FR2715448A1 - Anneau de friction et embrayage comportant un tel anneau. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne plus spécialement un anneau de friction présentant des rainures pour la circulation d'un liquide et notamment d'une huile de refroidissement dans un embrayage. Afin d'obtenir un meilleur effet de refroidissement, les rainures (24) de l'anneau de friction (22), constituant une garniture de friction par exemple, possèdent une conformation particulière avec des étranglements d'entrée (30) à écoulement turbulent et des parties (31, 33) de forme allongée de plus grande section de passage et à écoulement laminaire. Applicable notamment à l'embrayage de coupure d'un convertisseur hydraulique de couple pour véhicules automobiles.

Description

L'invention concerne un anneau de friction ou

une garniture de friction destiné à être utilisé en com-

binaison avec un embrayage tournant dans un liquide ou embrayage humide, en particulier pour application dans un embrayage de coupure (de pontage) d'un convertisseur hy- drodynamique de couple, l'anneau de friction formant une surface frottante pourvue de rainures ou canaux pour le

passage d'un liquide de refroidissement.

De tels anneaux ou garnitures de friction, ainsi que des embrayages humides équipés d'un tel anneau ou d'une telle garniture, sont connus par les brevets des Etats Unis d'Amérique 4 969 543 et 5 056 631. Ces deux brevets decrivent des convertisseurs hydrodynamiques de couple comprenant un embrayage de coupure dont les surfaces frottantes en prise mutuelle sont réalisées de

manière que même lorsque l'embrayage est fermé ou en-

clenché, un courant d'huile soit possible entre les

chambres prévues des deux côtés d'un piston annulaire.

Ces convertisseurs hydrodynamiques possèdent un carter dans lequel sont recus une roue de pompe, une roue de turbine, une roue de réacteur ainsi que l'embrayage de coupure, lequel comporte le piston annulaire. Les chambres, pouvant être remplies d'huiie, sont formées des deux côtés de ce piston: la première chambre est formée radialement à l'intérieur des surfaces frottantes de l'embrayage de coupure et au moins la roue de turbine est prévue dans la seconde chambre. La première chambre est délimitée par le piston annulaire et une paroi radiale du

carter. Le courant d'huile sert à réduire la charge ther-

mique des pièces - produite par le glissement ou patinage de l'embrayage de coupure -, en particulier dans la zone

de la garniture de friction ou des surfaces frottantes.

La présente invention avait pour but d'optimi-

ser les anneaux de friction connus, pourvus de rainures pour le passage d'un liquide de refroidissement, ainsi que les embrayages humides équipés de tels anneaux, en ce qui concerne le refroidissement réalisable par le débit volumique de liquide. Ce but doit être atteint notamment

par un meilleur échange thermique dans la zone des sur-

faces frottantes de l'embrayage humide entre le liquide et les pièces voisines. De plus, le réalisation selon

l'invention de l'anneau de friction ou de l'embrayage hu-

mide doit garantir une haute capacité de transmission de couple de l'embrayage. Il s'y ajoute que l'anneau de friction ou le disque de friction équipé d'un tel anneau,

et par suite également l'embrayage humide, doivent pou-

voir être fabriqués de manière particulièrement simple et économique. Selon l'invention, on obtient ce résultat par le fait que des rainures de refroidissement sont ménagées

dans la zone de la surface frottante de l'anneau de fric-

tion, rainures qui sont conformées de manière qu'elles forment sur une partie au moins de leur étendue longitudinale au moins un point d'étranglement qui détermine ou détermine princialement le volume de liquide de refroidissement pouvant s'écouler à travers les rainures. Les rainures sont réalisables de manière qu'elles garantissent une communication entre le diamètre ou pourtour extérieur et le diamètre ou pourtour intérieur de l'anneau de friction. Dans ce cas, les rainures sont donc ouvertes radialement vers l'extérieur et radialement vers l'intérieur. Il est particulièrement avantageux que le point d'étranglement ou chaque point d'étranglement soit réalisé de manière qu'un écoulement turbulent soit créé dans la zone o il se trouve. Les zones de rainure se trouvant en dehors d'un tel point d'étranglement, doivent être conformées, pour ce qui concerne la largeur et la profondeur, de manière qu'un écoulement au moins essentiellement laminaire s'y établisse. Par la réalisation et la disposition selon l'invention des rainures ou canaux de refroidissement, on

peut obtenir un refroidissement direct des surfaces frot-

tantes en contact mutuel, en particulier en cas de glis-

sement ou patinage permanent. Par l'étranglement selon l'invention du débit volumique de liquide de refroidissement en fonction de la pression différentielle entre les deux chambres - prévues de part et d'autre d'un piston - d'un embrayage de coupure d'un convertisseur, on peut obtenir un refroidissement optimal dans toute la plage de fonctionnement du convertisseur hydrodynamique de couple concerné. La réalisation selon l'invention a notamment l'avantage qu'une chute de pression relativement élevée est créée dans la zone des points d'étranglement, en raison de l'écoulement turbulent qui y règne, alors que, dans les zones de rainures restantes, les pertes de charge sont très faibles en raison de la

section d'écoulement relativement grande dans ces zones.

Selon l'état de la technique mentionné au début, les rainures sont conformées de manière qu'un étranglement

principalement laminaire y existe sur toute la longueur.

Dans le cas d'un tel étranglement, le débit volumique augmente linéairement avec la pression ou augmente linéairement avec la différence de pression entre les deux chambres de l'embrayage de coupure. Dans le cas d'un étranglement turbulent conforme à la présente invention, le débit volumique augmente selon une fonction de racine suivant la pression ou la différence de pression régnante. Cela signifie donc qu'un étranglement turbulent est plus favorable car on obtient ainsi un débit volumique plus important dans pratiquement toute la plage de pression s'établissant sur un convertisseur

hydrodynamique de couple, au-dessous de la pression maxi-

male admissible.

Grâce à l'utilisation selon l'invention de points d'étranglement ayant une longueur relativement faible par rapport à la longueur totale d'une rainure, il est possible, en plus, de maintenir faibles ou de minimiser l'influence des tolérances de fabrication des rainures de la garniture (en largeur et en profondeur) ainsi que l'influence des tolérances de fabrication et des déformations - provoquées par le fonctionnement - du piston et de la surface frottante antagoniste sur la résistance hydraulique des rainures de la garniture. En outre, comme la viscosité de l'huile diminue quand la température monte, les points d'étranglement selon l'invention permettent d'obtenir un plus grand débit volumique et par suite un meilleur refroidissement à mesure que la température de l'huile de refroidissement s'élève. La résistance hydraulique des points d'étranglement ou des rainures de la garniture, diminue

donc, à l'égard de l'huile, quand la température monte.

Cet effet, en lui-même positif, doit cependant être limité, par une conformation adéquate des points d'étranglement, afin que le volume d'huile s'écoulant ne dépasse pas le volume désiré car un trop grand débit ne permettrait plus de maîtriser la pression dans la chambre

de fermeture de l'embrayage de coupure.

Il peut être particulièrement avantageux que l'étranglement du fluide de refroidissement s'effectue dans des restrictions, c'est-à-dire de courtes portions de canal ayant une entrée et/ou une sortie d'écoulement à

arêtes vives. Ceci permet de garantir un écoulement tur-

bulent sans reproches, de sorte qu'à chaque fois, la résistance hydraulique dépend seulement linéairement de la largeur et de la profondeur de la restriction ou du point d'étranglement. Dans les longs canaux à écoulement essentiellement laminaire, comme c'est le cas par exemple selon l'état de la technique, la résistance hydraulique dépend à la puissance quatre du rayon hydraulique ou du diamètre. Cela signifie que des tolérances dimensionnelles des rainures influencent très fortement

la résistance hydraulique.

Les rainures ou canaux peuvent être ménagés dans la surface frottante de l'anneau de friction, ou de

la garniture de friction, de manière que la surface frot-

tante forme radialement à l'extérieur une zone annulaire pratiquement continue qui est seulement interrompue par

les canaux d'étranglement s'étendant radialement ou obli-

quement. Radialement à l'intérieur de la zone annulaire, sont prévues des zones de rainures ou de canaux ayant une section beaucoup plus grande que la section d'un canal d'étranglement, de sorte que ces zones offrent seulement une très faible résistance hydraulique comparativement à celle des canaux d'étranglement. La partie principale de la résistance hydraulique totale des rainures de refroidissement se trouve par conséquent dans la région

des points d'étranglement ou des canaux d'étranglement.

Les points d'étranglement sont disposés de pré-

férence sur le diamètre ou pourtour extérieur de l'em-

brayage de coupure ou, plus exactement, de l'anneau de friction, parce que la force de serrage ou de fermeture

de l'embrayage peut ainsi être augmentée. Ceci est à at-

tribuer au fait que sur la majeure partie de l'étendue radiale des surfaces frottantes en contact, il règne une

pression étranglée à un niveau de pression considérable-

ment plus bas, de sorte que la force de fermeture peut

être accrue en conséquence.

Il est en outre particulièrement avantageux que les points d'étranglement soient disposés de manière qu'ils se trouvent toujours dans une zone portante de la surface frottante, de sorte que l'étranglement ne peut pas être contourné par une fente entre la surface de la garniture et la surface frottante antagoniste. A cet égard, il y a lieu de se reporter surtout aux figures 7 et 8. Si les zones de garniture restantes, dans lesquelles sont prévus les tronçons de canaux de section relativement grande, ne s'appliquent pas par toute leur étendue contre la surface antagoniste, de sorte que le liquide de refroidissement s'écoule par-dessus ces zones, la résistance hydraulique totale est diminuée à un degré qui n'affecte pas le fonctionnement convenable puisque les tronçons de canaux prévus dans ces zones n'assurent qu'une très faible fraction de l'étranglement global. Il est préférable que les rainures ou canaux pour l'huile de refroidissement soient relativement profonds, ce qui réduit à un minimum l'influence des tolérances de fabrication et de la mise en place définitive de la garniture sur la résistance hydraulique. La disposition des canaux doit être choisie de manière qu'il n'y ait pas de zones mortes, non parcourues par le liquide. Les rainures prévues dans la surface frottante, ou dans la garniture de friction, peuvent être formées par repoussage ou estampage traversant, de sorte que les rainures sont constituées par des portions repoussées ou

des découpes de l'anneau de friction.

Il est avantageux que la longueur d'un point

d'étranglement soit comprise entre 2 et 8 mm, cette lon-

gueur étant de préférence de l'ordre de 3 à 5 mm.

Le rapport de section entre les zones de forme allongée des rainures, ayant une plus grande section, et un point d'étranglement, peut être de l'ordre de 3: 1 à 8: 1, de préférence de l'ordre de 4: 1 à 6: 1. Suivant l'application, des rapports plus grands ou plus petits

sont possibles aussi.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront plus clairement de la description

qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe d'un dispositif comportant un embrayage humide avec un anneau de friction selon l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus partielle d'une garniture de friction réalisée selon l'invention; - la figure 3 est une coupe prise suivant la ligne III de la figure 2, mais à plus grande échelle; - la figure 4 est une coupe prise suivant la ligne IV de la figure 2, mais à plus grande échelle; - la figure 5 montre la distribution de pres- sion que l'on peut obtenir en direction radiale dans la zone de la surface frottante, ou dans les rainures, suivant l'emplacement d'un point d'étranglement selon l'invention;

- la figure 6 est un diagramme servant à expli-

quer l'effet obtenu par la conformation perfectionnée des rainures; - les figures 7 et 8 représentent une variante d'agencement d'une garniture de friction; et

- les figures 9 à 11 montrent d'autres possibi-

lités de réalisation de canaux ou rainures de refroidis-

sement. La figure 1 montre un dispositif 1 possédant un carter 2 qui reçoit un convertisseur hydrodynamique de couple 3. Le carter 2 est accouplable à un arbre moteur qui peut être constitué par l'arbre de sortie d'un moteur thermique, par le vilebrequin par exemple. L'accouplement en rotation entre l'arbre moteur et le carter 2 est réalisable au moyen d'une tôle d'entraînement dont la partie radialement intérieure peut être solidarisée en rotation avec l'arbre moteur et la partie radialement extérieure avec le carter 2. Une telle tôle d'entraînement est connue par exemple par le document

JP-POS 58-30532.

Le carter 2 est composé d'une coquille 4 voi-

sine de l'arbre moteur, ou du moteur thermique, ainsi que d'une autre coquille 5 fixée à elle. Les deux coquilles 4 et 5 sont reliées rigidement et de façon étanche l'une à l'autre par une soudure 6 située radialement à l'extérieur. Dans l'exemple représenté, la coquille 5 du carter est utilisée directement pour former la coquille extérieure de la roue de pompe 7. Dans ce but, les aubes en tôle 8 sont fixées de façon connue à la coquille 5 du carter. Celle-ci est emboîtée axialement par- dessus la partie extérieure 4a en forme de manchon de la coquille 4 du carter. Axialement entre la roue de pompe 7 et la paroi radiale 9 de la coquille de carter 4, se trouve une roue de turbine 10 calée sur un moyeu de sortie 11 qui peut être couplé en rotation, par une denture intérieure, avec un arbre d'entrée de boîte. Une roue de réacteur 12 est prévue axialement entre les parties radialement intérieures des roues de pompe et de turbine. La coquille de carter 5 possède radialement à l'intérieur un moyeu 13, en forme de douille, pouvant être monté rotatif et de façon étanche sur le carter d'une boîte de vitesses. Un embrayage de coupure ou de pontage 15, qui est fonctionnellement parallèle au convertisseur de couple 3, est disposé en plus dans l'espace intérieur 14 formé par les deux coquilles 4, 5 du carter. L'embrayage 15 permet la transmission du couple entre le moyeu de sortie 11l et la coquille de carter motrice 4. Fonctionnellement en série avec l'embrayage de coupure 15, on a prévu un amortisseur 16 élastique en torsion et logé, dans cet exemple, entre le piston annulaire 17 de l'embrayage 15 et le moyeu de sortie 11. L'amortisseur 16 comprend de façon connue des accumulateurs de force sous la forme de ressorts hélicoïdaux. Le piston annulaire 17, prévu axialement entre la paroi radiale 9 et la roue de turbine , est monté, par sa partie radialement intérieure, pour pouvoir coulisser axialement dans une mesure limitée sur le moyeu de sortie 11. Le piston 17 divise le volume

intérieur 14 en une première chambre 18 formée radiale-

ment à l'intérieur de la zone de frottement 19 de l'em-

brayage 15, axialement entre le piston 17 et la paroi radiale 9 du carter, et une seconde chambre 20 dans laquelle sont notamment reçues la roue de pompe 7, la

roue de turbine 10 ainsi que la roue de réacteur 12.

La coquille 4 du carter forme, par une partie annulaire radialement extérieure, une surface frottante 21 qui peut être amenée en contact de frottement avec une garniture de friction 22 portée par la partie annulaire 23 du piston 17.

Dans les conceptions plus récentes de transmis-

sions, d'un véhicule automobile par exemple, l'embrayage de coupure est utilisé avec du glissement ou patinage sur au moins une grande partie de la plage de fonctionnement du convertisseur hydraulique, ce qui occasionne une perte de puissance par dissipation de chaleur dans la zone de frottement 19 pendant les phases de patinage, perte qui peut être très élevée sous certains régimes et atteindre plusieurs kilowatts. De tels régimes existent par exemple lors d'un trajet en montagne avec une remorque, de même qu'au passage de l'état ouvert à l'état pratiquement fermé ou serré de l'embrayage du convertisseur. De tels concepts pour le fonctionnement d'un embrayage de coupure de convertisseur avec patinage ont été proposés par

exemple par la demande de brevet allemand P 43 28 182.6.

Afin d'éviter des températures excessivement élevées dans la zone de frottement 19 et de contrer ainsi la dégradation ou la destruction d'au moins la surface de la garniture de friction ainsi que d'une partie de l'huile contenue dans le volume intérieur 14, des moyens

sont prévus,dans l'exemple montré, sous la forme de rai-

nures ou canaux 24 ménagés dans la garniture de friction 22 et à travers desquels un courant d'huile permanent peut circuler entre la seconde chambre 20 et la première chambre 18, même lorsque l'embrayage de coupure 15 est pratiquement fermé. Ce courant d'huile est amené à passer par la surface frottante 22a de la garniture 22 et la surface frottante 21. La forme des canaux à huile 24 a été optimisée pour qu'un bon échange thermique puisse avoir lieu entre les pièces en contact de frottement dans la zone 19 et l'huile qui la traverse. Une conformation préférée des canaux sera ci-après décrite plus en détail

relativement aux figures 2 à 4.

L'extrémité située radialement à l'extérieur des canaux 24 communique avec la chambre 20 et l'extrémité située radialement à l'intérieur de ces canaux communique avec la chambre 18. Quand l'embrayage de coupure 15 est fermé ou serré, le courant d'huile de refroidissement passe à travers les canaux 24 dans la chambre 18 et, à l'intérieur de cette dernière,

radialement en direction de l'axe de rotation 25.

Ce courant d'huile de refroidissement peut en-

suite être évacué dans la région du moyeu de sortie 11, par exemple à travers un arbre creux ou un canal prévu

dans ce but, pour être dirigé de préférence dans un ra-

diateur d'huile pour commencer. A partir de ce radiateur, l'huile peut être renvoyée dans un carter d'huile d'o elle peut être réintroduite dans le circuit hydraulique

de réglage ou de commande.

La figure 2 représente une partie d'une garni-

ture de friction 22 en anneau de cercle, qui est utili-

sable dans un embrayage de coupure de convertisseur selon la figure 1. La garniture 22 possède des rainures ou

creux 26 répartis dans le sens de la périphérie et for-

mant les canaux de liaison 24 entre les deux chambres 18

et 20.

La garniture de friction 22 possède un pourtour

ou diamètre extérieur 27 et un pourtour ou diamètre inté-

rieur 28. Une courte portion 29 d'un canal 24 - reliant le pourtour extérieur 27 au pourtour intérieur 28 - forme un point d'étranglement ou restriction 30. Cette portion 29 d'un canal 24 est orientée radialement et se raccorde radialement à l'intérieur à des tronçons de canal 31 situés radialement à l'extérieur et s'étendant dans le sens de la périphérie, qui se raccordent eux-mêmes par des changements de direction 32 en épingle à cheveux à des tronçons de canal 33 situés radialement plus à l'intérieur et s'étendant également dans le sens de la périphérie. Les tronçons de canal 33 communiquent avec une zone de sortie 34, s'ouvrant radialement vers l'intérieur, pour le fluide de refroidissement envoyé à travers les canaux 26. Les zones ou tronçons de canal 31, 32, 33 et 34 raccordés à un point d'étranglement 30, sont conformés en section droite, par rapport à la section droite d'un point d'étranglement 30, de manière qu'il règne pratiquement de façon prédominante un écoulement laminaire dans ces tronçons de canal, même lorsque la pression différentielle entre les deux chambres 18 et 20 du dispositif selon la figure 1 est maximale. Pendant le fonctionnement de ce dispositif, lors d'un frottement dans l'embrayage 15, il existe pratiquement toujours un écoulement turbulent au droit d'un point d'étranglement 30. Les canaux 24 sont donc réalisés de manière que le volume de liquide de refroidissement passant par eux soit déterminé non pas, comme c'est le cas selon l'état de la technique, par la résistance hydraulique produite sur toute la longueur des canaux, mais principalement par la résistance créée dans la zone du ou des points d'étranglement 30. Comme on peut le voir également sur la figure 2, les tronçons de canal 31 et 33, s'étendant en direction périphérique, comportent des tronçons partiels 35, 36 qui, par rapport à un point d'étranglement 30, s'étendent suivant des directions de rotation différentes. Considérés dans le sens circonférentiel, les tronçons partiels 35, 36 sont disposés symétriquement par rapport à un point d'étranglement 30. Comme c'est le cas dans cet exemple, les étranglements seront généralement voisins de la chambre (20) présentant la plus haute

pression quand l'embrayage est serré.

Ainsi que cela ressort des figures 2 à 4,

l'étendue 29 d'un point d'étranglement 30 représente seu-

lement une très petite partie de la longueur totale d'un canal 24. Pour les grandeurs usuelles d'embrayages humides ou d'embrayages de coupure 15 dont le diamètre extérieur 27 de la zone de frottement est de l'ordre de à 260 mm, la longueur 29 d'un point d'étranglement 30 peut être comprise, suivant l'application, entre 2 et 8 mm, de préférence entre 3 et 5 mm.

La section d'écoulement d'un point d'étrangle-

ment 30 ne représente qu'une fraction de la section d'écoulement des tronçons de rainure 31, 32, 33, 34 se raccordant à la sortie de cet étranglement 30. Le rapport peut être de l'ordre de 1: 3 à 1: 10. Il suffit cependant d'un rapport entre 1: 4 et 1: 6 pour la plupart des applications. La section de passage nettement plus grande des tronçons de canal 31, 32, 33 et 34 assure qu'il y a pratiquement toujours ou de façon prédominante

un écoulement laminaire dans ces tronçons.

Pour obtenir un écoulement turbulent optimal au droit des points d'étranglement 30, formés par des creux de faible longueur semblables à des canaux, il convient qu'au moins la section dans la région d'entrée des points d'étranglement soit à arêtes vives. Dans l'exemple montré par la figure 2, les sorties des points d'étranglement 30 se raccordent par un évasement progressif - formé par des arrondis - aux zones de rainure 31 coordonnées. Il peut cependant être avantageux qu'une transition de section à arêtes vives existe entre les tronçons de canal 31 et les

points d'étranglement 30.

La proportion de surface occupée par les rai-

nures ou canaux 24 dans la surface totale entre le dia-

mètre extérieur 27 et le diamètre intérieur 28 peut re-

présenter de l'ordre de 30 à 65 % et est de préférence de l'ordre de 40 à 55 %. Cette proportion est d'environ 50 %

dans l'exemple montré par la figure 2.

Les points d'étranglement 30 sont réalisés de préférence pour qu'ils engendrent environ 60 à 85 %, de préférence 70 à 80 % au moins de la différence de

pression établie au maxinum entre les cdux chambres 18 et 20.

Cela signifie donc qu'en aval des étranglements 30 ou peu après ceux-ci, la pression régnant dans les tronçons 31 ne dépasse plus que d'environ 15 à 40 %, respectivement de 20 à 30 %, la pression dans la chambre 18. En raison de l'action des étranglements 30, il convient de les disposer, ainsi que le montre la figure 2, dans la région extérieure ou sur le rayon extérieur de l'anneau de friction 22, c'est-à-dire dans la région o la pression est plus élevée puisque celle s'établissant dans la région des surfaces frottantes 21, 22a et s'opposant à la pression de fermeture de l'embrayage 15, peut ainsi être maintenue faible. De ce fait, le couple transmissible par l'embrayage de coupure 15, pour une différence de pression donnée entre les deux chambres 18 et 20, peut être augmenté par rapport aux embrayages de coupure connus jusqu'à présent et possédant des canaux de refroidissement et un volume correspondant de liquide de refroidissement. Toutefois, en déplaçant radialement vers l'intérieur quelques-uns au moins des étranglements 30, il est possible aussi de réduire la capacité de transmission de couple de l'embrayage 15 pour une pression différentielle donnée entre les deux chambres 18

et 20.

L'influence de la position radiale des étran-

glements 30 sur le couple transmissible ressort de la fi-

gure 5. Celle-ci montre à gauche, à plus grande échelle, une partie de la coquille de carter 4 ainsi que le piston

17 avec la garniture de friction 22 fixée sur ce dernier.

Le côté droit de la figure 5 montre, par rapport à la zone d'extension de la garniture de friction 22 et en fonction de la disposition des étranglements, des profils de pression idéalisés possibles. Pour une pression plus élevée pl donnée dans la chambre 20 et une pression plus basse p2 donnée dans la chambre 18, on peut obtenir, par rapport à l'étendue radiale de la garniture 22, au cas o les étranglements 30 sont placés radialement à l'extérieur, comme cela est le cas selon la figure 2, dans la zone entre la surface frottante 22a de la garniture 22 et la surface frottante 21, une distribution de pression dans les canaux 24 qui s'étend suivant la ligne 37 en trait mixte. Il découle de cette ligne qu'environ 80 % de la différence de pression entre pl et p2 sont engendrés dans la région des étranglements 30. La différence entre la pression Pa régnant près de la sortie des étranglements 30 et la pression p2 de la chambre 18 est donc relativement petite. En revanche, en plaçant les étranglements 30 radialement à l'intérieur, c'est-à-dire dans la région des tronçons de sortie 34 selon la figure 2, on obtiendrait dans la zone de frottement 19 une

distribution de pression suivant la ligne discontinue 38.

Les deux lignes 37 et 38 démontrent que pour une différence de pression donnée entre les deux chambres 18 et 20, le couple transmissible par l'embrayage 15 est variable par la disposition des étranglements 30 sur différents diamètres. En plaçant ces étranglements radialement à l'extérieur, on peut réduire la pression différentielle nécessaire à la transmission d'un couple déterminé entre les deux chambres 18 et 20 comparativement aux embrayages de coupure que l'on connaît jusqu'à présent et possédant une circulation

d'huile de refroidissement entre ces deux chambres.

Suivant le nombre et la forme des étranglements 30, la largeur de passage d'un tel étranglement peut être de l'ordre de 0,4 à 2,5 mm, de préférence de l'ordre de 0,5 à 1,5 mm. La profondeur des rainures 26 peut être de l'ordre de 0,2 à 1 mm, de préférence de l'ordre de 0,3 à 0,7 mm. La profondeur des rainures 26 peut être pratiquement constante sur toute leur étendue. Les rainures 26 peuvent cependant comporter aussi des portions avec des profondeurs différentes. Surtout dans la région des étranglements 30 et éventuellement aussi dans la région de transition entre un tel étranglement et la partie restante des tronçons de rainure 31, il peut être avantageux que la profondeur soit plus grande. Ceci est indiqué sur la figure 3 par la ligne en trait mixte

portant la référence 30a. Dans le but d'obtenir un étran-

glement 30 ayant la section d'écoulement désirée, il peut donc être avantageux de donner une profondeur légèrement plus grande à l'étranglement, par rapport aux autres zones de la rainure, et de lui donner une largeur un peu plus petite à titre de compensation. Ceci permet de ré-

duire la mesure dans laquelle l'effet d'étranglement d'une telle restriction 30 dépend de l'usure de la garniture de friction 22, provoquant une réduction de

section de la restriction.

Selon l'invention, le débit volumique de li-

quide de refroidissement à l'intérieur de l'embrayage hu-

mide est donc ajusté au moyen d'au moins un étranglement , tandis que des canaux relativement longs peuvent être formés dans la surface restante de la garniture, derrière - dans le sens de l'écoulement - l'étranglement 30

concerné, canaux qui garantissent une résistance hydrau-

lique aussi petite que possible et une grande surface

d'échange thermique.

Sur la figure 6, la différence de pression pl -

p2 (Ap) entre les deux chambres 20 et 18 est indiquée sur l'axe des abscisses. Le débit volumique s'établissant en fonction de la différence de pression est indiqué sur

l'axe des ordonnées.

En cas d'étranglement laminaire du débit volu-

mique sur toute la longueur des rainures ménagées dans

une garniture de friction, une relation pratiquement li-

néaire existe entre la différence de pression sur les

rainures et le débit volumique. Cette relation est repré-

sentée par la ligne droite en trait plein de la figure 6.

Par "différence de pression sur les rainures", il faut

entendre la différence entre la pression du côté de l'en-

trée et la pression du côté de la sortie de la rainure ou des rainures en question. Un tel étranglement laminaire

s'établit pratiquement lorsque les rainures sont réali-

sées selon l'état de la technique mentionné au début, c'est-à-dire selon les brevets des E.U.A. 4 969 543 et 5 056 631. D'après cet état de la technique, la proportion de l'étranglement laminaire dans l'étranglement total produit dans les canaux s'élève à

environ 70 %.

La ligne discontinue représente le débit volu-

mique réalisable par l'étranglement turbulent selon l'invention. L'allure de ce débit en fonction de la différence de pression entre les deux chambres 20, 18 correspond essentiellement à l'allure d'une fonction de

racine. Cette courbe en trait discontinu peut être obte-

nue par la réalisation des rainures conformément à l'in-

vention, en particulier selon la figure 2. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 6, surtout si les différences de pression sont petites, on dispose d'un plus grand débit volumique avec un étranglement turbulent qu'avec un étranglement laminaire. Ceci est particulièrement avantageux parce que, au serrage, même si les différences de pression entre les deux chambres 20 et 18 sont faibles, on doit pouvoir disposer d'un débit volumique

aussi grand que possible afin de garantir un refroidisse-

ment optimal.

Les exécutions des rainures correspondant aux deux caractéristiques selon la figure 6, ont été conçues pour qu'elles garantissent le même débit volumique à une Ap maximale prédéterminée. Cette différence de pression Ap maximale est de l'ordre de 7 à 10 bars pour les convertisseurs hydrodynamiques de couple de type habituel pourvus d'un embrayage de coupure. La Ap maximale peut cependant se trouver aussi au- dessous ou au-dessus de

cette largeur de bande.

La réalisation selon l'invention des rainures

ou canaux prévus pour un courant d'huile de refroidisse-

ment, permet en outre de réduire la dépendance de la température du débit dans ces canaux et cela parce que l'étranglement prédominant, c'est-à-dire la réduction de pression prédominante a lieu au droit des points d'étranglement relativement courts. La rainure dans la zone d'un point d'étranglement n'entre que linéairement dans le débit (volumique), ce qui garantit une plus faible dépendance des tolérances géométriques. Lorsque les rainures sont réalisées selon l'état mentionné précédemment de la technique, la partie prédominante de l'étranglement est de type laminaire et se produit sur toute la longueur des rainures. Avec un tel étranglement, la profondeur de la rainure entre à la puissance quatre dans le débit. Il en résulte une forte dépendance des tolérances géométriques de la garniture, plus précisément des rainures. De plus, en raison de l'étranglement laminaire, il existe une forte dépendance du débit volumique de la viscosité ou de la température du fluide

de refroidissement.

Afin de garantir que les rainures selon l'in-

vention assurent toujours leur fonction d'étranglement, la garniture de friction 22 doit s'appliquer contre la surface frottante antagoniste 21 dans la zone des points d'étranglement. Il doit être garanti au moins que dans aucun des régimes utilisables, une fente ou jeu puisse se former au droit d'un point d'étranglement, ou qu'un tel jeu ne dépasse pas 0,03 mm, de préférence 0,01 mm. De tels jeux peuvent se produire en raison d'un parallélisme insuffisant entre les surfaces frottantes pouvant être

amenées en contact l'une avec l'autre.

Pour garantir que les étranglements 30 remplis-

sent leur fonction dans tous les régimes o les surfaces frottantes sont mutuellement en contact, il est avantageux que la garniture de friction 22 soit portée par une pièce, à savoir le piston annulaire 17, ainsi que

le montre la figure 7.

Les figures 7 et 8 représentent à plus grande échelle une partie de la coquille 4 du carter ainsi que du piston 17 avec la garniture de friction 22 fixée sur lui. Cette figure montre la forme que prend le piston 17 à l'état o il n'est pratiquement pas sollicité, donc à l'état détendu. Le piston a cette forme lorsque pratiquement la même pression règne dans les deux

chambres 18 et 20 ou lorsqu'il règne seulement une diffé-

rence de pression relativement faible entre elles. A

l'état détendu du piston 17, sa partie radialement exté-

rieure 17a, portant la garniture de friction 22, possède

une forme telle, que la surface frottante 22a de la gar-

niture 22 et la surface frottante 21 du carter 4 ren-

ferment entre elles un jeu 39 en forme de coin, qui s'élargit radialement vers l'intérieur et peut former un angle D de l'ordre de 0,5 à 3 , de préférence de l'ordre

de 1 degré d'angle.

La figure 8 montre la position que prend le piston 17 lorsqu'une surpression prédéterminée règne dans

la chambre 20 par rapport à la chambre 18. Cette surpres-

sion peut être de l'ordre de 4 à 8 bars; suivant la sur-

pression maximale désirée, le piston 17 doit être doté de

l'élasticité requise pour l'obtenir.

Ainsi qu'il ressort de l'examen d'ensemble des figures 7 et 8, s'il y a égalité de pression ou seulement une faible pression différentielle entre les deux chambres 18 et 20, la garniture 22 est seulement en contact de frottement par la partie annulaire radialement extérieure 40 de sa surface de friction, dans laquelle sont prévus les étranglements 30, avec la surface frottante 21. Ainsi est garanti que les étranglements 30 assurent déjà leur fonction à de faibles pressions différentielles entre les deux chambres 18 et 20 ou à de faibles surpressions dans la chambre 20 (de 1 bar par exemple). A mesure que la surpression dans la chambre 20 par rapport à la chambre 18 augmente, le piston 17 est déformé en passant de la configuration montrée par la fi- gure 7 à celle montrée par la figure 8. De ce fait, la zone de contact entre les surfaces frottantes 21 et 22a devient progressivement plus grande et l'angle À entre ces surfaces devient plus petit. Les étranglements 30 continuent cependant à assurer le contrôle convenable du volume de liquide de refroidissement passant de l'une à

l'autre chambre.

La garniture de friction ou l'anneau de fric-

tion 22 représenté sur la figure 2 est réalisé d'un seul tenant. L'anneau pourrait cependant être composé aussi de

plusieurs parties de garniture, ayant la forme de sec-

teurs, qui sont assemblées dans le sens circonférentiel.

Les figures 9 à 11 représentent des parties de

garnitures de friction 122, 222 et 322 pourvues de rai-

nures ou canaux correspondant à la présente invention.

Les garnitures selon les figures 9 à 11 ont en commun qu'elles possèdent des points d'étranglement 130, 230 ou 330 répartis sur le pourtour de la garniture. Ces étranglements 130, 230 ou 330 déterminent de façon prédominante le débit volumique susceptible de passer par les canaux 124, 224 ou 324. Les tronçons de canal se raccordant aux étranglements 130, 230 ou 330, possèdent une section d'écoulement nettement plus grande que ces étranglements, de sorte qu'il règne surtout un écoulement laminaire dans ces tronçons. La vitesse d'écoulement dans ces parties des canaux 124, 224 ou 324 est beaucoup plus faible que la vitesse d'écoulement dans les étranglements , 230 ou 330. On obtient ainsi également un transfert de chaleur optimal entre le fluide, c'est-à-dire l'huile de refroidissement qui les parcourt et les pièces adjacentes.

Dans le cas du mode de réalisation selon la fi-

gure 9, la garniture de friction 122 possède une rainure annulaire 131 qui communique d'un côté avec les étrangle-

ments 130 et de l'autre côté avec un grand nombre de rai-

nures radiales 132 s'étendant vers l'intérieur. La sur-

face frottante de la garniture 122 est formée par les

parties en relief 132a situées entre les différentes rai-

nures 132, ainsi que par la partie en relief 122a de

forme annulaire existant sur le bord de l'anneau de fric-

tion 122 et qui est partagée par les étranglements 130 en

portions séparées ayant la forme de secteurs.

La garniture 222 selon la figure 10 possède une pluralité de creux annulaires 231, 231a, 231b reliés entre eux par des zones de rainures 232, 232a orientées radialement. La zone de rainure annulaire 231b, située radialement à l'intérieur, s'ouvre radialement vers l'intérieur à travers des zones de rainures radiales 232b. Les zones de rainures radiales 232, 232a et 232b sont mutuellement décalées dans le sens de la périphérie, de manière que l'huile s'écoulant à travers les canaux

224 subisse plusieurs changements de direction.

Dans le mode de réalisation montré par la fi-

gure 11, les canaux 324 sont réalisés, à la suite des étranglements 330, sous la forme de grecques s'étendant dans le sens périphérique, de sorte qu'un bon échange thermique s'effectue entre l'huile de refroidissement et

les pièces adjacentes, ou les surfaces frottantes adja-

centes, en raison de l'étendue en surface ainsi que de la

longueur des parties en grecques des canaux 324.

Selon une autre possibilité de réalisation de l'invention, au lieu d'être formées dans la garniture de friction 22, les rainures de refroidissement, conformées selon l'invention, peuvent être ménagées aussi dans la

surface frottante 21 du carter 4. De telles rainures peu-

vent être créées par empreinte ou repoussage dans la tôle de ce carter. Radialement à l'extérieur et radialement à l'intérieur, de tels canaux doivent être conformés pour s'ouvrir respectivement vers les chambres 18 et 20. De

plus, au lieu d'être portée par le piston 17, la garni-

ture de friction 22 peut aussi être fixée au carter 4.

Une garniture 22 peut être portée aussi par une lamelle intermédiaire, comme cela est par exemple le cas dans quelques modes de réalisation de l'état cité de la technique. En outre, les canaux de refroidissement selon

l'invention peuvent être formés directement par repous-

sage dans le matériau formant le piston 17, auquel cas la garniture 22 serait portée par le carter 4 ou par une

lamelle intermédiaire.

Les rainures ou canaux d'une garniture ou an-

neau de friction peuvent être formés à la fabrication de la garniture, donc avant sa fixation sur une pièce de

support, comme par exemple un piston annulaire ou une la-

melle. Il est toutefois possible aussi de former les rai-

nures, sillons ou canaux dans la garniture pendant la fixation de celleci, par exemple par son collage sur une pièce de support, ou à la suite d'une telle fixation. Il

est donc possible de fixer d'abord la garniture de fric-

tion, par exemple la garniture 22 selon la figure 2, sur le piston annulaire 17 et de former les canaux 24 dans l'anneau de friction 22 par repoussage pendant cette

fixation ou à la suite. La formation des canaux s'effec-

tue au moyen d'un outil de pressage possédant les profi-

lages adéquats.

L'invention n'est pas limitée aux exemples représentés et décrits, mais comprend aussi des variantes réalisables en particulier par la combinaison de différentes caractéristiques ou de différents éléments ou modes de fonctionnement décrits en référence aux divers modes de réalisation. La demanderesse se réserve en outre le droit de revendiquer encore d'autres caractéristiques d'importance

essentielle pour l'invention et qui sont jusqu'à présent contenues seulement dans la description.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Anneau de friction destiné à être utilisé dans un embrayage humide (fonctionnant dans un liquide), en particulier un embrayage de coupure ou de pontage d'un convertisseur hydrodynamique de couple, l'anneau de friction possédant une surface frottante ayant un pourtour extérieur et un pourtour intérieur, des rainures destinées au refroidissement étant ménagées dans la zone de la surface frottante et établissant une communication entre le pourtour extérieur et le pourtour intérieur, caractérisé en ce que les rainures forment au moins un point d'étranglement sur une partie de la longueur de leur étendue, point d'étranglement qui détermine le volume de liquide de refroidissement pouvant s'écouler à travers les rainures

2. Anneau de friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point d'étranglement est conformé pour produire un écoulement turbulent et les autres zones de rainures sont conformées en vue d'un écoulement

essentiellement laminaire.

3. Anneau de friction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur d'un point d'étranglement est de l'ordre de 2 à 8 mm, de préférence de l'ordre de 3 à

5 mm.

4. Anneau de friction selon une des revendications 1 à

3, caractérisé en ce que le rapport de section entre les zones de forme allongée des rainures, ayant une section plus grande, et le point d'étranglement est de l'ordre de

3: 1 à 8: 1, de préférence de l'ordre de 4: 1 à 6: 1.

5. Anneau de friction selon une des revendications 1 à

4, caractérisé en ce que le point d'étranglement est formé par un creux de faible longueur, semblable à un canal,

ayant une entrée/une sortie d'écoulement à arêtes vives.

6. Anneau de friction selon une des revendications 1 à

, caractérisé en ce qu'au moins un point d'étranglement est prévu sur le pourtour extérieur de l'anneau de friction.

7. Anneau de friction selon une des revendications 1 à

6, caractérisé en ce qu'il présente une pluralité de points d'étranglement partant du pourtour extérieur, répartis sur la périphérie et orientés radialement, qui se raccordent à des tronçons de rainure s'étendant dans le sens de la périphérie et qui communiquent radialement à l'intérieur avec un tronçon d'écoulement s'ouvrant dans le bord

intérieur de l'anneau de friction.

8. Anneau de friction selon la revendication 7, caractérisé en ce que les points d'étranglement se raccordent à un tronçon de rainure radialement extérieur et s'étendant dans le sens de la périphérie, qui communique par des tronçons de rainure orientés radialement avec un tronçon de rainure intérieur s'étendant dans le sens de la

périphérie et débouchant dans un tronçon de sortie.

9. Anneau de friction selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les tronçons de rainure s'étendant dans le sens de la périphérie, sont disposés symétriquement - dans le sens de la périphérie par rapport au point

d'étranglement coordonné.

10. Anneau de friction selon une des revendications 7

à 9, caractérisé en ce qu'une section d'écoulement est

située radialement en regard d'un point d'étranglement.

11. Anneau de friction selon une des revendications 1

à 6, caractérisé en ce qu'il présente une pluralité de points d'étranglement répartis sur la périphérie de l'anneau de friction et se raccordant à des tronçons de rainure s'étendant en zigzag ou en grecques dans le sens

de la périphérie.

12. Anneau de friction selon au moins une des

revendications précédentes, caractérisé en ce que les

rainures comportent au moins deux changements de direction.

13. Anneau de friction selon une des revendications 1

à 12, caractérisé en ce que, par rapport à la surface comprise entre le pourtour extérieur et le pourtour intérieur de l'anneau de friction, la proportion de surface occupée par les rainures est de l'ordre de 30 à 60 %, de

préférence de l'ordre de 40 à 50 %.

14. Anneau de friction faisant partie d'un embrayage de coupure d'un convertisseur hydrodynamique de couple, le convertisseur possédant un carter dans lequel sont requs une roue de pompe, une roue de turbine, une roue de réacteur ainsi que l'embrayage de coupure, l'embrayage de coupure comportant un piston annulaire, de part et d'autre duquel sont formées des chambres, remplissables d'huile, le piston annulaire portant au moins une surface frottante pouvant être amenée en contact de frottement avec une surface frottante antagoniste, la première des chambres étant formée radialement à l'intérieur des surfaces frottantes, entre le piston annulaire et une pièce portant la surface frottante antagoniste, et au moins l'une des surfaces frottantes étant formée par un anneau de friction

selon les revendications (1 à 13), une circulation d'huile,

due à la différence de pression régnant entre les deux chambres, pouvant s'effectuer à travers les rainures ménagées dans l'anneau de friction lorsque les surfaces

frottantes sont axialement appliquées l'une contre l'autre.

15. Anneau de friction selon la revendication 14, caractérisé en ce que la différence de pression entre les deux chambres est engendrée à raison d'environ 60 à 80 %, de préférence de 70 à 80 %, dans la région d'un ou

plusieurs points d'étranglement.

16. Anneau de friction selon la revendication 14 ou , caractérisé en ce que les points d'étranglement sont voisins de la chambre présentant la plus haute pression

quand l'embrayage de coupure est fermé (serré).

17. Anneau de friction selon une des revendications 1

à 16, caractérisé en ce que les rainures sont formées par des portions repoussées ou des découpes de l'anneau de friction.