Brevet FR3022579A1 — publié le 20151225

BAGUE DE FIXATION POUR ROUE DE TURBINE D'UNITE DE TRAITEMENT D'AIR ET UNITE DE TRAITEMENT D'AIR COMPRENANT UN TEL ELEMENT DE FIXATION La présente invention concerne une bague de fixation pour une roue de turbine d'unité de traitement d'air, et unité de traitement d'air comprenant un tel élément de fixation. L'invention concerne plus particulièrement le domaine des unités de confort, qui sont des appareils de traitement d'air composés d'un filtre, d'un groupe moto-ventilateur et d'un échangeur thermique. Ces éléments sont assemblés et intégrés dans un châssis, éventuellement équipé d'une carrosserie d'habillage. Ces unités de confort sont généralement montées en allège ou intégrés totalement ou en partie dans des faux-plafonds ou des faux-planchers. Les unités de confort sont utilisées principalement pour filtrer l'air et en garantir ainsi la qualité, et pour tempérer le local ou le volume considéré en réalisant un échange thermique entre l'air à traiter et un fluide, souvent de l'eau ou de l'eau glycolée. Le fluide peut être chaud, il est alors utilisé pour réchauffer le local, ou froid afin de le rafraichir. L'air tient lieu de fluide primaire, et permet d'apporter confort, qualité et température. Il est véhiculé dans l'unité de confort, au moyen du groupe moto-ventilateur qui est généralement composé d'un moteur et d'un berceau, d'une ou plusieurs turbines, par exemple une turbine centrifuge, et de composants métalliques tels qu'une plateforme, une ou plusieurs volutes et enveloppes de volutes. L'air est aspiré en entrée par des ouïes latérales du ventilateur et est diffusée en sortie à des conditions de vitesse et de pression désirées. La roue de la turbine est mise en place sur un ou deux arbres moteurs et un élément de fixation est utilisé pour rendre la roue solidaire des arbres moteurs. Cet élément de fixation, parfois appelé moyeu, collier, ou bague, a pour fonction première d'immobiliser la roue en rotation et en translation par rapport à l'arbre moteur, de sorte que la roue conserve sa position initiale tout le long de la durée de vie de l'unité de confort. De manière classique, pour fixer la roue de turbine à l'arbre moteur, il est connu de réaliser un montage serré de type montage sous presse, qui consiste en un assemblage forcé entre l'arbre moteur et la bague de fixation, le diamètre externe de l'arbre moteur étant légèrement supérieur au diamètre interne de la bague de fixation. En alternative, il est connu d'utiliser un collier métallique ou en matière plastique afin de serrer la bague de fixation sur l'arbre moteur. 3022579 2 Enfin, il est connu de réaliser un montage glissant entre la bague de fixation et l'arbre moteur, ces éléments étant pourvus d'un méplat afin de bloquer leur rotation relative. Une vis de pression vissée dans la bague de fixation permet de bloquer leur translation relative. 5 Ces trois types de fixations, utilisées de manière classique pour fixer une roue de turbine métallique avec une bague de fixation métallique, posent des problèmes de tenue dans le temps lorsqu'il s'agit de fixer une roue de turbine, réalisée en matériau composite, sur un arbre métallique. En raison de la souplesse du matériau composite, l'assemblage a tendance à se rompre après quelques centaines d'heures de fonctionnement. 10 Par ailleurs, les bagues de fixation génèrent parfois un balourd qui déséquilibre le fonctionnement dynamique de l'unité de confort et accélère la rupture de la fixation. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un élément de fixation pour roue de turbine d'unité de traitement d'air, l'unité de traitement d'air comprenant : 15 - un moteur entrainant en rotation, autour d'un axe, un arbre, - un élément de fixation de la roue de turbine sur l'arbre. L'élément de fixation est traversé par un passage prévu pour coopérer avec l'arbre moteur, le passage et l'arbre étant pourvus d'un méplat pour le blocage en rotation de l'élément de fixation par rapport à l'arbre. L'élément de fixation comporte des nervures de 20 blocage en rotation de l'élément de fixation par rapport à la roue de turbine, les nervures étant prévues pour coopérer avec des fentes de la roue de turbine. L'élément de fixation comporte un fut de vis, prévu pour coopérer avec une vis de pression pour le blocage en translation de l'élément de fixation par rapport à l'arbre moteur. Grâce à l'invention, le méplat de l'élément de fixation assure un blocage de la 25 rotation par rapport à l'arbre moteur. Les nervures permettent de bloquer la rotation de l'élément de fixation par rapport à la roue de turbine. Lorsqu'une vis de pression est reçue dans le fût de vis, elle assure le blocage en translation de l'élément de fixation par rapport à l'arbre moteur. L'élément de fixation peut être réalisé dans un matériau léger, notamment un 30 matériau plastique. L'élément de fixation ne comporte pas de balourds, il ne génère pas vibrations causées par les effets de l'inertie. La tenue de l'assemblage réalisé par l'élément de fixation est améliorée par rapport aux éléments de fixation de l'art antérieur. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel élément de fixation peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans 35 toute combinaison techniquement admissible : 3022579 3 - L'élément comprend au moins une excroissance d'équilibrage de l'inertie de l'élément de fixation. - L'une des excroissances est diamétralement opposée au fut de vis. - Les excroissances sont réparties angulairement de manière régulière autour de 5 l'axe. - L'élément comprend des nervures de renfort mécanique du fut de vis. - Une paroi externe de l'élément de fixation comporte au moins un ergot de repérage de la position angulaire de l'élément de fixation. - L'élément de fixation est réalisé en un matériau plastique, de préférence un 10 matériau comprenant un polymère thermoplastique, notamment un polytéréphtalate de butylène tel que le PBT GF 30 (marque déposée). - Le matériau plastique comprend en outre des fibres, notamment des fibres de verre. - L'élément de fixation comporte un épaulement interne prévu pour venir en butée 15 contre la roue de turbine. L'invention concerne également une unité de traitement d'air qui comprend : - un moteur entrainant en rotation, autour d'un axe, un arbre, - un élément de fixation de la roue de turbine sur l'arbre conforme à l'invention. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci ressortiront plus 20 clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins, dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'une unité de traitement de l'air conforme à l'invention, incluant une bague de fixation d'une roue de turbine sur un arbre moteur ; - la figure 2 est une vue de la roue de turbine selon la flèche II à la figure 1, la 25 bague et l'arbre moteur n'étant pas représentés ; - la figure 3 est une coupe longitudinale de la roue de turbine de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en perspective de la bague de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue de la bague selon la flèche V à la figure 4 ; et - la figure 6 est une coupe selon la ligne VI-VI à la figure 5. 30 La figure 1 montre une unité de traitement d'air ou unité de confort 1, qui comprend un moteur électrique 2 fixé sur une plateforme 3 et entrainant en rotation un arbre de sortie 4 sur lequel est fixée une roue de turbine 5 disposée dans une enveloppe 6 pourvue d'ouvertures pour le passage de l'air. La roue de turbine 5 est de forme généralement cylindrique à base circulaire et 35 comprend des aubes 51 intérieures s'étendant en longueur le long d'un axe de rotation X 3022579 4 de l'arbre 4 qui est un axe commun pour le moteur 2, la roue de turbine 5 et une bague 7 de fixation de la roue de turbine 5 sur l'arbre 4. Une paroi 52 perpendiculaire à l'axe X s'étend à l'intérieur de la roue de turbine 5. Le long de l'axe X, la paroi 52 est disposée au niveau d'une zone médiane de la roue de 5 turbine 5. Une douille 53 centrée sur l'axe X s'étend au travers de la paroi 52. Chaque extrémité longitudinale de la douille 53 comporte une pluralité de fentes 54, par exemple six fentes, parallèles à l'axe X et débouchant au niveau de cette extrémité longitudinale. Les deux faces de la paroi 52 sont pourvues d'une pluralité de nervures de renfort 10 55, par exemple six nervures, s'étendant chacune en longueur selon une direction radiale par rapport à l'axe X. Les nervures 55 sont adjacentes à la douille 53 et sont espacées angulairement de manière uniforme autour de l'axe X. Les nervures 55 sont alignées angulairement, autour de l'axe X, avec les fentes 54. L'arbre 4 comporte un méplat 41 s'étendant parallèlement à l'axe X. 15 La bague 7 réalise un blocage en rotation et en translation de la roue 5 par rapport à l'arbre 4. Le long de l'axe X, la bague 7 comprend deux parties 7A et 7B de forme globalement cylindrique et à base circulaire. La partie 7A est prévue pour être montée du côté de la paroi 52 de la roue de turbine 5. La bague 7 est traversée par un passage central et longitudinal 71 centré sur l'axe 20 X, pour le passage de l'arbre 4. Au niveau de la partie 7A de la bague 7, le diamètre du passage 71 est supérieur au diamètre du passage 71 dans la partie 7B. Ainsi, un épaulement interne 72 de forme annulaire, perpendiculaire à l'axe X, s'étend entre les parties 7A et 7B. L'épaulement 72 vient en butée contre une extrémité de la douille 54 de la roue de turbine 5. 25 A l'intérieur de la partie 7A, la paroi cylindrique de la bague 7 qui délimite le passage 71 comporte une pluralité de nervures 73 parallèles à l'axe X et réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe X. Le nombre de nervures 73 est égal au nombre de fentes 54 de la roue de turbine 5. Les nervures 73 sont disposées dans les fentes 54 de manière à réaliser un blocage en rotation de la bague 7 par rapport à l'arbre 30 4, à la manière de cannelures. A l'intérieur de la partie 7B, la paroi cylindrique de la bague 7 qui délimite le passage 71 comporte un méplat 74 parallèle à l'axe X qui coopère avec le méplat 41 de l'arbre 4, de manière à réaliser un blocage de la rotation de la bague 7 par rapport à l'arbre 4. 35 La paroi externe de la partie 7B de la bague 7 comporte une pluralité d'ergots 75 de repérage de la position angulaire de la bague 7, par exemple trois ergots, espacés 3022579 5 angulairement de manière régulière autour de l'axe X. Les ergots 75 constituent un repère visuel pour le montage en aveugle de la bague 7. La partie 7A de la bague 7 comporte un fut de vis 76 s'étendant radialement. Le fut de vis 76 est percé d'un trou fileté prévu pour recevoir une vis de pression passant au 5 travers de l'une des fentes 54. La vis de pression n'est pas représentée et permet le serrage de la bague 7 sur le méplat 41 de l'arbre 4, de manière à bloquer la translation, le long de l'axe X, de la bague 7 par rapport à l'arbre 4. La bague 7 bloque ainsi la translation de la roue de turbine 5, le long de l'axe X, par rapport à l'arbre 4. 10 Le fut de vis 76 comporte des nervures de renfort 76.1, 76.2, 76.3 et 76.4. Les nervures 76.1 et 76.2 s'étendent perpendiculairement à l'axe X, tandis que les nervures 76.3 et 76.4 s'étendent perpendiculairement aux nervures 76.1 et 76.2, dans un plan qui passe par l'axe X et par l'axe du fut de vis 76. Les nervures 76.1 à 76.4 permettent de renforcer la tenue mécanique du fut de vis 15 76 et de la bague 7 lors du serrage de la vis de pression. Une excroissance 77 diamétralement opposée au fut de vis 76 s'étend à partir de la paroi externe de la partie 7A de la bague 7. L'excroissance 77 comprend une paroi 77.1 coplanaire avec les nervures 76.3 et 76.4, et une paroi 77.2 perpendiculaire à l'axe X. L'excroissance 77 assure également un renfort mécanique de la bague 7. 20 Des protubérances ou excroissances 78 parallèles à l'axe X sont présentes sur la paroi externe de la partie 7A de la bague 7. Les protubérances 77 et 78 sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe X. Les protubérances 78 et l'excroissance 77 réalisent un équilibrage de l'inertie de la bague 7, de manière à éviter les effets de balourd qui sont néfastes pour la durée de vie 25 de la bague 7. La bague 7 est réalisée en matériau plastique, de préférence un matériau comprenant un polymère thermoplastique, tel qu'un polyester. Le polymère thermoplastique comprend éventuellement en outre des fibres telles que des fibres renforcées ignifugées, notamment des fibres de verre. Un exemple de polyester est un 30 polytéréphtalate de butylène, tel que le PBT GF 30 (marque déposée) qui est renforcé par des fibres de verre. Ce matériau est relativement léger, ce qui est avantageux. La bague 7 est adaptée pour la fixation d'une roue de turbine 5 réalisée en matériau plastique ou composite. Elle peut être utilisée pour divers types d'unités de confort, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication. La bague 7 permet d'obtenir des 35 performances aérauliques, acoustiques et mécaniques satisfaisantes, en assurant un équilibrage des masses en vue de la réduction des vibrations des éléments tournants. 3022579 6 La tenue de l'assemblage après serrage de la vis de pression, en rotation et en translation, ainsi que la résistance l'humidité et aux variations de température, est largement supérieure aux solutions existantes. 5 REVENDICATIONS1.- Elément de fixation (7) pour roue de turbine (5) d'unité de traitement d'air (1), l'unité de traitement d'air (1) comprenant : - un moteur (2) entrainant en rotation, autour d'un axe (X), un arbre (4), - un élément de fixation (7) de la roue de turbine (5) sur l'arbre (4), caractérisé - en ce que l'élément de fixation (7) est traversé par un passage (71) prévu pour coopérer avec l'arbre moteur (4), le passage (71) et l'arbre (4) étant pourvus d'un méplat (73, 41) pour le blocage en rotation de l'élément de fixation (7) par rapport à l'arbre (4), - en ce que l'élément de fixation (7) comporte des nervures (73) de blocage en rotation de l'élément de fixation (7) par rapport à la roue de turbine (5), les nervures (73) étant prévues pour coopérer avec des fentes (54) de la roue de turbine (5), - en ce que l'élément de fixation (7) comporte un fut de vis (76), prévu pour coopérer avec une vis de pression pour le blocage en translation de l'élément de fixation (7) par rapport à l'arbre moteur (4). 2.- Elément de fixation (7) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une excroissance (77, 78) d'équilibrage de l'inertie de l'élément de fixation (7). 3.- Elément de fixation (7) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'une des excroissances (77) est diamétralement opposée au fut de vis (76). 4.- Elément de fixation (7) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les excroissances (77, 78) sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe (X). 5.- Elément de fixation (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des nervures (76.1-76.4) de renfort mécanique du fut de vis (76). 6.- Elément de fixation (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une paroi externe de l'élément de fixation (7) comporte au moins un ergot (75) de repérage de la position angulaire de l'élément de fixation (7). 3022579 8 7.- Elément de fixation (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de fixation (7) est réalisé en un matériau plastique, de préférence un matériau comprenant un polymère thermoplastique, notamment un polytéréphtalate de 5 butylène tel que le PBT GF 30 (marque déposée). 8.- Elément de fixation (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau plastique comprend en outre des fibres, notamment des fibres de verre. 10 9.- Elément de fixation (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de fixation (7) comporte un épaulement interne (72) prévu pour venir en butée contre la roue de turbine (5). 15 10.- Unité de traitement d'air (1), caractérisée en ce qu'elle comprend : - un moteur (2) entrainant en rotation, autour d'un axe (X), un arbre (4), - un élément de fixation (7) de la roue de turbine (5) sur l'arbre (4), conforme à l'une des revendications précédentes.