Brevet FR2917139A1 — publié le 20081212

Ventilateur La présente invention concerne un ventilateur du type comportant une structure de support, une roue portée par un arbre accouplé à un moteur d'entraînement et au moins un roulement à billes interposé entre l'arbre et la structure de support. Les circuits de ventilation des avions incorporent des ventilateurs pour assurer la circulation de l'air dans les gaines de ventilation. Ces ventilateurs tournent à une vitesse élevée et doivent être d'une grande fiabilité. Pour satisfaire à ces exigences, l'arbre supportant la roue du ventilateur est porté par deux roulements à billes. Ces roulements sont graissés pour éviter leur échauffement et leur destruction rapide. En outre, ces roulements sont équipés de cages de maintien des billes qui, outre leur fonction première de retenue des billes, exercent une fonction de barrière évitant que les particules en suspension dans l'air ne viennent polluer de manière trop importante la graisse. En outre, des flasques latéraux sont prévus pour éviter la pénétration des particules. Toutefois, ces protections sont insuffisantes, de sorte que la graisse se charge progressivement en particules qui nuisent à la qualité du contact entre les billes et les pistes du roulement, conduisant à la détérioration accélérée du roulement. L'invention a pour but de proposer un ventilateur équipé de roulements à billes ayant une longue durée de vie, même dans un environnement pollué par des particules en suspension. A cet effet, l'invention a pour objet un ventilateur du type précité, caractérisé en ce qu'au moins les éléments de roulement du ou de chaque roulement sont formés en un matériau céramique, et en ce que le ou chaque roulement sont montés sans graisse. Suivant des modes particuliers de réalisation, le ventilateur comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : -la pression de Hertz maximale appliquée aux billes du ou de chaque roulement est inférieure à 1500 Mpa ; - la pression de Hertz maximale appliquée aux billes du ou de chaque roulement est comprise entre 500 Mpa et 1200 Mpa ; - la pression de Hertz maximale appliquée aux billes du ou de chaque roulement est comprise entre 500 Mpa et 800 Mpa ; - la pression de Hertz maximale appliquée aux billes du ou de chaque roulement est comprise entre 1200 Mpa et 1500 Mpa ; - pour le ou chaque roulement, N x dm est inférieur à 500 000 où N est la vitesse de rotation de l'arbre et dm le diamètre moyen du roulement ; - le matériau céramique utilisé est du nitrure de silicium ; et - au moins l'une des bagues du ou de chaque roulement est formée en un matériau céramique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, don- née uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique qui est une vue en coupe longitudinale d'un ventilateur selon l'invention. Le ventilateur 10 illustré sur la figure 1 est destiné à être placé dans un circuit de ventilation d'un avion. Il comporte un corps extérieur tubulaire 12 à l'intérieur duquel est disposé un bulbe 14 autour duquel une roue 16 est montée mobile à rotation. Le bulbe 14 est relié au corps 12 par des bras transversaux 18 de sorte qu'une lame d'air cylindrique est délimitée entre le corps tubulaire 12 et le bulbe 14. Le bulbe 14 présente une structure de support 20 portant un carénage 22. Un moteur électrique 24 est logé à l'intérieur du carénage 22. ll est disposé suivant l'axe du ventilateur. Le moteur 24 présente un arbre 26 portant à son extrémité la roue 16. Dans le mode de réalisation illustré, la roue 16 épouse la forme du bulbe 14. La roue est dis-posée du côté du bulbe par lequel l'air est aspiré. Le rotor du moteur est solidaire de l'arbre 26 alors que le stator du moteur est solidaire de la structure de support 20. L'arbre 26 du moteur est porté par deux roulements à billes 30, 32 montés sans graisse. Les roulements sont disposés de part et d'autre du moteur 24, un roulement avant 30 dit étant disposé entre le moteur 24 et la roue 16 alors que l'autre roulement 32 dit arrière est disposé à l'opposé de la roue 16 par rapport au moteur 24. Comme connu en soi, chaque roulement comporte une bague extérieure 30A, 32A solidarisée en rotation par rapport à la structure 20 et une bague intérieure 30B, 32B solidarisée en rotation à l'arbre 26 ainsi que des éléments de roulement, notamment des billes 30C, 32C interposées entre les deux bagues. Une cage de retenue des billes, formée d'une virole cylindrique percée de logements de réception des billes assure une équirépartition des billes et un positionnement correct de celles-ci entre les deux bagues. Le roulement arrière 32 est chargé axialement par des rondelles élastiques 34 disposées autour de l'arbre 26 et appliquées entre la bague extérieure 32A du roule-ment et la structure 20. Ces rondelles élastiques forment ressort et repoussent la bague extérieure du roulement vers la roue 16. Le roulement avant 30 est de dimensions supérieures à celles du roulement 32. En effet, le roulement 30 subit à la fois la charge du ressort 34 et de la poussée aérodynamique résultant de la roue 16. Selon l'invention, les deux roulements 30 et 32 sont montés sans graisse. Ils comportent de préférence au moins une partie formée dans un matériau céramique. De préférence, cette partie est constituée des billes du roulement. Les billes en matériau céramique sont par exemple formées de nitrure de silicium (Si3N4). Suivant un premier mode de réalisation, les deux bagues intérieure et extérieure des roulements sont formées en métal et notamment en acier alors que seules les billes sont formées en céramique. Suivant un autre mode de réalisation, au moins l'une des bagues et de préférence les deux bagues sont formées en céramique ainsi que les billes. Le ressort 34 est dimensionné de manière à appliquer une charge relativement faible sur la bague extérieure du roulement arrière. Ainsi, les roulements sont montés avec une charge réduite, c'est-à-dire que les efforts appliqués sur le roulement sont tels, qu'au niveau du contact entre les billes et les bagues intérieure et extérieure, les températures générées sont inférieures aux limites acceptables par les matériaux mis en oeuvre. Plus précisément, la charge des roulements est assurée de sorte qu'une pression de Hertz maximale de 1500 Mpa est appliquée entre les bagues intérieure et extérieure et les billes. De préférence, la pression de Hertz est comprise entre 500 et 1200 Mpa et de manière encore plus préférentielle entre 500 et 800 Mpa. Suivant une autre variante préférée, la pression de Hertz est comprise entre 1200 Mpa et 1500 Mpa. A titre d'exemple, pour un ventilateur ayant une vitesse de rotation de 15 000 tours/minute, le roulement arrière 32 présente un diamètre intérieur de 12 mm, un dia- mètre extérieur de 32 mm et une longueur de 15,85 mm, le produit de la vitesse moyenne N de rotation des billes par le diamètre moyen dm du roulement noté N x dm étant égal à 330 000. Le diamètre moyen est la demi somme du diamètre intérieur et du diamètre extérieur. Le roulement avant 30 présente un diamètre intérieur de 17 mm, un diamètre extérieur de 40 mm et une longueur de 17,46 mm, le produit N x dm étant égal à 427 000. Ainsi, de préférence, les roulements sont dimensionnés de sorte que le produit de la vitesse moyenne N de rotation des billes par le diamètre moyen dm du roulement N x dm est inférieur à 500 000. Afin de permettre une évacuation satisfaisante de la chaleur, les roulements sont dépourvus de flasques, ces flasques étant normalement rendus nécessaires pour la protection de la graisse. En l'absence de ces flasques, la structure du ventilateur est adaptée pour créer un passage de circulation d'un fluide de refroidissement et notamment d'air au travers du roulement. Ce passage traverse le roulement et relie par exemple l'amont et l'aval du ventilateur. Ainsi, du fait des différences de pression entre les deux côtés du passage, un flux d'air de refroidissement s'établit au travers du roulement. Ainsi, la chaleur générée par le contact dans le roulement est évacuée par conduction au travers du matériau constituant le roulement et par convexion dans le flux d'air de refroidissement. Avec un tel ventilateur, dont les billes des roulements sont formées en céramique, on constate que, même en l'absence de graisse, la durée de vie des roulements est extrêmement longue si la charge appliquée aux roulements est modérée. En effet, l'absence de graisse permet une limitation du glissement entre les billes et les bagues, et par suite une limitation de l'échauffement. L'absence de graisse per- met en outre de réduire le glissement, ce qui permet d'appliquer une précharge réduite des roulements qui, par conséquent, réduit d'autant l'échauffement des roulements, la pression de Hertz étant relativement réduite. En outre, l'absence de graisse permet de moins dissiper la chaleur par brassage et de ne pas limiter la durée de vie du roulement par la durée de vie de la graisse. Ainsi, même en l'absence de graisse, la durée de vie des roulements est très longue, d'autant plus que les impuretés environnantes ne sont pas retenues par la graisse et ne contribuent pas à la détérioration du roulement par échauffement. REVENDICATIONS 1.- Ventilateur comportant une structure de support (20), une roue (16) portée par un arbre (26) accouplé à un moteur d'entraînement (24) et au moins un roulement à billes (30, 32) interposé entre l'arbre (26) et la structure de support (20), caractérisé en ce qu'au moins les éléments de roulement du ou de chaque roulement sont formés en un matériau céramique, et en ce que le ou chaque roulement (30, 32) sont montés sans graisse. 2.- Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression de Hertz maximale appliquée aux billes du ou de chaque roulement (30, 32) est inférieure à 1500 Mpa. 3.- Ventilateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression de Hertz maximale appliquée aux billes du ou de chaque roulement (30, 32) est comprise entre 500 Mpa et 1200 Mpa. 4.- Ventilateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pression de Hertz maximale appliquée aux billes du ou de chaque roulement est comprise entre 500 Mpa et 800 Mpa. 5.- Ventilateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression de Hertz maximale appliquée aux billes du ou de chaque roulement (30, 32) est comprise entre 1200 Mpa et 1500 Mpa. 6.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour le ou chaque roulement (30, 32), N x dm est inférieur à 500 000 où N est la vitesse de rotation de l'arbre (26) et dm le diamètre moyen du roulement (30, 32). 7.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractéri- sé en ce que le matériau céramique utilisé est du nitrure de silicium. 8.- Ventilateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'une des bagues du ou de chaque roulement (30, 32) est formée en un matériau céramique.