Brevet FR2898154A1 — publié le 20070907

DESCRIPTION L'invention concerne une pompe à eau, comprenant un corps de pompe dans lequel se 5 trouve une roue à aubes montée sur un arbre de transmission, ainsi que des moyens d'entraînement pour entraîner en rotation l'arbre de transmission. De telles pompes à aubes servent notamment dans l'industrie automobile pour faire circuler l'eau du circuit de refroidissement des véhicules. Elles sont mises en mouvement par 10 une courroie qui entraîne une poulie. Initialement, la poulie était directement emmanchée sur l'arbre de transmission et le roulement à billes se trouvait à l'intérieur du corps de pompe. La poulie peut également être montée sur un roulement à billes placé sur un palier du boîtier de la pompe. La courroie est raccordée au moteur de sorte que tant que celui-ci tourne, la courroie entraîne la pompe en rotation, qu'il soit ou non nécessaire de faire circuler le liquide 15 de refroidissement. Il s'en suit une perte importante d'énergie et une usure accrue des pièces de la pompe. L'objectif de la présente invention est de développer une pompe à eau selon le préambule qui permette de ne faire circuler l'eau que lorsque la température le justifie de 20 sorte à faire des économies d'énergie. La régulation de la pompe devra de préférence être simple et robuste. Cet objectif est atteint conformément à l'invention en disposant un dispositif de couplage entre les moyens d'entraînement et l'arbre de transmission pour accoupler ou 25 désaccoupler les moyens d'entraînement et l'arbre de transmission en fonction de paramètres prédéfinis. Ainsi, les moyens d'entraînement pourront être en fonctionnement sans pour autant entraîner la pompe. L'accouplement ne se fera que lorsque des paramètres prédéterminés seront atteints. 30 Le dispositif de couplage peut être un dispositif de liaison par friction, notamment un visco-coupleur dans lequel un liquide visqueux assure un accouplement hydraulique quand il est présent en quantité suffisante et/ou avec une pression suffisante. Ainsi si les paramètres de contrôle sont atteints, par exemple si la température de l'eau dans le circuit de refroidissement atteint une valeur seuil, le dispositif de liaison par friction se déclenche 35 provoquant un accouplement entre les moyens d'entraînement et l'arbre d'entraînement. Il est préférable de prévoir des moyens de commande par élévation de température pour commander le dispositif de couplage en fonction de la température de l'eau régnant dans le circuit raccordé à la pompe. Les paramètres pour accoupler et désaccoupler les moyens d'entraînement et l'arbre de transmission seront donc la température de l'eau de refroidissement. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le dispositif de couplage comprend un dispositif de chicanes, une première partie du dispositif de chicanes étant solidaire de moyens d'entraînement, et la deuxième partie du dispositif de chicanes, complémentaire de la première, étant solidaire de l'arbre d'entraînement, des moyens d'introduction étant prévus pour introduire un liquide visqueux entre les chicanes pour assurer l'accouplement entre les moyens d'entraînement et l'arbre d'entraînement lorsque les paramètres de commande sont atteints. En absence de liquide visqueux, les deux parties du dispositif de chicanes ne coopèrent pas et la rotation des moyens d'entraînement ne provoque pas la rotation de la roue à aubes. Si par contre la température augmente, le liquide visqueux, jusque-là confiné dans une chambre de repos, est libéré et se met à circuler par centrifugation dans le dispositif de chicanes. Le liquide visqueux assure alors un accouplement des deux parties de ce dispositif de chicanes de sorte que la rotation des moyens d'entraînement, et donc de la première partie du dispositif de chicanes, provoque la rotation de la deuxième partie du dispositif de chicanes et par conséquent celle de la roue à aubes. Si la température de l'eau redescend suffisamment, les moyens d'introduction sont fermés, le liquide visqueux cesse de circuler dans la chambre des chicanes, le résidu étant éliminé par centrifugation, et les deux parties du dispositif de chicanes sont à nouveau désolidarisées. Il est préférable de disposer la première partie du dispositif de chicanes sur un boîtier solidaire des moyens d'entraînement, la deuxième partie du dispositif de chicanes étant disposée sur un boîtier solidaire de l'arbre d'entraînement. D'une façon simple, le dispositif de chicanes comprend deux jeux de parois axiales circulaires concentriques, solidaires pour l'un des moyens d'entraînement et pour l'autre de l'arbre d'entraînement, les parois de l'un des jeux pénétrant dans l'intervalle entre deux parois successives de l'autre jeu, sans les toucher. Ainsi, en absence de liquide visqueux entre les parois formant chicanes, ou si la pression du liquide visqueux y est insuffisante, la première partie du dispositif de chicanes, solidaire des moyens d'entraînement, n'entraîne pas en rotation la deuxième partie solidaire de l'arbre d'entraînement et donc de la roue à aubes. Pour provoquer l'entrée du liquide visqueux et/ou sa mise sous pression, les moyens de commande du dispositif visco-coupleur comprennent un élément pouvant se dilater sous l'effet de la chaleur, notamment en cire, un ressort ou tout autre artifice et disposé de sorte à pouvoir actionner quand il se dilate un dispositif d'admission du liquide visqueux dans la chambre des chicanes. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif de couplage comprend des moyens pour comprimer un liquide visqueux compris dans une chambre dont une paroi est solidaire des moyens d'entraînement et une autre est solidaire de l'arbre d'entraînement. Ainsi, en fonction des besoins, les moyens de compression compriment le liquide visqueux qui alors assure l'accouplement hydraulique entre la paroi solidaire des moyens d'entraînement et la paroi solidaire de l'arbre d'entraînement. Dans un mode de réalisation simple de l'invention, les moyens de compression comprennent une chambre contenant un liquide dilatable sous l'effet de la chaleur et dont la paroi déformable la sépare de la chambre de compression, la chambre déformable pouvant être solidaire de l'arbre d'entraînement ou, de préférence, des moyens d'entraînement. Dans la pratique, l'arbre d'entraînement peut être creux et fermé à son extrémité portant la roue à aubes, par exemple par un bouchon d'étanchéité, et le dispositif de couplage comprend un arbre primaire pénétrant dans l'arbre d'entraînement et solidaire des moyens d'entraînement, par exemple par le biais d'un boîtier, un tube déformable étant disposé autour de l'arbre primaire à l'intérieur de l'arbre d'entraînement sans pour autant le toucher, un liquide dilatable sous l'effet de la chaleur étant contenu dans la chambre formée par l'espace compris entre l'arbre primaire et le tube déformable, un liquide visqueux étant placé dans la chambre de compression située entre le tube déformable et la paroi interne de l'arbre d'entraînement. Quel que soit le mode de réalisation envisagé, il est préférable que l'arbre de transmission soit solidaire de la cage d'un premier roulement, de préférence la cage extérieure, l'autre cage de ce premier roulement, de préférence la cage intérieure, étant solidaire du corps de pompe. On placera de préférence le roulement à l'extérieur de la pompe, sur un palier prévu à cet effet. De même, il est préférable que les moyens d'entraînement comprennent une surface de contact solidaire de la cage d'un second roulement, de préférence la cage extérieure, l'autre cage de ce second roulement, de préférence la cage intérieure, étant de préférence solidaire de la cage du premier roulement solidaire de l'arbre d'entraînement, le dispositif de couplage étant interposé entre la cage du second roulement solidaire des moyens d'entraînement et l'arbre de transmission. Deux exemples de réalisation sont présentés ci-dessous à l'aide des figures qui 10 montrent : Figure 1 : un premier exemple de réalisation selon l'invention selon une coupe partielle ; Figure 2 : un second exemple de réalisation selon l'invention selon une coupe partielle. 15 Dans les deux cas, la pompe (1, 101) est composée d'un boîtier (2, 102) dans lequel se trouve une roue à aubes (3, 103) montée sur un arbre d'entraînement (4, 104). Des moyens d'entraînement sont prévus pour entraîner l'arbre (4, 104) en rotation. Dans les deux exemples présentés, le boîtier (1, 101) est muni d'un palier (5, 105) sur 20 lequel est emmanchée la cage intérieure (6', 106') d'un premier roulement à billes (6, 106). L'arbre d'entraînement (4, 104) est solidaire de la cage extérieure (6", 106") de ce même premier roulement (6, 106). Pour cela, l'arbre d'entraînement se prolonge par un boîtier radial (7, 107) qui se termine par une couronne (8, 108) s'étendant axialement. Cette 25 couronne (8, 108) est emmanchée sur la cage extérieure (6', 106') du premier roulement (6, 106). Il va de soi qu'il serait également possible de solidariser directement le boîtier radial (7, 107) avec la cage extérieure (6", 106") du premier roulement (6, 106). Un second roulement (9, 109) est emmanché sur la couronne (8, 108). La cage 30 intérieure (9', 109') de ce second roulement (9, 109) est donc solidaire de l'arbre d'entraînement (4, 104), tandis que la cage extérieure (9", 109") sert de poulie pour une courroie d'entraînement non représentée. Il est également possible de placer une poulie sur la cage extérieure (9", 109") de ce second roulement (9, 109). Un joint dynamique (10, 110) est placé entre le boîtier (2, 102) et l'arbre d'entraînement (4, 104) pour étancher la pompe (1, 101) au niveau du dispositif d'entraînement. Telle quelle, la pompe ne peut pas fonctionner. Les frottements subis par la roue à aubes dans la pompe sont trop importants pour que la rotation de la cage extérieure (9", 109") du second roulement (9, 109) puisse entraîner de façon significative la cage intérieure (9', 109') et donc l'arbre d'entraînement (4, 104). Un dispositif de couplage est donc disposé entre l'arbre d'entraînement (4, 104) et la 10 cage extérieure (9", 109") du second roulement (9, 109) pour accoupler ou désaccoupler ces deux éléments en fonction de paramètres prédéfinis. Dans les deux cas présentés, ce dispositif de couplage est commandé en fonction de la température de l'eau dans la pompe, notamment au niveau de la roue à aubes. Un liquide 15 visqueux rendu actif lorsque la température augmente assure le couplage hydraulique entre les moyens d'entraînement (9", 109") et l'arbre d'entraînement (4, 104). Dans le premier exemple de réalisation de l'invention, l'arbre d'entraînement (4) est creux et supporte le dispositif de couplage. Ce dernier est composé essentiellement d'un 20 arbre tournant primaire (20) solidaire des moyens d'entraînement (9") par l'intermédiaire d'un boîtier (21). Cet arbre primaire est entouré partiellement d'un tube déformable (22) contenant un liquide pouvant se dilater sous l'effet de la chaleur. A l'extrémité portant la roue à aubes (3), l'arbre d'entraînement (4) est fermé par un 25 bouchon d'étanchéité (23). A l'extrémité opposée, l'arbre d'entraînement creux (4) est fermé par un joint (24) placé entre l'extrémité du tube déformable (22) et la paroi interne de l'arbre creux (4). Il y a donc une chambre fermée (25) entre le tube déformable (22) et la paroi interne de l'arbre d'entraînement (4). Cette chambre (25) est remplie d'un liquide visqueux. La quantité de liquide visqueux est choisie de telle sorte que lorsque le tube déformable (22) 30 n'est pas déformé (basse température), la pression de liquide visqueux régnant dans la chambre (25) est insuffisante pour assurer un couplage entre l'arbre primaire (20) et l'arbre d'entraînement (4). Par contre, lorsque la température augmente, le liquide contenu dans le tube déformable se dilate provoquant la déformation du tube déformable (22) et par conséquent la compression du liquide visqueux contenu dans la chambre (25). Il se forme 35 alors un accouplement hydraulique entre l'arbre primaire (20) et l'arbre d'entraînement (4). La rotation de l'arbre primaire (20) solidaire des moyens d'entraînement (9") entraîne donc la rotation de l'arbre d'entraînement (4) et donc de la roue à aubes (3). L'eau de refroidissement se met à circuler. Lorsque la température du liquide diminue, le liquide contenu dans le tube déformable se rétracte, le tube déformable (22) retourne dans sa position initiale et la pression du liquide visqueux diminue. L'accouplement visqueux disparaît et la rotation de l'arbre primaire (20) ne provoque plus la rotation de l'arbre d'entraînement. Le couplage thermique entre l'eau située au niveau de la roue à aubes et le liquide dilatable peut se faire par l'intermédiaire de l'arbre creux (4) ou le bouchon d'étanchéité (23), 10 le liquide visqueux et le tube déformable (22). Selon la qualité du liquide dilatable utilisé, le passage de l'état désaccouplé à l'état accouplé peut se faire plus ou moins progressivement. Ainsi, il sera possible de concevoir la pompe de telle sorte qu'elle tourne d'autant plus vite que la température de l'eau de 15 refroidissement est élevée, tandis qu'elle tournera moins vite si la température est moins élevée et sera à l'arrêt lorsque la température de l'eau sera en dessous d'un certain seuil. La figure 2 présente un deuxième mode de réalisation de l'invention (101). Ici, le dispositif de couplage est constitué par un dispositif de chicanes. Les moyens 20 d'entraînement (109") sont munis d'un boîtier (120) qui porte une première partie (121) du dispositif de chicanes, l'autre partie (122) étant portée par le boîtier (107) solidaire de l'arbre d'entraînement (104). Ces chicanes sont constituées de deux jeux de parois annulaires axiales s'étendant pour la première partie (121) du boîtier (120) vers le boîtier (107) et pour la deuxième partie (122) du boîtier (107) vers le boîtier (120). A l'exception des deux parois 25 de bord, chaque paroi de l'une des parties du dispositif de chicanes (120, 121) pénètre dans l'espace situé entre deux parois successives de l'autre partie (121, 120) sans se toucher mutuellement. Un joint (123) assure l'étanchéité entre la chambre des chicanes (124) et le second roulement (109). 30 En absence de liquide visqueux entre les chicanes, la résistance qu'exerce le liquide de refroidissement dans la pompe sur la roue à aubes est trop importante pour que la rotation des moyens d'entraînement (109") et donc de la première partie du dispositif de chicanes (121), suffise pour entraîner l'arbre d'entraînement (104). Par contre, si du liquide visqueux est présent en quantité suffisante entre les chicanes, ou sous une pression 35 suffisante, il se forme grâce au système dispositif de chicane / liquide visqueux un accouplement hydraulique qui permet aux moyens d'entraînement (109") d'entraîner l'arbre d'entraînement (104) et donc la roue à aubes. Un élément de commande par élévation de température (125) est placé à l'intérieur de l'arbre d'entraînement (104). D'une part, cet élément de commande fait office de bouchon séparant la chambre des chicanes (124) et l'intérieur de la pompe et d'autre part, il assure la libération du liquide visqueux lorsque la température de l'eau dans la pompe augmente. Cet élément de commande (125) peut être un élément en cire qui se dilate lorsque la température augmente et provoque ainsi l'ouverture d'un clapet, ce qui libère le liquide visqueux dans la chambre des chicanes (124). A basse température, le liquide visqueux est contenu dans une chambre de repos non représentée. Dès que la température a atteint une valeur seuil, l'élément de commande (125) provoque l'ouverture du clapet et l'introduction du liquide visqueux dans la chambre des chicanes (124). Sous l'effet de la centrifugation, le liquide visqueux circule de la chambre de repos dans la chambre des chicanes (124) puis est récolté pour être réintroduit dans la chambre de repos. Les deux parties du dispositif de chicanes (121, 122) sont alors accouplées et la rotation de la courroie provoque la rotation de la roue à aubes. Lorsque la température est suffisamment basse, l'élément de commande (125) provoque la fermeture du clapet. Le liquide visqueux cesse d'entrer dans la chambre des chicanes. Le résidu est évacué par centrifugation avant d'être ramené dans la chambre de repos. Les deux parties du dispositif de chicanes (121, 122) sont à nouveau désolidarisées et la roue à aubes cesse de tourner même si la courroie continue d'entraînement en rotation les moyens d'entraînement (109"). Il va de soi que, comme dans l'état de la technique, le premier roulement servant à la rotation de l'arbre d'entraînement peut être à l'intérieur du boîtier. Il en va de même du second roulement. De même, le deuxième roulement ne doit pas impérativement être situé autour du premier. La courroie d'entraînement peut coopérer soit directement avec la cage extérieure (9", 109") soit avec une poulie rendue solidaire de la cage extérieure (9", 109") du second roulement. La régulation peut se faire de manière instantanée lorsqu'une certaine valeur seuil est 35 atteinte, ou au contraire de façon progressive selon les besoins. Liste des références: 1 Pompe à eau 2 Boîtier de la pompe 3 Roue à aubes 4 Arbre d'entraînement de la roue à aubes 5 Palier sur le boîtier pour le premier roulement 6 Premier roulement 6' Cage intérieure du premier roulement 6" Cage extérieure du premier roulement 7 Boîtier solidaire de l'arbre d'entraînement 8 Couronne du boîtier de l'arbre d'entraînement 9 Second roulement 9' Cage intérieure du second roulement 9" Cage extérieure du second roulement 10 Joint dynamique Arbre primaire 21 Boîtier de l'arbre primaire 20 22 Tube déformable 23 Bouchon d'étanchéité 24 Joint d'étanchéité Chambre pour liquide visqueux 25 101 Pompe à eau 102 Boîtier de la pompe 103 Roue à aubes 104 Arbre d'entraînement de la roue à aubes 105 Palier sur le boîtier pour le premier roulement 30 106 Premier roulement 106' Cage intérieure du premier roulement 106" Cage extérieure du premier roulement 107 Boîtier solidaire de l'arbre d'entraînement 108 Couronne du boîtier de l'arbre d'entraînement 35 109 Second roulement 109' Cage intérieure du second roulement 109" Cage extérieure du second roulement 110 Joint dynamique 120 Boîtier de la cage extérieure du second roulement 5 121 Première partie du dispositif de chicanes 122 Deuxième partie du dispositif de chicanes 123 Joint d'étanchéité 124 Chambre des chicanes 125 Elément de commande par élévation de température 10 Revendications 1. Pompe à eau (1, 101), comprenant - un corps de pompe (2, 102) dans lequel se trouve - une roue à aubes (3, 103) montée sur - un arbre de transmission (4, 104), - ainsi que des moyens d'entraînement (9", 109") pour entraîner en rotation l'arbre de 10 transmission (4, 104), caractérisée en ce qu'un dispositif de couplage est disposé entre les moyens d'entraînement (9", 109") et l'arbre de transmission (4, 104) pour accoupler ou désaccoupler les moyens d'entraînement (9", 109") et l'arbre de transmission (4, 104) en fonction de paramètres prédéfinis, le dispositif de couplage étant de préférence un dispositif de liaison 15 par friction, notamment un visco-coupleur dans lequel un liquide visqueux assure un accouplement hydraulique quand il est présent en quantité suffisante et/ou avec une pression suffisante. 2. Pompe à eau (1, 101) selon la revendication précédente, caractérisée en ce 20 qu'il est prévu des moyens de commande par élévation de température pour commander le dispositif de couplage, notamment en fonction de la température de l'eau régnant dans le circuit raccordé à la pompe. 3. Pompe à eau (1) selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le 25 dispositif de couplage comprend des moyens pour comprimer un liquide visqueux compris dans une chambre (25) dont une paroi est solidaire des moyens d'entraînement (9") et une autre est solidaire de l'arbre d'entraînement (4). 4. Pompe à eau (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les 30 moyens de compression comprennent une chambre contenant un liquide dilatable sous l'effet de la chaleur et dont la paroi déformable (22) la sépare de la chambre de compression (25), la chambre déformable pouvant être solidaire de l'arbre d'entraînement (4) ou, de préférence, des moyens d'entraînement (9"). 5. Pompe à eau (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'arbre d'entraînement (4) est un arbre creux fermé à son extrémité portant la roue à aubes (3), par exemple par un bouchon d'étanchéité (23) et en ce que le dispositif de couplage comprend un arbre primaire (20) pénétrant dans l'arbre d'entraînement (4) et solidaire des moyens d'entraînement (9"), par exemple par le biais d'un boîtier (21), un tube déformable (22) étant disposé autour de l'arbre primaire (20) à l'intérieur de l'arbre d'entraînement (4) sans pour autant le toucher, un liquide dilatable sous l'effet de la chaleur étant contenu dans la chambre formée par l'espace compris entre l'arbre primaire (20) et le tube déformable (22), un liquide visqueux étant placé dans la chambre de compression (25) située entre le tube déformable et la paroi interne de l'arbre d'entraînement (4). 6. Pompe à eau (101) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif de couplage comprend un dispositif de chicanes, une première partie (121) du dispositif de chicanes étant solidaire de moyens d'entraînement (109"), et la deuxième partie (122) du dispositif de chicanes, complémentaire de la première (121), étant solidaire de l'arbre d'entraînement (104), des moyens d'introduction étant prévus pour introduire un liquide visqueux entre les chicanes (121, 122) pour assurer l'accouplement entre les moyens d'entraînement (109") et l'arbre d'entraînement (104). 7. Pompe à eau (101) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la première partie (121) du dispositif de chicanes est disposée sur un boîtier (120) solidaire des moyens d'entraînement (109"), la deuxième partie du dispositif de chicanes étant disposée sur un boîtier (107) solidaire de l'arbre d'entraînement (104). 8. Pompe à eau (101) selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le dispositif de chicanes comprend deux jeux de parois axiales circulaires concentriques solidaires pour l'un (121) des moyens d'entraînement (109") et pour l'autre (122) de l'arbre d'entraînement (104), les parois de l'un des jeux pénétrant dans l'intervalle entre deux parois successives de l'autre jeu, sans les toucher. 9. Pompe à eau (101) selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que les moyens de commande (125) du dispositif visco-coupleur comprennent un élément pouvant se dilater sous l'effet de la chaleur, notamment en cire, et disposé de sorte àpouvoir actionner quand il se dilate un dispositif d'admission du liquide visqueux dans la chambre des chicanes (124). 10. Pompe à eau (1, 101) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'arbre de transmission (4, 104) est solidaire de la cage (6", 106") d'un premier roulement (6, 106), de préférence la cage extérieure, l'autre cage de ce premier roulement (6, 106), de préférence la cage intérieure, (6', 106'), étant solidaire du corps de pompe (1, 101). 11. Pompe à eau (1, 101) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens d'entraînement comprennent une surface de contact solidaire de la cage (9", 109") d'un second roulement (9, 109), de préférence la cage extérieure, l'autre cage (9', 109') de ce second roulement (9, 109), de préférence la cage intérieure, étant de préférence solidaire de la cage (6", 106") du premier roulement (6, 106) solidaire de l'arbre d'entraînement, le dispositif de couplage étant interposé entre la cage (9", 109") du second roulement (9, 109) solidaire des moyens d'entraînement et l'arbre de transmission (4, 104).