FR2514431A1

FR2514431A1 - Joint d'isolement contre les vibrations pour monter des ventilateurs et machines soufflantes

Info

Publication number: FR2514431A1
Application number: FR8216816A
Authority: FR
Inventors: Dale W Schubert; Richard S Gureghian
Original assignee: Barry Wright Corp
Current assignee: Hutchinson Aerospace and Industry Inc
Priority date: 1981-10-08
Filing date: 1982-10-07
Publication date: 1983-04-15
Also published as: FR2514431B1; IT1150389B; NL8203897A; CH662623A5; BR8205891A; GB2107787A; CA1216561A; IT8249213A0; IL66917A0; GB2107787B; DE3237017A1; JPS5872700A; JPS635600B2; DE3237017C2

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF D'ISOLEMENT CONTRE LES VIBRATIONS ET D'ETANCHEITE POUR MONTER UN VENTILATEUR A HELICE. SELON L'INVENTION, LE DISPOSITIF COMPREND UN PREMIER CADRE SENSIBLEMENT RIGIDE 52, UN SECOND CADRE SENSIBLEMENT RIGIDE 54, UN ELEMENT FLEXIBLE EN ELASTOMERE 56 DISPOSE ET COLLE ENTRE LESDITS PREMIER ET SECOND CADRES, LEDIT SECOND CADRE DEFINISSANT UNE OUVERTURE CENTRALE EGALE OU PLUS GRANDE QUE LE DIAMETRE DU VENTILATEUR, ET ETANT ADAPTE ET CONFIGURE POUR CANALISER L'AIR PAR L'HELICE DU VENTILATEUR, LEDIT LOGEMENT ETANT FIXE A L'UN DESDITS CADRES ET L'AUTRE CADRE ETANT FIXE A UNE SURFACE DE SUPPORT. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX VENTILATEURS DE REFROIDISSEMENT D'APPAREILS ELECTRIQUES OU ELECTRONIQUES.

Description

La présente invention se rapporte à des

ventilateurs et machines soufflantes, et plus particulière-

ment à un dispositif d'étanchéité et d'isolement contre les vibrations pour les monter, par exemple, à des coffrets en métal et enceintes abritant des dispositifs électroniques. Comme on le sait bien, les composants et dispositifs électriques, par leur fonctionnement, produisent de la chaleur et, par leur nature, ils sont sensibles à une dégradation par les températures élevées Fréquemment, des dispositifs spécifiques sont pourvus de radiateurs de chaleur comme des ailettes conductrices de la chaleur, pour retirer la chaleur non voulue du dispositif par rayonnement,

conduction et convexion vers l'environnement.

Les limites d'espace et la tendance vers la minia-

turisation ont eu pour résultat des espaces thermiques plus petits pour les composants électroniques utilisés, par exemple, dans les équipements de traitement de données et

périphériques, en particulier les unités sur pupitre.

L'équipement électronique est typiquement enveloppé dans un coffret ou enceinte qui protège les dispositifs mais n'offre généralement qu'un espace minimum, à l'intérieur, pour le refroidissement par convexion Pour obtenir une

circulation de l'air, les coffrets sont pourvus de ventila-

teurs qui sont trop souvent fixés directement aux coffrets, agencement connu comme "montage dur" Les ventilateurs comprennent typiquement une hélice montée rotative dans un

châssis sur un moyeu contenant la source d'entra Inement.

Dans les quatre coins du châssis sont disposés des trous pour recevoir des boulons qui maintiennent le ventilateur

à un panneau du coffret.

Un montage dur peut avoir pour résultat une excitation, par vibrations, du coffret, aux fréquences d'une par tour et du passage des pales, ainsi que leurs

harmoniques respectives,du ventilateur pendant le fonction-

nement ainsi que la fréquence du courant d'alimentation et ses harmoniques Cette composante du bruit d O à la structure peut être tout à fait non souhaitable dans des emplacements particuliers, par exemple quand les coffrets électroniques sont dans un bureau, et en particulier quand plusieurs de

ces ventilateurs fonctionnent.

Pour réduire le bruit dû à la structure, divers agencements de montage ont été suggérés Un de ces schémas consiste à utiliser des isolateurs cylindriques, l'un étant

disposé axialement autour de chaque boulon entre le venti-

lateur et le panneau du coffret Malheureusement, sans reconcevoir le coffret, cet agencement de montage donne un espace entre le ventilateur et le panneau L'espace forme un trajet secondaire pour l'air qui est poussé ou attiré par le ventilateur et cela peut réduire l'efficacité du ventilateur pour dissiper la chaleur de l'intérieur du

coffret Par ailleurs, dans des agencements o des ventila-

teurs soufflent de l'air, souvent filtré, dans le coffret pour maintenir une pression positive, un tel espace peut

nuire à l'accumulation de pression.

Pour remplir l'espace, on a utilisé une pièce annulaire d'insertion en mousse, comme joint, pour canaliser l'air en déplacement et empêcher son échappement à travers l'espace Cet agencement peut être encombrant et coûteux, aussi bien par sa fabrication, sa réparation et

son assemblage.

L'art antérieur qui vient d'être décrit présente un autre inconvénient, qui est son profil Comme les ventilateurs sont fréquemment montés dans le coffret, une consommation minimum de l'espace est souhaitable Le profil ou hauteur d'écartement (en mesurant à partir du panneau du coffret sur lequel est monté le ventilateur jusqu'au côté opposé du ventilateur) doit de préférence être aussi petit que possible Avec les isolateurs cylindriques disposés autour de chaque boulon, le ventilateur peut

avoir un profil pas du tout souhaitable.

En conséquence, la présente invention a pour objet un agencement d'isolement contre les vibrations et de

montage pour des ventilateurs et machines soufflantes.

La présente invention a pour autre objet un joint

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pouvant être disposé entre un dispositif tel qu'un ventilateur ou une machine soufflante et une surface o

est monté le dispositif -

La présente invention a pour autre objet un moyen d'isolement contre les vibrations et d'étanchéité pour monter des ventilateurs, machines soufflantes et analogues

et empêcher la transmission du bruit dû à la structure.

La présente invention a pour autre objet un moyen d'isolement contre les vibrations et d'obturation ou d'étanchéité, ayant un profil ou hauteur de dépassement réduit. La présente invention a pour autre objet un moyen d'isolement contre les vibrations et d'étanchéité de conception simple qui puisse être fabriqué et assemblé

économiquement.

Ces objets de l'invention et d'autres encore sont atteints par la présente invention o on prévoit un moyen d'isolement contre les vibrations et d'étanchéité pour monter un ventilateur ayant une hélice, ce moyen comprenant un cadre ou châssis externe et sensiblement carré; un cadre ou châssis interne et sensiblement carré disposé coaxialement et radialement dans le cadre ou châssis externe; une membrane flexible généralement en forme de "S" disposée entre les cadres interne et externe et les connectant; ladite membrane étant faite en un élastomère et lesdits cadres interne et externe étant faits en une matière plastique ou un élastomère; un moyen pour monter, à fleur, le ventilateur sur le cadre interne, un moyen pour monter à fleur le cadre externe sur une surface de

support, le cadre interne ayant un alésage central confi-

guré pour canaliser l'air vers l'hélice du ventilateur.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le joint d'isolement contre les vibrations fait corps avec le logement du ventilateur Le montage ou l'unité montage et logement peut être fabriqué par exemple par le procédé décrit dans la demande de brevet U S NI 198 792 déposée

le 20 Octobre 1980.

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L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci

apparaîtront plus clairement au cours de la description

explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un ventilateur comprenant un logement o est incorporé un joint d'isolement contre les vibrations fait selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan de dessus d'un montage d'isolement contre les vibrations et d'étanchéité construit selon un mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue latérale en élévation du montage d'isolement contre les vibrations et d'étanchéité de la figure 2; la figure 4 est une vue en plan de dessous du montage d'isolement contre les vibrations et d'étanchéité de la figure 2; la figure 5 est une vue en coupe faite suivant la ligne V-V de la figure 2; et la figure 6 est une vue en coupe faite suivant

la ligne VI-VI de la figure 4.

En se référant à la figure 1, un ventilateur 10 est illustré comme comprenant un logement 12, un moyeu 14 connecté fixement au logement par des nervures 16 et une hélice 18, terme utilisé dans son plus large sens pour comprendre des hélices comprenant une partie annulaire 20

et un certain nombre de pales circonférentiellement espa-

cées 22 qui rayonnent de la partie annulaire et qui lui sont connectées, cette partie annulaire étant montée rotative sur le moyeu Dans la version du ventilateur 10 qui est représentée, le moyeu 14 comprend une source d'entraînement (non représentée) comme un petit moteur électrique qui est excité par des conducteurs 24 Le logement 12 du ventilateur contient un premier élément formant bride 26, un second élément formant bride 28 en relation parallèle et espacée avec le premier élément formant bride, et un corps cylindrique 30 entre eux Les éléments formant brides 26 et 28 ont des ouvertures centrales 27 et 29 respectivement Le corps cylindrique 30 a une ouverture centrale circulaire 32 qui le traverse

axialement et qui est en alignement axial avec les ouver-

tures 27 et 29,ayant un diamètre à peu près égal au leur.

L'ouverture 32 est de plus dimensionnée pour avoir une étendue axiale plus grande que celle des pales 22 et un diamètre suffisant pour permettre la rotation, sans gêne, de l'hélice 18 De préférence, le diamètre de l'ouverture 32 est au minimum et est cependant suffisant pour permettre un ajustement avec jeu de l'hélice 18 Ainsi, l'ouverture 32 canalise efficacement l'air poussé ou attiré par l'hélice 18

La partie annulaire 20, par exemple, est disposée concen-

triquement autour du moyeu 14 sur une partie de son étendue axiale, et les nervures 16 sont périphériquement espacées et connectées à l'étendue axiale restante du moyeu à proximité de son extrémité plane 34 qui est la plus proche

du premier élément formant bride 26.

De préférence, les éléments formant brides 26 et 28 sont de forme carrée, s'étendant radialement au-delà du corps 30 à leurs coins, qui sont désignés respectivement en 40 et 42 Chacun des coins 40 et des coins 42 peut être pourvu de l'un des trous dirigés axialement 44 et 46 respectivement, qui sont dimensionnés pour recevoir des boulons 45 Le diamètre externe du corps 30 est égal à la longueur d'un côté des éléments formant brides de forme carrée Ainsi, la dimension totale du logement 12 que l'on

vient de décrire, est au minimum.

La figure 1 montre également un dispositif 50, fait selon l'invention, qui sert de joint d'isolement contre les vibrations, de blindage et de montage Comme on peut le voir, le logement 12 est fixé au dispositif 50 par les boulons 45 Au lieu de cet agencement, d'autres moyens de fixation, commeun adhésif ou à languette et fente, font g partie du cadre de l'invention Par exemple également, le logement peut faire corps avec le dispositif 50 Cela sera

mieux décrit ci-après lors de la description détaillée du

dispositif 50.

Les figures 2, 3, 4 et 5 illustrent le dispositif 50 qui comprend un cadre externe et sensiblement carré 52; un cadre interne ét sensiblement carré 54 disposé coaxialement et radialement dans le cadre externe; et une membrane flexible 56 généralement en forme de "S" disposée entre les cadres interne et externe et les connectant l'un à l'autre, et qui est, par exemple, structurellement colléeentre eux La forme de la membrane 56 offre une meilleure résistance de liaison ou de collage aux cadres externe et interne 52 et 54 respectivement, en augmentant la zone de collage ou de

liaison Par ailleurs, la forme est dictée par des condi-

tions de fonctionnement, en effet la configuration repré-

sentée permet d'obtenir une raideur à peu près égale en translation et coaxiale et une plus faible raideur radiale qu'avec un élément plat et offre par conséquent un support

stable de faible raideur du ventilateur 10 (figure 1).

Par exemple, la membrane 56 est faite en un élastomère et les cadres interne et externe 52 et 54 sont faits en un matériau sensiblement rigide non extensible, par exemple, du métal, un polymère (plastique), un matériau élastomère plus rigide (modul E plus élevésde cisaillement et de Young)

que le matériau de la membrane ou un composé polymère-métal.

La membrane 56 supporte les charges statiques et dynamiques et rompt en même temps le trajet du bruit dû à la structure et des vibrations Le terme "élastomère" est utilisé ici dans sa signification la plus large pour comprendre diverses substances élastiques qui sont en caoutchouc ou ressemblent au caoutchouc Le terme, par exemple, concerne des polymères qui sont réticulés pour ressembler à du caoutchouc et sont vulcanisés par prise à la chaleur, ainsi que les matériaux composés de copolymères thermoplastiques La membrane flexible, par exemple, a un module statique de cisaillement de l'ordre de 6,89 x 105 Pa et un module de Young pour la 4431 compression de l'ordre de trois fois le module de cisaillement; par conséquent, la grandeur du rapport de Poisson est de 0,5 En effet, la membrane 56 peut être appelée "visco-élastique", c'est-à-dire qu'elle a une large gamme d'élasticité sur sa courbe associée de déformation et une "mémoire",donc elle retourne à sa forme d'origine après enlèvement des forces appliquées Sa nature visqueuse lui donne ses propriétés inhérentes d'hystérésis qui ont

pour résultat une perte d'énergie dynamique ou un amortis-

sement des vibrations Les cadres interne et externe 52 et 54 respectivement, doivent être sensiblement rigides bien que suffisamment déformables pour obtenir une "étanchéité" entre le cadre externe 52 et une surface de support (non représentée) et le cadre interne 54 et la ventilateur 10

(figure 1) malgré des irrégularités de surface.

Le cadre externe 52, comme on peut le voir sur la figure 2, comprend quatre éléments allongés 60, 61, 62, 63

de longueur égale, chacun étant connecté de façon ortho-

gonale, à ses extrémités, à un autre des éléments afin de former un carré De préférence, les éléments 60, 61, 62, 63 sont moulés en une pièce Les coins 64, 65, 66 et 67 entre

les extrémités en aboutement des éléments 60-63, respec-

tivement, sont pourvus de protubérances bulbeuses 68, 69, , 71 respectivement, qui s'étendent radialement vers l'extérieur Des trous 72, 73, 74, 75 dirigés axialement traversent les protubérances 68-71 respectivement, et ils sont dimensionnés et espacés pour recevoir des boulons ou vis (non représentés), qui maintiennent le dispositif 50 à une surface de support, par exemple un panneau d'un coffret d'équipement électrique (non représenté) Un plat 80 de renforcement est disposé sur le pourtour du cadre externe 52 La forme en coupe transversale des éléments 63 peut être aperçue sur la figure 6 qui est un exemple représentatif Cette figure est une vue en coupe faite suivant la ligne VI-VI de la figure 4, qui est la vue en plan de dessous L'élément 62 est illustré en c Qupe transversale comme ayant une surface plane 82 de son fond avec deux parois latérales 90 et 91 qui en pendent de façon orthogonale Une surface 92 de l'élément 62 n'est pas plane et elle ne s'étend pas axialement jusqu'à la surface 84 à l'exception d'une courte pièce de transition 94 qui relie l'élément 62 à la nervure de renforcement 80 qui lui est disposée perpendiculairement La surface 92 est curviligne, ayant généralement une silhouette en forme de "S",

pour des raisons qui sont données ci-après.

Le cadre interne 54, comme on peut le voir sur les figures 2 et 4, comprend quatre éléments allongés et intégralement moulés 100, 101, 102, 103 de longueur égale, chacun étant connecté orthogonalement, à ses extrémités, à un autre des éléments afin de former un carré Les coins 105, 106, 107, 108 entre les extrémités en aboutement des éléments 100-103 sont pourvus de trous 110, 111, 112,

113 et de méplats en croissant 115, 116, 117, 118 respec-

tivement Les trous 110-113 sont dimensionnés et espacés pour recevoir les boulons 45 qui maintiennent le ventilateur au dispositif 50 Par exemple, les trous 110-113 peuvent être filetés afin de recevoir les boulons 45 en engagement fileté Comme exemple représentatif, la figure 5 montre le méplat en croissant 118, le coin 108 et le trou 113 La forme en coupe transversale des éléments 100-103 peut être aperçue sur la figure 6 L'élément 101 est illustré en coupe transversale comme ayant une surface plane 119 sensiblement sur le même plan que la surface 82, deux parois latérales pendantes 120 et 122 et une surface 123 sensiblement coplanaire avec la surface 82 La configuration générale en coupe transversale est en forme de botte, l'étendue radiale ou épaisseur de la surface plane 123 étant plus faible que celle de la surface 119 La paroi latérale 120 est disposée perpendiculairement aux deux surfaces 123 et 119 La paroi latérale 122 a une partie 125 qui est parallèle à la paroi latérale 120 et proche de la surface 119, et une partie arquée 127 qui est disposée entre

la partie 125 et la surface 123.

En se référant de nouveau à la figure 4, les plats 115-118 en croissant sont des éléments plans ayant une étendue axiale inférieure aux éléments 100-103 et une étendue radiale à partir des coins 105-108 vers l'intérieur,

d'une distance suffisante pour former une ouverture sensi-

blement circulaire 120 (malgré ses côtés aplatis 121, 122, 123, 124 bien que ceux-ci ne soient pas nécessaire@ Le diamètre de l'ouverture circulaire 120 doit être à peu près égal au diamètre de l'ouverture 32 dans le corps cylindrique du logement 12 du ventilateur (figure 1) Ainsi, les ouvertures 120, 27, 29 et 32 (figures 1 et 4) servent de guidages cylindriques ou blindages qui dirigent l'écoulement d'air vers ou au loin de l'hélice 18 (figure 1) Cela réduit efficacement l'écoulement d'air turbulent et le bruit résultant, et la perte d'efficacité du ventilateur 10 (figure 1) associée à l'écoulement turbulent La présente invention peut être mise en pratique avec une grande variété de ventilateurs et machines soufflantes qui sont commercialisés L'épaisseur axiale et la largeur de la membrane 56 (figure 5) ainsi que les modules de cisaillement et de Young d'élasticité caractérisant l'élastomère dont elle est faite peuvent être choisis et conçus, en fabrication, de façon que le dispositif 50 (figure 1)

puisse supporter le poids requis tout en obtenant l'isole-

ment souhaité contre les vibrations aux fréquences de bande passante particulière On donnera ci-après un exemple de la performance et de la conception pour une application typique de l'invention Un ventilateur de 7,62 cm de diamètre ayant sept pales et un poids de 0,39 kg peut fonctionner à des vitesses de 3 000 t/mn ( 50 Hz) Le dispositif 50 construit selon l'invention peut avoir 11,68 cm de côté et 0,68 cm de profondeur, avec une fréquence naturelle de 18 Hz, une transmissibilité de crête de 6 à 8 et une efficacité d'isolement (déterminée analytiquement) d'environ 76 % à 50 Hz de perturbation et environ 99 % à

350 Hz de perturbation.

Bien que le logement 12 et le montage 50 soient illustrés sur la figure 1 comme étant des éléments séparément formés joints par les boulons 45, on comprendra que l'invention envisage également laur fabrication en

une unité en une pièce, sans nécessiter les boulons 45.

Un tel logement d'isolement contre les vibrations et d'étanchéité permet d'effectuer des économies de fabrication

et d'assemblage.

Le dispositif 50 pourrait être pourvu de deux ouvertures 120 ou plus afin de servir de montage d'isolement contre les vibrations et d'étanchéité pour deux ventilateurs ou plus, simultanément Par ailleurs, le dispositif 50 peut être reconfiguré en une forme circulaire ou triangulaire au lieu de la forme carrée illustrée, si l'application le permet. il

Claims

R E V E N D I C A T I 0 N S

1. Dispositif d'isolement contre les vibrations et d'étanchéité pour monter un ventilateur ayant une hélice fixée rotative dans un logement, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier cadre sensiblement rigide ( 52), un second cadre sensiblement rigide ( 54), un élément flexible en élastomère ( 56) disposé et collé entre lesdits premier et second cadres, ledit second cadre définissant une ouverture centrale égale ou plus grande que le diamètre du ventilateur, et étant adapté et configuré pour canaliser l'air par l'hélice du ventilateur, ledit logement étant fixé à l'un desdits cadres et l'autre cadre étant

fixé à une surface de support.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second cadre précité est fixé au

logement ( 12) du ventilateur.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second cadre précité fait corps

avec le logement du ventilateur.

4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second cadres précités

ont une forme généralement carrée.

5. Dispositif du type comprenant un logement ayant une partie formant cage et une partie de montage axialement connectée à ladite partie formant cage, un ventilateur ayant une hélice avec un certain nombre de pales s'étendant radialement montée rotative sur un moyeu fixé solidement audit logement, caractérisé en ce que ladite partie de montage comprend: (a) un cadré externe et sensiblement rigide ( 52) ayant quatre éléments allongés ( 60, 61, 62, 63) de longueur sensiblement égale, chacun étant connecté orthogonalement à chacune de ses extrémités à une extrémité d'un autre desdits éléments afin de former une forme généralement carrée; (b) un cadre interne sensiblement rigide ( 54) ayant quatre éléments allongés ( 100, 101, 102, 103) de longueur sensiblement égale, chacun étant orthogonalement connecté à chacune de ses extrémités à une extrémité d'un autre des éléments afin de former une forme généralement carrée, et définissant une ouverture ayant une dimension en coupe transversale qui n'est pas inférieure au diamètre défini

par les lames de l'hélice; -

(c) un élément élastomère flexible ( 56) de forme généralement carrée et continue collé audit cadre interne et audit cadre externe et isolant l'un de l'autre des vibrations; (d) un premier moyen pour fixer solidement ladite partie formant cage audit cadre interne; (e) un second moyen pour fixer solidement ledit cadre externe à une surface sensiblement plate de montage; (f) lesdits premier et second moyens de fixation étant configurés et adaptés à empêcher sensiblement le passage de l'air entre la cage et le cadre interne et entre le cadre externe et la surface plate tandis que le ventilateur est en fonctionnement; et (g) le logement étant- à la fois un isolateur

contre les vibrations et un joint.

6. Dispositif comprenant un logement ayant une partie formant cage et une partie de montage axialement connectée à ladite partie formant cage, un ventilateur ayant une hélice avec un certain nombre de pales s'étendant radialement montée rotative sur un moyeu fixé solidement à la partie formant cage et un premier moyen pour monter la partie de montage sur une surface sensiblement plate, ladite partie formant cage comprenant une matière plastique sensiblement rigide, caractérisé en ce que ladite partie de montage comprend un élément en élastomère, ladite partie formant cage étant montée sur la partie de montage par un second moyen de montage pour empêcher sensiblement le passage d'air, ledit premier moyen de montage empêchant sensiblement le passage de l'air entre la surface plate et la partie de montage, ainsi ledit logement est à la

fois un isolateur contre les vibrations et un joint.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie formant cage et la partie de montage font corps l'une avec l'autre.

8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un cadre interne et un cadre externe et en ce que l'élément en élastomère est collé et relie le cadre interne et le cadre externe

et il est coaxial avec eux.

9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de montage s'étend à

travers au moins un alésage prévu dans la surface plate.