Brevet FR2012331A1 — publié le 19700320

L'invention se rapporte à une machine volumetriqùe rotative du type à tube déformable de circulation de fluide, pouvant être utilisée comme pompe, compresseur ou machine à vide notamment, et comprenant un rotor portant line pluralité de rouleaux 5 entraînés en rotation au contact du tube pour le soumettre à pulsations volumétriques cycliques. Pour pouvoir être utilisées de façon satisfaisante avec les moteurs électriques à régime rapide tels que les moteurs à (Jeux ou quatre pôles moins chers que les autres types,de moteurs, universels, micromoteurs a courant continu, ou moteurs /de telles 10 pompes doivent alors être entraînées en faisant appel à un dispositif réducteur, qui en rend la réalisation plus complexe. De plus, le tube y est généralement appelé à travailler par déformation contre un carter externe impliquant un effet de contrainte et d'usure correspondante et compliquant le montage de l'ensemble. 15 La présente invention a pour objet une réalisation d'une telle machine éliminant ces inconvénients, avec d'autres avantages que l'on verra plus loin, et qui est essentiellement caractérisée en ce que le rotor portant les rouleaux est monté flottant autour d'un arbre moteur contre lequel les rouleaux travaillants sont 20 appuyés à friction à la manière de satellites, par montage en tension élastique du tube déformable sur les rouleaux, servant également à assurer sa fermeture à son contact avec ces derniers. On constitue ainsi avec les rouleaux, les satellites d'un réducteur à friction empruntant avantageusement l'élasticité du 25 tube, et cela tout en éliminant la présence ou nécessité d'un carter pour la pompe, le montage autant que le nombre de pièces d'une machine ainsi réalisée étant excessivement réduit et d'un coût de revient bien inférieur à celui des solutions usuelles, tout en offrant un excellent rendement. De ce dernier point de vue en 30 particulier, l'action des rouleaux satellites est très favorable en ce qu'elle tend à repousser et donc à maintenir le tube ouvert vers son orifice d'aspiration, à l'inverse des solutions usuelles 1 ô où le laminage du tube tend à/tirer vers son orifice de refoulement et à amoindrir son remplissage. 35 De plus, à la fonction réducteur à friction ainsi. obtenue, s'ajoute avantageusement celle d'embrayage à limitation de couple entre arbre moteur et rouleaux satellites, cette dernière fonction étant plus particulièrement utile pour éviter / K 69 19819 2 2012331 la détérioration du moteur en cas de résistance anormale au pompage, par exemple dans le cas d'une pompe de lave-glace de véhicule qui serait actionnée lorsque le liquide à pomper est gelé. Suivant une forme de réalisation particulière plus 5 avantageuse de l'invention, la machine est en outre caractérisée en ce que les rouleaux constituent des satellites doubles comprenant chacun deux roues espacées axialement et coopérant à friction avec l'arbre moteur, et entre elles un moyeu de plus faible diamètre sur lequel est monté le tube déformable, ce qui constitue un 10 ensemble planétaire à double étage de réduction. D'autres particularités de l'invention apparaîtront également dans la description qui va suivre d'exemples de réalisation de celle-ci, représentés au dessin annexé, dans lequel : - la figure '1 est une vue éclatée d'un rotor à rouleaux 15 simples ; - la figure 2 est une vue en bout d'arbre d'une pompe constituée avec un rotor tel que celui de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue éclatée d'un rotor à rouleaux formant satellites doubles ; 20 - la figure 4 est une vue schématique illustrative du double étage de réduction obtenu avec le rotor de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue de détail de la pièce d'ancrage du tube déformable -, - la figure 6 est une vue de la section préférée du tube 25 déformable ; - la figure 7 est une vue en perspective d'une forme préférée du tube déformable avant montage ; - la figure 8 est une vue d'un dispositif de réglage de tension du tube ; 30 - la figure 9 est une vue en plan d'une pompe à plusieurs tubes de pompage de fluide ; ^. vus su ~ la figure 10 est une/paSipective illustrative d'un montage d'arbre moteur. Selon la réalisation représentée aux figures 1 et 2, la 35 pompe comprend un"rotor constitué de deux flasques 1 réunis l'un a l'autre par les axes .2 de rouleaux 3 montés libres en rotation sur ces derniers. Les flasques 1 sont ajourés en leur partie 69 19819 3 2012331 centrale de sorte que le rotor peut être engage librement sur un -arbre moteur tel que M-, que les rouleaux viennent également entourer avec un léger jeu, de sorte que le rotor est en état de montage flottant autour de l'arbre moteur, au contact duquel les 5 rouleaux travaillants seront appuyés à friction grâce au montage en tension élastique autour de ces rouleaux d'un tube déformable en élastomère T, formant conduit de circulation de fluide, et dont les extrémités d'aspiration et de refoulement sont maintenues dans une pièce d'ancrage 5 de toute manière convenable. 10 Ainsi, lorsque l'arbre moteur M- est entraîné en rotation dans le sens indiqué par la flèche au dessin, ceux des rouleaux 3 qui se trouvent à son contact sont entraînés en rotation par friction et s'entraînent, par adhérence sur le tube T, en position d'engagement entre l'arbre et le tube qu'ils soumettent à déforma-15 tion au fur et à mesure de leur avancement accompagnant leur rotation indiquée par flèche, c'est-à-dire que le tube est soumis par eux à des déformations volumétriques successives assurant un déplacement du fluide amené à le traverser, les sens d'aspiration et de refoulement du fluide étant indiqués par flèche au dessin 20 en 6 et 7. On notera déjà que selon cette réalisation les rouleaux 3 constituent les satellites d'un système planétaire à friction à arbre moteur central 4 et à couronne externe fixe constituée par le tube T, c'est-à-dire que cet ensemble forme un réducteur co-25 axial planétaire dont la raison est fonction des rayons respectifs des satellites et de l'arbre moteur. La figure 3 illustre à cet.égard une réalisation à double étage de réduction, dans laquelle les rouleaux 3 A en forme de bobine constituent des satellites doubles comprenant chacun deux 30 roues espacées axialement 11 qui coopèrent à friction avec l'arbre moteur M- A, et qui sont réunies par un moyeu 12 de plus faible diamètre sur lequel est destiné à être tendu le tube comme précédemment. De plus, le rotor peut être aisément maintenu axialement 35 en place sur l'arbre moteur en formant celui-ci avec un épaulement central 13, de part et d'autre duquel sont appliquées les roues 11 des satellites. Comme schématisé à la figure M-, la raison de l'ensemble planétaire ainsi constitué est égale à RI x R3, formule dans ÏÏ2 R4 69 19819 4 2012331 10 15 20 25 30 35 laquelle RI est le rayon de l'arbre moteur au point de contact avec les roues 11, R2 est le rayon desroues 11, R3 est le rayon du moyeu 12, et R4 le rayon du cercle décrit par les roues 11 à leur point de contact avec le tube. En pratique, le calcul du débit de la machine s'établit selon la formule suivante : ^ = débit en cm3/mm dans laquelle : - V est égal au volume de la partie du tube comprise entre deux rouleaux satellites, calculé pour un cylindre parfait en cm3 ; - N est égal au nombre de tours par minute du rotor ; - 7 5% étant le rendement pratique de la machine fonctionnant en pompe à eau et ce malgré la différence de volume entre le cylindre parfait servant au calcul théorique et le volume irrégulier constitué par le tube tendu et déformé elliptiquement entre les rouleaux satellites. La pièce d'ancrage du tube peut être simplement constituée comme représenté à la figure 5 par une barrette pourvue à ses extrémités d'encoches d'engagement 5a et de logements 5b de maintien des extrémités du tube T emmanchées sur des embouts de raccordement tels que 15 (figure 2) servant d'organes de retenue, de telle sorte que le tube peut être rapidement monté en l'aplatissant pour son engagement dans les encoches en même temps qu'en l'étirant pour obtenir la tension élastique de montage précitée. Cette pièce d'ancrage peut être rendue solidaire d'une platine 16 supportant également le moteur M comme illustré à la f.igure 3, de sorte que le rotor est simplement supporté en porte-à-faux par l'arbre moteur. Sur le plan constructif, les avantages d'une telle réalisation résident dans le faible nombre de pièces constitutives de la pompe et leur simplicité d'assemblage, ainsi que dans la possibilité d'utiliser des pièces en matière plastique, brutes de moulage, sans usinage de finition, étant à voir que réducteur, -châssis complexe et paliers spéciaux sont par ailleurs supprimés, et que le tube fonctionne à sec, à l'air libre et non dans un carter lubrifié, ce qui permet par ailleurs une surveillance facile du fonctionnement. Du point de vue fonctionnel, on remarquera que l'entraînement des rouleaux satellites au contact du tube par adherence fait qu'ils tendent à repousser le tube vers l'orifice d'aspiration a l'inverse de ce que l'on rencontre dans les solutions usuelles ai-nsi qu'il a été dit, de sorte que dans le cas 69 19819 5 2012331 présent le tube tend à être maintenu ouvert à l'aspiration, ce qui facilite son remplissage. Le montage des rouleaux satellites est avantageusement auto-portant en ce que la pression exercée par le tube est direc-5 tement transmise par eux sur l'arbre moteur, sans appui sur les axes 2 de ces rouleaux satellites, qui ne servent en fait que de simples organes de maintien en position coaxiale d'entraînement autour de l'arbre moteur, c'est-à-dire que ce montage n'exige effectivement aucune précaution particulière (absence de bagues 10 anti-friction ou roulements à billet notamment). Ce montage procure aussi un fonctionnement silencieux sans échauffement des rouleaux satellites sur leurs axes et sans lubrification, tout en assurant le cas échéant, et sans dommage, la fonction d'embrayage glissant limiteur de couple ainsi que-15 cela a déjà été exposé. Dans le cas de la réalisation à double étage de réduction, il s'ajoute à l'avantage de réduction plus importante obtenue, celui d'une augmentation relative de distance entre les moyeux des rouleaux satellites conduisant ainsi à une augmentation 20 de la cylindrée pour un encombrement équivalent, de même qu'une meilleure fermeture du tube est obtenue en ce que l'angle qu'il forme alors sur lesdits moyeux est davantage fermé. Si l'on désire prolonger au maximum la durée du tube, il convient d'utiliser des tubes extrudés spécialement, en vue de 25 supprimer les contraintes excessives se produisant aux endroits des plis lorsque l'on aplatit un tube cylindrique, et il conviendra d'utiliser alors un tube de section extérieure cylindrique, mais comportant intérieurement une section elliptique, comme l'illustre la figure 6. 30 Cette disposition procure les avantages suivants : - tension mécanique très réduite pour obtenir la fermeture étanche du tube corps de pompe à chaque passage des rouleaux satellites, d'où augmentation du rendement mécanique par suppression de frictions importantes ; 3 5 - meilleure aptitude à la compression des gaz et meilleu res performances de la machine lorsqu'elle est utilisée en pompe à vide ; 69 19819 6 2012331 - en outre, l'usure interne du tube, à l'endroit des plis, est beaucoup plus lente, grâce à la suppression des contraintes mécaniques excessives provoquant le "stresse-cracking" du matériau constituant le tube. 5 En cas d'utilisation de cette machine en compresseur, il convient mieux d'utiliser un tube spécial de profil longitudinal conique comme 1'illustre la figure 7. Grâce à cette disposition, on obtient une compression régulière et progressive du fluide, sans point d'échauffement, 10 même pour des pressions importantes. Une tension plus ou moins grande^tube sur les satellites rend variable le débit de la machine par suite de la modification correspondante de la cylindrée due à un aplatissement plus ou moins important du tube modifiant son volume intérieur. 15 Par un montage réglable approprié des points d'ancrage du tube, on peut ainsi modifier sa tension sur les satellites et, par là, modifier le débit de la machine, sans grande augmentation de son coût de fabrication. La figure 8 illustre un montage de réglage de la tension 20 du tube sur les atellites, dans lequel la pièce d'ancrage telle que 5 A comporte une liaison centrale par vis 17 avec la platine 16 la vis 17 traversant la platine et la pièce d'ancrage, et cette dernière étant également reliée à la platine par l'intermédiaire de guides 18 engagés dans des encoches de coulissement qu'elle 25 présente, tandis qu'un écrou de blocage du réglage est prévu en 19. En disposant plusieurs, tubes sur le même rotor, on peut réaliser une machine à usages et à débits multiples, mue par un seul moteur, ce qui constitue un montage compact et très économique En prenant soin d'opposer la traction des différents 30 tubes sur le rotor, on obtient un bon équilibre dynamique de l'ensemble. La figure 9 montre une telle disposition, à trois tubes montés en opposition sur le même rotor et dans laquelle M désigne le moteur d'entraînement, 5 B pouvant être un tube de pompe à vide, 3 5 5 C un tube de compresseur et 5 D un tube de pompe à débit variable Ces machines peuvent fonctionner soit simultanément, soit séparément par le décrochage ou l'accrochage sur leur pièce 69 19819 7 2012331 d'ancrage des "tubes respectivement disposés pour les trois usages. Ce montage est particulièrement intéressant pour les pompes chirurgicales ou les machines de laboratoire. Les micromoteurs électriques couramment utilisés, entre 5 autres, dans les accessoires automobiles, ne comportent généralement pas de paliers montés sur roulements à billes, et l'axe de ces moteurs peut être d'un diamètre trop petit pour supporter de fortes poussées radiales. Dans ce cas, le montage de la machine peut nécessiter 10 un palier avant supplémentaire. Afin d'éviter 1 *échauffement de ce palier qui peut être simplement constitué par un axe d'acier tournant sur deux portées de "Nylon", l'une solidaire de l'axe du moteur, l'autre du bâti de la machine, il convient de ne pas fixer cet axe sur une de ses 15 portées, mais de le laisser tourner librement de telle sorte que sa vitesse se partage entre ses deux portées. La figure 10 illustre cette disposition dans laquelle 20 désigne l'axe même du moteur M, M- A l'arbre moteur solidaire du précédent, 21 un axe flottant monté libre dans ses portées ménagées,d'une part sur 20 l'arbre 4 Afet d'autre part dans un palier de soutien 22 solidaire du bâti de machine. En dehors du fait que le ou les tubes tendent à rester tendus en service dans le plan de leurs points d'ancrage, la position relative du tube ou de chaque tube et des rouleaux 25 satellites peut être assurée en donnant à la portée correspondante de ces derniers une forme légèrement bombée suivant l'axe du tube considéré, comme cela est courant entre poulies et courroies plates. 69 19819 8 2012331 REVENDICATIONS 1. Machine volumétrique rotative à tube déformable de circulation de fluide, comprenant un rotor portant une pluralité de rouleaux entraînés en rotation au contact du tube pour le soumettre à pulsations volumétriques cycliques, caractérisée en ce 5 que le rotor est monté flottant autour d'un arbre moteur contre lequel les rouleaux travaillants sont appuyés à friction à la manière de satellites, par le montage en tension élastique du tube sur les rouleaux, servant également à assurer sa fermeture à son contact avec ces derniers. 10 2. Machine selon 1, caractérisée en ce que les rouleaux constituent des satellites doubles comprenant chacun deux roues espacées axialement coopérant à friction avec l'arbre moteur, et entre elles un moyeu de plus faible diamètre sur lequel est monté le tube déformable, ce qui constitue un ensemble planétaire à 15 double étage de réduction. 3. Machine selon 1, caractérisée en ce que les extrémités du tube sont montées sur une pièce d'ancrage pourvues d'encoches d'engagement et de logements de maintien des extrémités du tube pourvues d'embouts de raccordement servant également d'organes de 20 retenue. 4-. Machine selon 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de réglage de la tension du tube. 5. Machine selon 1, caractérisée en ce que le tube déformable présente au repos une section externe cylindrique et une 25 section interne elliptique dont le grand axe est disposé parallèlement aux rouleaux. 6. Machine selon 1, caractérisée en ce que le tube déformable présente un profil longitudinal conique externe et interne. 7. Machine selon 2, caractérisée en ce que les roues 30 des satellites doubles sont montées de part et d'autre d'épaulement de maintien ménagés sur l'arbre moteur, ce dernier étant solidaire de l'arbre d'un micromoteur électrique et supportant le rotor précité en porte-à-faux.