'angle dans le carter, celle-ci se faisant "à ciel ouvert" - la possibilité de contrôle visuel de l'ajustement du dit dispositif dans le carter et le calage par rapport aux autres éléments mécaniques avec lesquels il coopère à l'extérieur du carter en particulier l'ajustement des différentes roues dentées et roulements et de la perpendicularité des arbres dans la zone creuse réceptacle ainsi que - l'absence d'usinage des pièces et leur parfaite uniformité en production par moulage par injection - et enfin, la résistance mécanique de par l'absence de reprise d'efforts de contrainte au niveau de la fixation des deux coquilles, et l'utilisation d'un matériau polymère thermoplastique renforcé. I1 en résulte une réduction des coûts de fabrication considérable qui peut représenter jusqu'à 30 % par rapport au coût total de fabrication d'un propulseur - une réduction du poids du carter d'un facteur de 4 à 5 et partant une réduction du propulseur de l'ordre de 20 - l'absence de couple galvanique en milieu marin qui est un des inconvénients de l'utilisation de pièces métalliques - et enfin une meilleure résistance à la corrosion que les pièces métalliques. Dans un mode préférentiel de réalisation, le carter selon l'invention est constitué de 2 coquilles identiques La structure identique des deux coquilles est un avantage supplémentaire car cela permet de rationaliser les stocks et contribue à la réduction des coûts dans la mesure où il n'y a plus qu'une seule pièce à injecter. De surcroît, il n'y a pas coquilles mâles ou de coquilles femelles donc les doutes et les erreurs sont inexistants. Dans un mode de réalisation avantageux, chaque coquille comporte une rainure à joints située sur la dite surface d'appui entre la zone creuse réceptacle et une zone comprenant les moyens de fixation des coquilles entre elles, la dite rainure à joints couvrant plus de la moitié de la périphérie de la dite zone creuse réceptacle de sorte que les dits joints des deux coquilles se chevauchent en un point d'intersection quand les deux coquilles sont fixées l'une à l'autre. Ce chevauchement de joint garantit l'étanchéité complète du pourtour la zone creuse réceptacle à protéger. Préférentiellement, chaque coquille présente un axe de symétrie qui correspond à l'axe de l'un des dits arbres tournants lorsque ceux ci sont logés à l'intérieur de la zone creuse réceptacle, et la dite rainure à joints suit la périphérie d'une des moisies symétriques de la dite coquille en dépassant l'axe de symétrie de manière à déboucher à au moins une de ses extrémités dans une partie Ceuse ou à l'extérieur de la dite coquille. Cette configuration permet le fluage joint lorsque celui-ci est compressé par jonction et fixation des deux coquilles entre elles. Dans une autre variante réalisation, le carter est réalisé avec deux coquilles distinctes dont notamment une coquille avec une rainure à joints sur la totalité de sa périphérie et coquille sans rainure à joints. Avantageusement, la dite surface d'appui de chaque coquille comporte des ouvertures de fixation qui permettent l'assemblage mécanique des deux coquilles par vissage Les dites coquilles comprennent dans la dite zone d'appui des empreintes en creux permettant l'insertion d'écrous de fixation du dit carter sur un élément support supérieur assurant un interface de liaison du carter avec le moteur. De manière à obtenir des propriétés mécaniques élevées, les coquilles sont réalisées dans un matériau polymère composite renforcé par des charges minérales ou synthétiques particulier sous forme de fibres. Dans un mode de réalisation préféré le matériau polymère thermoplastique comprend une résistance à la traction supérieure à deux cents i\lPa, de préférence supérieure à 250 NIPa et une haute rigidité avec un module d'élasticité supérieur à 10 GPa de préférence supérieur à 15 GPa et une teneur d'absorption d'eau inférieur à 0,5 %, de préférence inférieur à 0,15 %. En particulier, on utilise un matériau composite thermoplastique haute performance à base de polyphtalamides (PPA) renforce par des fibres de verre de préférence environ 45 % en poids. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à lecture de la description détaillée qui va suivre faite en référence aux figures l.et 2. figure 1 représente une vue de la face intérieure d'une coquille 2 selon l'invention. figure 2 représente une coupe en vue de profil carter 1 selon l'invention comprenant deux coquilles 2 assemblées de sorte que les deux faces intérieures définies sur les plans XX' et YY' de chaque coquille sont en appui. figure 3 représente le carter de la figure 2 en vue en perspective. carter 1 selon l'invention représenté et sur la figure 2 est obtenu par assemblage de deux coquilles 2 identiques représentées sur la figure 1. la figure 1, la face intérieure de la coquille présente une zone creuse réceptacle 3 du dispositif de renvoi d'angle et une surface d'appui 4a, 4b, 4c plane (hachurée sur la figure 1) qui vient en appui avec la même surface de la deuxième coquille lorsque les deux faces intérieures des deux coquilles sont mises en contact pour l'assemblage des deux coquilles et la fermeture du carter. La zone creuse réceptacle 3 du dispositif de renvoi d'angle comprend plusieurs parties - une partie en forme de section tubulaire verticale 31 qui reçoit le premier arbre tournant relié au moteur par son extrémité supérieure, laquelle débouche dans l'orifice supérieur 53 du carter - une partie inférieure 32 qui reçoit # l'extrémité inférieure dudit premier arbre, # les engrenages à roues dentées et roulements à billes, ainsi que l'extrémité dudit deuxième arbre tournant qui est entrainé en rotation par lesdits engrenages et roulements à bille et dont l'autre extrémité débouche dans un orifice latéral 51 du carter. Si le propulseur comprend une seule hélice, l'autre orifice latéral 52 est bouché. Si le propulseur comprend une deuxième hélice un arbre porteur de ladite deuxième hélice débouche dans l'orifice latéral opposé. La zone creuse réceptacle 3 de chaque coquille est creusée de manière à protéger la moitié du dispositif de renvoi d'angle, surface d'appui 4 correspondant au plan défini par les axes de symétrie et de rotation des dits arbres tournants En particulier, la partie forme de section tubulaire 31 correspond à une enveloppe de demi cylindre. A l'intérieur de la zone correspondant à la surface d'appui 4 sont prévus a/ des orifices d'assemblage 61 des deux coquilles entre elles. Ces orifices d'assemblage 61 permettent la fixation des deux coquilles au moyen de vis notamment en acier inoxydable. b/ zones creuses de fixation 62 du carter sur un élément support supérieur servant d'interface de liaisons avec le moteur et coopérant avec le manchon du carter . Avant de refermer le carter , on dispose dans ladite zone creuse de fixation du carter 62 un écrou qui reste bloqué après fermeture carter et peut coopérer avec une vis introduite à travers le dit élément support d'interface de liaison avec le moteur. c/ une rainure à joints 63. La coquille 2 présente une symétrie par rapport à l'axe Y' de la partie en forme de section tubulaire 31. La rainure à joints 63 entoure la zone creuse réceptacle 3 du dispositif de renvoi d'angle en parcourant la surface d'appui 4 entre: d'une part, le bord intérieur de la surface d'appui 4 délimite celle ci par rapport à la dite zone creuse réceptacle 3 et d'autre part la zone de la surface d'appui 4 qui comprend les orifices d'assemblage 61 et de fixation 62 La surface d'appui 4 est constituée de trois parties deux parties latérales 4a et 4b symétriques qui entourent la zone réceptacle creuse 31 entre l'orifice supérieur 53 correspondant aux manchons 7 et les bords supérieurs des orifices latéraux 51 et 52, et une partie inférieure 4c qui relie les bords inférieurs des deux orifices latéraux 51 et 52 De manière à assurer une étanchéité parfaite, la rainure à joint entoure toute la bordure de la zone creuse 31 dans la partie latérale symétrique 4a de la surface d'appui et seulement un peu plus de la moitié la bordure inférieure de la zone creuse 32 dans la partie inférieure 4c de la surface d'appui de manière à ce qu'il y ait un chevauchement des deux joints 63 lorsque l'on assemble les deux coquilles. La rainure à joint 63 est donc réalisée dans une seule des parties latérales symétriques 4a de la surface d'appui. Le joint est placé à proximité du bord de la zone creuse 3 et chaque section de joint débouche à au moins une de ses extrémités dans une partie creuse ou à l'extérieur 34 de la coquille de sorte que le joint peut toujours Huer lorsqu'il est mis en compression par assemblage des deux coquilles. Chaque coquille comprend une zone creuse 3 qui permet supporter la totalité du dispositif de renvoi d'angle de sorte que l'installation et l'ajustement de ce dernier "à ciel ouvert" peut être controlé visuellement ou à l'aide d'un appareil de contrôle par métrologie, ce facilite considérablement ces opérations. titre illustratif, on indique que la tolérance d'ajustement différentes pièces d'un dispositif de renvoi est de l'ordre de 5/l00 millimetres pour une coquille dont les dimensions extérieures globales sont de l'ordre de cent mm et les diamètres inférieurs des zones creuses compris entre 1 et 30 mm. La coquille selon l'invention est obtenue par moulage par injection a partir d'un matériau composite thermoplastique de haute performance mécanique, à savoir du polyphalamide (PPA) renforcé par des fibres de verre à proportion de 45 % en poids. Il s'agit plus particulièrement d'un polyphalamide de marque ANTODEL 8 (fabriqué par RHONE POL'LENC, AS - 1145) qui présente des propriétés mécaniques élevées à la fois en terme de rigidité avec un module d'élasticité supérieur à GPa et une resistance à la traction élevée avec une contrainte de rupture à la traction supérieure à 250 i@lpa, alors que ces deux caractéristiques rigidité et de résistance à la traction sont en général incompatibles : un matériau de haute rigidité étant en général fragile et réciproquement. REVENDICATIONS 1. Carter (1) de dispositif de renvoi d'angle de moteur de propulsion pour bateau destiné à contenir un dispositif de renvoi d'angle comprenant - deux arbres tournants par rapport à deux axes perpendiculaires (X X', Y Y') dont un premier arbre (YY') est entraîné en rotation par le dit moteur et un deuxième arbre (XX') entraîne au moins une hélice en rotation, - . ainsi que les éléments mécaniques comprenant des engrenages et roulements à billes permettant transmission de rotation du dit premier arbre au dit deuxième arbre , caractérisé en ce qu'il comprend deux coquilles complémentaires (2) présentant chacune - une zone creuse réceptacle du dit dispositif du renvoi d'angle, et - une surface plane (4a, 4b, 4c) extérieure à la dite zone creuse et servant d'appui sur la coquille complémentaire, les deux dites surfaces d'appui (4) coopérant entre elles selon un plan de jonction des deux coquilles défini par les dit axes (X X' et Y ') de rotation des dit arbres tournants. 2. Carter selon la revendication caractérisé en ce que chaque coquille est réalisée en matériau synthétique polymère thermoplastique renforcé 3. Carter de dispositif de renvoi d'angle selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il est constitué deux coquilles identiques 4. Carter de dispositif de renvoi d'angle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce chaque coquille comporte une rainure à joints (63) située dans la dite surface d'appui entre la zone creuse réceptacle (3) et une zone comprenant moyens de fixation (61) des coquilles entre elles, la dite rainure à joint couvrant plus de la moitié de la périphérie de la dite zone creuse (3)de sorte que les dits joints des deux coquilles se chevauchent en un point d'intersection quand les deux coquilles sont fixées l'une à l'autre 5. Carter de dispositif de renvoi d'angle d'embrayage selon la revendication 4 caractérisé en ce que chaque coquille (2) présente un axe de métrie qui correspond à l'axe de l'un des dits arbres tournants (Y1") lorsque ceux ci sont logés à l'intérieur de la zone creuse (3), et la dite rainure (63) à joints suit la périphérie d'une des moitiés symétriques de la dite coquille en dépassant l'axe de symétrie(YY') de manière à déboucher à moins une extrémité sur une partie creuse (32)OU l'extérieur (34) de la dite coquille. 6. Carter selon l'une des revendications précedentes caractérisé ce que la dite surface d'appui (4a, 4b, 4c) de chaque coquille (2) comporte des ouvertures de fixation (61) qui permettent l'assemblage mécanique des deux coquilles par vissage. 7. Carter selon l'une des revendications précédentes caractérisé ce que les dites coquilles (2) comprennent dans la dite surface d'appui 4b) des empreintes en creux (62) permettant l'insertion d'écrous de fixation du dit carter sur un élément support supérieur assurant un interface liaison du carter avec le moteur. 8. Carter selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque coquille est une pièce obtenue par moulage par injection réalisée en matériau synthétique polymère thermoplastique. 9. Carter selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la dite coquille est réalisée en un matériau polymère thermoplastique qui comprend une résistance à la traction supérieure à 200 MPa, de préférence supérieure à 250 MPa, et une haute rigidite avec un module d'elasticité supérieur à 10 GPa, de préférence supérieur à 15 GPa, et sa teneur d'absorption d'eau est inférieur à 0,5 %, de préférence inférieur à 0 5 %. 10. Carter selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la dite coquille est réalisée dans un matériau polymère composite renforcé par des charges minérales ou synthétiques, préférence sous forme de fibres. 11. Carter selon les revendications precedentes caractérisé en la dite coquille est réalisée en polymère polyphtalamide comprenant Tiron 45 % de fibres de verre.