Brevet FR2848619A1 — publié le 20040618

HELICE DE REFROIDISSEMENT MOTEUR La présente invention concerne une hélice destinée au refroidissement d'un moteur de nature quelconque. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine automobile. Il est connu d'utiliser des hélices pour créer des écoulements d'air susceptibles de faire baisser la 10 température des moteurs exothermiques, tels que des moteurs de véhicules automobiles par exemple. De manière classique, une hélice de refroidissement moteur est essentiellement constituée d'un moyeu central, appelé bol, autour duquel sont 15 répartis régulièrement des éléments de forme vrillée, appelés communément pales. Le bol est plus particulièrement composé d'une paroi latérale, de forme tubulaire, à laquelle est rattaché un fond de forme circulaire. Un élément de liaison est par ailleurs 20 solidarisé axialement au centre du fond circulaire, afin de permettre le couplage de l'hélice avec l'arbre de transmission d'un moteur d'entraînement. Il est à noter f.. que ce type d'hélice est généralement monobloc, c'està-dire que le bol et le 25 jeu de pales forment une seule et même pièce. Dans la pratique, l'hélice présente par ailleurs une structure pleine qui est communément exécutée en matière plastique, et qui est classiquement réalisée par moulage par injection. La forme creuse du bol est imposée par la nécessité de procurer à l'hélice un encombrement axial le plus réduit possible; l'élément central présentant alors une hauteur limitée. Le bol est en effet conformé 2 2848619 de manière à pouvoir recevoir l'extrémité du moteur qui est chargé d'entraîner l'hélice, mais également de manière à pouvoir tourner librement autour bien évidemment. Le bol creux doit cependant être suffisamment rigide pour pouvoir résister aux contraintes mécaniques liées à l'utilisation de l'hélice. En effet, au cours de leur rotation, les pales sont soumises en permanence notamment à l'action de la force centrifuge. Comme 10 elles sont solidaires de la surface extérieure de la paroi latérale, ces pales vont par conséquent avoir naturellement tendance à déformer le bol. C'est pourquoi les hélices de refroidissement moteur connues comportent habituellement un nervurage à l'intérieur du 15 bol. Positionnées de manière adéquate, les nervures sont capables de conférer au bol une rigidité structurelle satisfaisante malgré la forme creuse de ce dernier. Dans la pratique, ces nervures internes s'étendent généralement de manière radiale le long du 20 fond du bol, entre l'élément central et la paroi latérale. S'il permet de garantir la rigidité structurelle du bol, le nervurrage interne présente toutefois l'inconvénient d'alourdir l'hélice de manière 25 significative. Cela est d'autant plus vrai que, dans la pratique, les nervures sont présentes en très grand nombre à l'intérieur du bol. Il est en effet indispensable de multiplier les nervures pour compenser leur faible hauteur. On rappelle que cette hauteur 30 réduite résulte de la nécessité d'avoir une hélice dont l'encombrement axial est minimal. Quoi qu'il en soit, l'alourdissement engendré par la présence des nombreuses nervures internes est en mesure de nuire aux 3 2848619 qualités dynamiques de l'hélice. L'existence de ce supplément de matière présente également des répercutions négatives en terme de cot. Aussi le problème technique à résoudre, par 5 l'objet de la présente invention, est de proposer une hélice de refroidissement moteur comportant un bol autour duquel est régulièrement répartie une pluralité de pales, le bol étant notamment composé d'une paroi latérale tubulaire solidaire d'un fond circulaire au 10 centre duquel est solidarisé un élément de liaison destiné à être couplé à un moteur d'entraînement, le bol comportant en outre une pluralité de nervures internes qui s'étendent le long du fond entre l'élément central et la paroi latérale, hélice qui permettrait 15 d'éviter les problèmes de l'état de la technique en offrant notamment une légèreté et. un prix de revient sensiblement améliorés, tout en préservant la rigidité structurelle de l'ensemble notamment au niveau du bol. La solution au problème technique posé consiste, 20 selon la présente invention, en ce qu'au moins une des nervures ménagées à l'intérieur du bol est au moins partiellement creuse. Il est à noter vque dans l'ensemble de ce document, la locution nervure creuse désignera indifféremment une 25 nervure partiellement ou entièrement creuse, c'est-àdire une nervure comportant un espace vide clos qui occupe soit une partie, soit la totalité de son volume intérieur. L'invention telle qu'ainsi définie présente 30 l'avantage de conférer à chaque nervure creuse une rigidité intrinsèque bien supérieure à celle d'une nervure pleine, en raison notamment de l'élargissement de sa base. L'augmentation de la rigidité individuelle de chaque nervure creuse permet alors avantageusement de diminuer le nombre totale des nervures à l'intérieur du bol, pour une rigidité globale constante. Il est ainsi possible de concevoir une hélice au moins aussi 5 rigide que ses homologues de l'état de la technique, avec un nervurage beaucoup moins important à l'intérieur du bol. La diminution du nombre de nervures internes permet ainsi d'alléger significativement le bol, et par 10 conséquent l'hélice dont les capacités dynamiques se voient alors sensiblement améliorées puisque la masse en mouvement est ainsi moindre. Indépendamment du gain de poids, la réduction du nervurage a également pour effet positif d'engendrer une économie substantielle de 15 matière qui vient ce cumuler avec celle générée par la présence de vide à l'intérieurs des nervures creuses. Tout ceci concoure à faire diminuer de manière notable le cot d'une telle hélice. La présente invention concerne également les 20 caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons tcchniques possibles.. Cette description donnée à titre d'exemple non 25 limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue de face d'une hélice de refroidissement moteur conforme à l'invention. La figure 2 fait apparaître en perspective la partie centrale de l'hélice de la figure 1. La figure 3 constitue une vue similaire à la figure 2, mais avec la partie centrale illustrée en coupe transversale. La figure 4 montre de face une portion de la partie centrale de l'hélice de la figure 1. La figure 5 est une vue similaire à la figure 4, mais avec la partie centrale représentée en coupe transversale. La figure 6 illustre, en coupe transversale, une 10 nervure selon un premier mode de réalisation. La figure 7 fait apparaître une nervure en coupe transversale, conforme à un second mode de réalisation. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par des références identiques. De même, 15 seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique. Les figures 1 à 5 illustrent une hélice de refroidissement moteur 1 qui est essentiellement 20 constituée d'un moyeu central, formant bol 2, autour duquel sont répartis de manière régulière plusieurs éléments de forme vrillée, formant pales 3. Le bol 2 est plus particulièrement composé d'une paroi latérale tubulaire 4 à laquelle est rattaché un fond circulaire 25 5. Un élément de liaison 6 est par ailleurs solidarisé axialement au centre du fond circulaire 5, afin de permettre le couplage de l'hélice 1 avec l'arbre de transmission d'un moteur d'entraînement. le bol 2 est en outre doté d'une pluralité de nervures de renfort 7, 30 8 destinées à le rigidifier. Ces nervures 7, 8 s'étendent le long du fond 5 entre l'élément central 6 et la paroi latérale 4. Dans cet exemple de réalisation, l'hélice 1 n'est pas destinée à être solidarisée directement sur l'arbre de son moteur d'entraînement. L'élément central 6 comporte en effet un insert 9 qui est en mesure de 5 servir d'interface de liaison entre le bol 2 et l'arbre d'entraînement. De manière habituelle, l'insert 9 est réalisé en métal fritté, c'est-àdire dans un matériau sensiblement plus dur que le plastique, et il est surmoulée axialement au centre du bol 2. Par ailleurs, le bol 2 est ici pourvu d'une nervure de rigidification circulaire 11 qui est positionnée de manière concentrique autour de l'élément central 6. Il est à noter que, même si la présence de ce renfort supplémentaire est à priori accessoire, elle 15 est cependant fréquente lorsqu'un insert 9 est employé. Enfin, l'hélice 1 est dotée d'un élément tubulaire périphérique, formant virole 12, dont la surface interne 13 est solidaire de la tête 14 de chaque pale 3. La fonction de la virole 12 est essentiellement de 20 procurer une bonne rigidité structurelle à l'ensemble de l'hélice 1, et notamment d'assurer le maintien relatif des différentes pales 3. -.sns: qu'on. peut le voir clairement sur la figure 1, l'insert 9, le bol 2 et la virole 12 sont 25 positionnés de manière concentrique par rapport à l'axe de rotation de l'hélice 1. Conformément à l'objet de la présente invention, toutes les nervures 7, 8 ménagées à l'intérieur du bol 2 sont partiellement creuses. En d'autres termes, 30 chaque nervure 7, 8 comporte un espace vide qui occupe une partie de son volume intérieur. Dans la pratique, il est bien évidemment préférable que toutes les nervures 7, 8 soient creuses, sans pour cela que ce soit une obligation. Selon une particularité de l'invention, chaque nervure creuse 7, 8 comporte au moins une cavité 5 interne 17, 18. Le nombre de cavités 17, 18 par nervure 7, 8, et le cas échéant leur positionnement relatif à l'intérieur de ladite nervure 7, 8, dépendent du procédé de fabrication utilisé. Mais en raison des dimensions relativement réduites de sa section, chaque 10 nervure creuse 7, 8 sera dans la pratique généralement pourvue d'une unique cavité 17, 18. Dans ce mode particulier de réalisation, chaque cavité 17, 18 est ménagée à la base de la nervure 7, 8 correspondante. Cette caractéristique permet avantageusement d'élargir la partie de la nervure 7, 8 qui est solidaire de la surface interne du bol 2, et par conséquent de maximiser l'effet de rigidification. Dans la pratique, et conformément aux figures 6 et 7, chaque nervure 7, 8 doit bien évidemment être 20 dimensionnée de manière à pouvoir recevoir le ou les cavités internes 17, 18. Ainsi, sa section sera de préférence triangulaire (figure 6) mais pourra également être sensiblement trapézodale ou parallélépipédique (figure 7) par exemple. Par ailleurs, chaque cavité 17, 18 s'étend ici parallèlement au fond 5 du bol 2. Dans cet exemple de réalisation, et comme ce sera quasi systématiquement le cas puisque les fonds 5 de bols 2 sont généralement plats, chaque cavité 17, 18 s'étend de manière 30 sensiblement longitudinale à l'intérieur de la nervure 7, 8 correspondante. De plus, dans ce mode particulier de réalisation, chaque cavité 17, 18 s'étend de l'élément de central 6 à la paroi latérale 4. Cela signifie que chaque cavité 17, 18 est dimensionnée longitudinalement de manière à s'étendre au moins sur toute la portion de la nervure 7, 8 qui est solidaire du fond 5 du bol 2. En outre, chaque cavité 17, 18 s'étend ici radialement le long du fond 5 du bol 2. Cela sousentend que les portions de nervures 7, 8, qui sont solidaires du fond 5, sont sensiblement linéaires et qu'elles sont positionnées de manière la plus directe 10 possible entre l'élément central 6 et la paroi latérale 4, c'est-à-dire disposée suivant un rayon par rapport au fond circulaire 5. Enfin, dans ce mode particulier de réalisation, chaque cavité 17, 18 remonte le long de la surface l5 interne de la paroi latérale 4. Cette caractéristique découle du fait que, pour assurer la rigidité entre le fond 5 et la paroi latérale 4, chaque nervure 7, 8 se doit de faire le lien entre ces deux parties du bol 2, et donc de s'étendre à la fois le long dudit fond 5 et 20 le long de ladite paroi latérale 4. De manière particulièrement avantageuse, chaque cavité 17, 18 s'étend ici le long de la paroi latérale 4 au moins jusqu'au niveau des pieds -de pales 15 pour des raisons qui seront expliquées plus loin. Selon une autre particularité de l'invention, les nervures creuses 7, 8 sont réparties de manière symétrique à l'intérieur du bol 2. Le but est de garantir une rigidité homogène. Cela ne signifie pas pour autant que les nervures 7, 8 doivent 30 obligatoirement être disposées de manière strictement régulière, c'est-à-dire avec des écarts angulaires constants. Comme dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures 1 à 5, la répartition des nervures 7, 8 peut être réalisée avec des espacements variables du moment que le rythme de ces variations se répètent périodiquement dans l'espace constitué par le fond 5 du bol 2. Conformément à une caractéristique avantageuse de l'invention, chaque nervure creuse 7, 8 comporte ici une partie sommitale 27, 28 qui s'étend sur sensiblement toute sa longueur, de manière sensiblement perpendiculaire à la surface interne du bol 2. Ainsi 10 qu'on peut le voir plus particulièrement sur les figures 6 et 7, la largeur de chaque partie sommitale 27, 28 est sensiblement inférieure à celle de la base de la nervure 7, 8, c'est-à-dire de l'ordre de un à deux millimètres dans la pratique. Chaque partie 15 sommitale 27, 28 peut bien évidement prendre des formes diverses, notamment au niveau de sa portion située à proximité de la paroi latérale 4. La portion, positionnée à proximité de l'élément central 6, est quant à elle limitée en hauteur par les impératifs 20 d'encombrement axial précédemment évoqués. De manière particulièrement avantageuse, la partie sommitale 28 d'une nervure 8 peut comporter une - portion, formant.-ailette 29, qui est apte à brasser l'air présent à l'intérieur du bol 2 lorsque l'hélice 1 25 est en rotation. Cette caractéristique, qui est présente dans le mode particulier de réalisation choisi ici pour illustrer l'invention, permet d'assurer au moins partiellement le refroidissement du moteur chargé d'entraîner l'hélice, moteur qui est généralement 30 électrique. Les nervures 7, 8 à l'intérieur du bol 2 fonctionnent en effet comme une pompe centrifuge qui force l'écoulement de l'air à l'intérieur du moteur 2848619 puis vers l'extérieur, réalisant ainsi le refroidissement dudit moteur. Dans l'exemple de réalisation des figures 1 à 5, le bol 2 comporte deux types de nervures 7, 8. On 5 dénombre sept nervures 8 dont la partie sommitale 28 est dotée d'une portion formant ailette 29, et sept nervures 7 dont la partie sommitale 27 est dépourvue de ce genre d'excroissance. Ainsi qu'on peut le voir notamment sur les figures 2 et 3, chaque type de 10 nervures 7, 8 est positionné radialement et de manière strictement régulière autour de l'élément central 6. Ainsi donc, malgré les différences formelles entre les deux types de nervures 7, 8, la double répartition régulière permet avantageusement de conférer une 15 rigidité parfaitement homogène à l'ensemble du bol 2. Selon une autre particularité de l'invention, l'hélice 1 présente une structure monobloc qui est obtenue par moulage par injection assisté par de l'injection de gaz. Ce procédé est parfaitement connu 20 dans le domaine de l'injection plastique, et ne sera par conséquent pas décrit ici de manière exhaustive. On rappelle simplement qu'il consiste schématiquement à introduire du gaz sous pression, dans le moule, en même temps que l'on procède à l'injection proprement dite du 25 matériau de remplissage qui est généralement du plastique. Le passage de tout flux gazeux dans le plastique à l'état liquide est alors apte à générer avantageusement une cavité. Toute la difficulté de cette technique, aujourd'hui parfaitement maîtrisée, 30 réside dans le contrôle de l'injection de gaz. L'objectif est en effet de créer des cavités positionnées et dimensionnées de manière adéquate au sein de la future pièce moulée. Concrètement, le plastique liquide injecté va se refroidir progressivement au contact des parois du moule, ce qui va entraîner sa solidification partielle sous forme de couche le long desdites parois. Si l'on 5 continue à pousser avec du gaz, on va alors faire fluer tout ce qui reste de plastique liquide, au centre du plastique solide, vers les zones les plus éloignées. On va ainsi créer une cavité. Cette technique de moulage par injection assisté 10 par de l'injection de gaz présente l'avantageuse de pouvoir s'affranchir des principaux défauts des procédés généralement utilisés pour réaliser les hélices de refroidissement moteur 1. En effet, un classique moulage par injection génère toujours un 15 certain nombre de dispersions géométriques par rapport au modèle théorique défini par CAO. le problème vient du fait qu'une pièce moulée par injection classique est généralement pleine et qu'elle est composée de parties d'épaisseurs différentes. Or il est bien connu que les 20 parties les plus fines refroidissent plus vite que les parties les plus épaisses. Cela engendre par conséquent des phénomènes de retrait qui génèrent à leur tour des contraintes à- l'intérieur du matériau, ainsi qu'urn aspect bosselé et/ou granuleux en surface. Or, 25 l'introduction de gaz sous pression, concomitamment à l'injection de matière, a par contre avantageusement tendance à pousser ladite matière contre les parois du moule et ainsi à générer des parois d'épaisseurs limitées et constantes. Toute l'épaisseur du matériau 30 de remplissage reste par conséquent à une température plus homogène durant toute la durée du moulage. Cela permet d'obtenir des états de surface réguliers et uniformes, ainsi qu'un plus grand respect de la géométrie. Bien entendu, l'utilisation du procédé de moulage par injection assisté par de l'injection de gaz n'est 5 en rien limitée à la partie centrale de l'hélice 1, c'est-à-dire à la formation de cavités 17, 18 à l'intérieur des nervures 7, 8. Son usage peut être avantageusement étendu à des parties plus périphériques, notamment pour réaliser des pales 3 10 creuses, toujours dans le but de réduire le poids de l'hélice 1 et de réaliser des économies significatives de matière. Dans la pratique, l'injection du plastique s'effectue toujours au niveau de la région centrale de 15 l'hélice 1, c'est-à-dire autour de l'insert 9 dans le cas présent. Le plastique liquide est alors poussé progressivement du centre vers l'extérieur, tout d'abord à travers le bol 2, puis à travers chaque pale 3. Les nervures 7, 8, ménagées radialement à 20 l'intérieur du bol 2, sont alors utilisées avantageusement pour amener le matériau de remplissage jusqu'aux têtes 14 respectives de chaque pale 3. - Aussi, si les nervures -présentent une section sensiblement élargie par rapport à leurs homologues 25 pleines de l'état de la technique, elles constitueront alors un canal de passage adéquat pour faire fluer efficacement le plastique liquide jusqu'aux pieds de pales 15, mais surtout pour amener du gaz sous pression jusqu'à l'intérieur desdites pales 3 et créer alors des 30 cavités. c'est précisément le cas avec les nervures creuses 7, 8 d'une hélice 1 conforme à la présente invention. L'écoulement du matériau de remplissage injecté, ainsi que celui du gaz introduit sous pression, seront d'autant plus facilités que les différentes nervures creuses 7, 8 seront sensiblement colinéaires aux 5 différentes pales 3. Aussi, selon une autre particularité de l'invention, l'hélice 1 comporte au moins une nervure creuse 7, 8 par pale 3, chaque nervure creuse 7, 8 étant positionnée en vis-à-vis d'un pied de pale 15 par rapport à la paroi latérale 4 du 10 bol 2. Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures 1 à 5, les nervures creuses 7, 8 sont regroupées par deux; chaque couple de nervures 7, 8 étant disposé en regard d'un pied de pale 15. Bien entendu l'invention concerne également tout 15 dispositif de refroidissement moteur comportant au moins une hélice de refroidissement 1 telle que précédemment décrite. On pense ici par exemple à un système de refroidissement d'un véhicule automobile, qui est essentiellement composé d'au moins un échangeur 20 thermique couplé à au moins une telle hélice de refroidissement 1. De même, l'invention s'applique à tout véhicule automobile. dot.-é ... d'au. moins une. .. hélice de refroidissement moteur 1 telle que précédemment 25 décrite. Il est à noter que la notion de véhicule automobile concerne ici tout véhicule à moteur, c'està-dire tout engin roulant capable de progresser de luimême à l'aide d'un moteur, quel que soit le type dudit moteur et indépendamment de la taille et/ou du poids 30 dudit véhicule. Par conséquent, un véhicule automobile pourra désigner aussi bien une voiture, un camion ou un autobus par exemple. REVENDICATIONS 1. Hélice de refroidissement moteur (1) comportant un bol (2) autour duquel sont régulièrement réparties une 5 pluralité de pales (3), le bol (2) étant notamment composé d'une paroi latérale tubulaire (4) solidaire d'un fond circulaire (5) au centre duquel est solidarisé un élément de liaison (6) destiné à être couplé à un moteur d'entraînement, le bol (2) 10 comportant en outre une pluralité de nervures internes (7, 8) qui s'étendent le long du fond (5) entre l'élément central (6) et la paroi latérale (4), caractérisée en ce qu'au moins une des nervures (7, 8) ménagées à l'intérieur du bol (2) est au moins 15 partiellement creuse. 2. Hélice (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les nervures creuses (7, 8) sont réparties de manière symétrique à l'intérieur du bol (2). 20 3. Hélice (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une des nervures creuses (7, 8) comporte une partie sommitale (27, 28) qui s'étend sur sensiblement toute sa longueur de manière 25 sensiblement perpendiculaire à la surface interne du bol (2), et qui présente une largeur sensiblement inférieure à celle de la base de la dite nervure (7, 8). 4. Hélice (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie sommitale (28) d'au moins une nervure creuse (8) comporte une portion, formant ailette (29), qui est apte à brasser l'air présent à l'intérieur du bol (2) lors de la rotation de ladite hélice (1). 5. Hélice (1) selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une nervure creuse (7, 8) par pale (3), chaque nervure creuse (7, 8) étant positionnée en vis-à-vis d'un pied de pale (15) par rapport à la paroi latérale (4) du bol (2). 6. Hélice (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque nervure creuse (7, 8) comporte au moins une cavité interne (17, 18). s15 7. Hélice (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque cavité (17, 18) est ménagée à la base de la nervure (7, 8) correspondante. 8. Hélice (1) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que chaque cavité (17, 18) s'étend parallèlement au fond (5) du bol (2). 9. Hélice (1) selon l'une quelconque des 25 revendications 6 à 8, caractérisée en ce que chaque cavité (17, 18) s'étend de l'élément central (6) à la paroi latérale (4). 10. Hélice (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que chaque cavité (17, 18) s'étend radialement le long du fond (5) du bol (2). 11. Hélice (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que chaque cavité (17, 18) remonte le long de la paroi latérale (4). 12. Hélice (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que chaque cavité (17, 18) s'étend le long de la paroi latérale (4), au moins jusqu'au niveau des pieds de pales (15). 13. Hélice (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle présente une structure monobloc qui est obtenue par moulage par injection assisté par de l'injection de 15 gaz. 14. Hélice (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une pale (3) qui est au moins 20 partiellement creuse. 15. Dispositif de refroidissement moteur, caractérisé en ce qu'il comporte au -moins une hélice de refroidissement (1) selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes. 16. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une hélice de refroidissement moteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 30