Brevet FR2034883A1 — publié le 19701218

La présente invention concerne.'les pompes à pistons . axiaux dont d'une part le bloc à cylindres, monté à rotation dans le corps de la pompe avec son axe incliné sur celui de l'arbre moteur, est couplé à cet arbre par un engrenage conique 5 sans variation de vitesse, dont d'autre part les pistons sont reliés au plateau dé l'arbre moteur par des bielles disposées des deux côtés avec possibilité d'articulation omnidirectionnel-le, et dont enfin les cylindres sont reliés à des canaux d'aspiration et de refoulement disposés de différents côtés du plan 3_0 axial commun, alternativement durant environ un demi-tour, chacun par l'intermédiaire d'une lumière radiale ménagée dans la paroi du bloc à cylindres. Ces pompes, qui peuvent être également utilisées comme moteurs, se distinguent avantageusement des pompes à pistons axiaux dans lesquelles le bloc, à cylindres 15 fixe est disposé dans l'axe de l'arbre moteur, les pistons étant • •animés de mouvements de va-et-vient, dans les alésages des cylindres du bloc, par un disque animé d'un mouvement de nutation tournant avec l'arbre moteur et au contact duquel les pistons sont maintenus en permanence par des ressorts. En effet, grâce 20 à la liaison des pistons avec l'arbre moteur au moyen de bielles, d'une part on évite le frottement glissant qui se produit dans la transmission des forces entre l'arbre moteur et les pistons, d'autre part on crée la possibilité, en inclinant davantage les axes du bloc à cylindres et de l'arbre moteur, d'accroître nota-25 blement la course des pistons, plus que cela ne serait possible en jouant sur 11 inclinaison, limitée par le frottement mentionné ci-dessus, entre le disque de nutation et l'axe de l'arbre moteur passant par le centre de ce disque. Même dans les pompes à pistons axiaux connues dans 30 lesquelles les axes gu bloc à cylindres et de l'arbre moteur sont inclinés l'un sur l'autre et dans lesquelles les pistons sont mus par 1'intermédiaire de bielles, cette inclinaison ne peut excéder 45° parce que l'engrenage conique qui relie le bloc à cylindres à l'arbre moteur est cisposé au milieu des faces en 35 regard l'une de l'autre du bloc à cylindres et du plateau de l'arbre moteur, donc entre les paliers des bielles. En outre, le bloc à cylindres présente, à cause de son montage sur un axe central fixe,'un diamètre relativement grand, et cet axe, qui comporte également les canaux d'aspiration et de refoulement BAD ORIGINAL 70. 08812 2 2034883 avec leurs fentes de commande par 1 '-intermédiaire desquelles des lumières radiales dirigées vers l'intérieur, ménagées dans les alésages des cylindres, communiquent alternativement avec lesdits canaux, né permet que des canaux d'aspiration et dé 5 refoulement dont la section est très considérablement inférieure à celle des cylindres. A cause des faibles sections de ces canaux des limites relativement-étroites sont imposées à l'augmentation du débit de la pompe que permettrait une plus grande course des pistons. 10 L'invention a donc pour but, dans une pompe du type mentionné plus haut, d'une part d'augmenter encore la course des pistons en vue d'accroître le débit, cela en inclinant plus fortement les axes du bloc à cylindres et de l'arbre moteur, d'autre part d'améliorer le rendement de cette pompe en donnant 15 aux canaux d'aspiration et de refoulement, ainsi qu'aux lumières d'aspiration et de refoulement du corps de la pompe, des sections considérablement plus grandes, très proches de la somme des sections de tous les cylindres se trouvant sous pression d'aspiration ou de refoulement. 20 Pour parvenir à ce but, l'invention prévoit, dans une pompe du type indiqué en préambule, que le bloc à cylindres est monté par sa périphérie extérieure dans la partie du corps de pompe qui l'entoure, que l'engrenage qui relie ce bloc à l'arbre moteur est constitué par des couronnes dentées disposées à la 25 périphérie extérieure dudit bloc et du plateau de l'arbre moteur, et que les alésages des cylindres communiquent avec les lumières d'aspiration et de refoulement du corps de pompe par l'intermédiaire de lumières radiales dirigées vers l'extérieur et disposées entre le bloc à cylindres et la paroi circonféren-30 tielle du corps de pompe. Dans une pompe ainsi conçue l'inclinaison du bloc à cylindres et de l'arbre moteur n'est pas limitée par le couple de roues coniques qui les relie, cette inclinaison pouvant au contraire se rapprocher d'un angle droit jusqu'à ce que les 35 bielles puissent encore tout juste se déplacer l'une au-dessus de l'autre et par-dessus leurs paliers sur le plateau de l'arbre moteur. En outre, les lumières dirigées radialement vers l'extérieur, ménagées dans les- alésages des cylindres, et la disposition des canaux d'aspiration et de refoulement dans l'espace 70 08812 3 2034883 entre le bloc à cylindres et la paroi du corps de pompe» permettent de donner une dimension optimale aux sections de ces lumières et aux conduits d'aspiration et de refoulement qui entrent en communication avec elles. En outre, malgré une augmen-5 tation considérable du débit de la pompe et une amélioration de son coefficient de rendement, les dimensions de la pompe ont pu être notablement diminuées et, en même temps, les masses en mouvement considérablement réduites. Malgré que les alésages des cylindres soient disposés 10 autour de l'axe d'un bloc à cylindres relativement petit, le fonctionnement et le débit de la machine, en particulier en ce qui concerne la course des pistons, sont tout à fait comparables à ceux de pompes ou moteurs de types connus considérablement plus grands et plus lourds. 15 Afin de mieux faire comprendre l'invention un exemple d'exécution est décrit en détail ci-après avec référence au dessin schématique sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale au travers de la pompe formant l'objet de l'invention, cette coupe 20 étant faite dans le plan axial commun au bloc à cylindres 9 et à l'arbre 30 de la pompe, - la figure 2 est une vue en coupe transversale au travers du bloc à cj^lindres 9, à la hauteur de la ligne A-A de la fig. 1, 25 - la figure 3 est -une coupe axiale au travers du bloc à cylindres, le long de la ligne brisée B-B de la fig. 2, - la figure 4 est une vue en coupe transversale suivant la ligne.C-C de la fig. 3, - la figure 5 est -une vue en coupe transversale sui-30 vant la ligne D-D de la fig. 3, - la figure 6 est une vue en coupe, passant par un plan axial, du plateau de l'arbre moteur avec les pièces fixées sur lui, - la figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne 35 E-E de la fig. 6, - la figure 8 est une vue en coupe axiale au travers d'une variante d'exécution du montage des bielles sur le plateau de l'arbre moteur, et - la figure 8a est une vue en plan de la roue dentée 40 33' représentée à la fig. 8. 70 08812 4 2034883 Dans un corps commun se trouvent, entouré par la parti' 1 de ce corps, le bloc à cylindres 9 et, entouré par la partie 3 de ce corps, l'arbre moteur 30. Les axes de ce bloc et de cet. arbre sont inclinés de 60° l'un par rapport à l'autre. De façon 5 correspondant à cette inclinaison, les parties 1 et 3 du corps sont réunies l'une à l'autre, de façon rigide et étanche, par une pièce d'angle creuse 2. L'espace 31 entouré par la partie 2 du corps est rempli d'huile et est accessible par un orifice de remplissage 32 10 qui peut être obturé. Le bloc à cylindres 9 de section circulaire en tout point de sa longueur est monté à rotation dans la partie 1 du corps, par1 l'intermédiaire d'un roulement à rouleaux 10 à son extrémité inférieure, par l'intermédiaire d'un roulement à bil-15 les à contact oblique 11 à son extrémité supérieure. De plus, dans la direction axiale, le bloc 9 est verrouillé par une butée à rouleaux 14 dont les rouleaux sont disposés radialement. Le bloc à cylindres 9 contient, comme le montre la fig. 2, cinq alésages de cylindres 13 répartis régulièrement 20 autour de 11 axe du bloc, les axes de ces alésages étant parallèles à celui du bloc. Chacun de ces alésages contient un piston de pompage 12. Les enceintes cylindriques délimitées d'un côté par les pistons 12 sont, de l'autre côté, fermées par des bouchons 15 munis de joints annulaires 16, fixés par des vis 17 à 25 un couvercle 9a qui recouvre la face libre du bloc 9. Ce couvercle est centré sur le bloc 9 au moyen d'une vis centrale 19 et est fixé à ce bloc par des vis 18 (fig. 4). Un alésage axial 19a ménagé dans la vis 19 relie le conduit central de lubrification 9b du bloc 9 à.l'intervalle existant entre le couvercle 30 9a du bloc à cylindres et le couvercle la qui obture le corps de la pompe de façon étanche. chacun des alésages 13 communique, par l'intermédiaire d'un orifice 13a de direction radiale prévu à la hauteur du point mort haut des pistons dans la paroi périphérique du bloc 9, avec un espace annulaire ménagé entre ce 35 bloc et la paroi périphérique de la partie 1 du corps de pompe. Dans cet espace annulaire est ajustée une bague de commande 4 qui, par une vis 20 engagée dans une rainure parallèle à l'axe eu corps de pompe, est verrouillée en rotation dans la partie 1 de ce corps. Cette bague comporte deux percées approximativement 70 08812 5 2034883 semi-annulaires séparées l'une de l'autre par deux nervures 4a (fig. 2) diamétralement opposées. Ces percées sont constituées chacune par une rainure extérieure 5 ou 6 de forme sensiblement semi-annulaire, une rainure intérieure 5a ou 6a- également de for-5 me sensiblement semi-annulaire, et des passages 5b ou 6b ménagés dans une cloison 4c qui sépare les rainures 5 et 6 des rainures 5a et 6a. Les cloisons 4c servent à rigidifier la bague 4 qui serait trop affaiblie par des percées s'étendant sur toute sa section. Les nervures 4a opposées l'une à l'autre sont situées 10 dans les zones des points morts hauts et bas des pistons 12, de sorte'que selon le sens de rotation du bloc à cylindres 9 l'un des orifices 7 et 8 situés dans le champ des rainures annulaires extérieures 5 et 6 de la bague 4 et ménagés dans la partie 1 de la paroi du corps constitue l'orifice d'aspiration, tandis que 15 l'autre constitue l'orifice de refoulement. Ces orifices 7 et 8 sont, de façon connue en soi, munis de moyens de raccordement de la partie 1 du corps à des conduites (non représentées) du fluide transporté. Aux pistons 12 sont fixées les bielles 27, par des pa-20 liers à rotule 12a permettant -une articulation omnidirectionnelle. Ces bielles relient les pistons à des paliers de même type dans le plateau 30a solidaire de l'arbre moteur 30. Ces paliers sont constitués, dans l'exemple représenté, par des roulements mono-axiaux 28 et par des manetons de manivelle 29 qui supportent ces 25 roulements et qui sont montés dans une roue dentée 33 fixée sur le plateau 30a, avec possibilité de rotation autour d'axes parallèles à l'axe de l'arbre de la pompe. Ces manetons 29 reposent dans des roulements à rouleaux 34 et sont verrouillés contre tout mouvement axial par des roulements à billes à contact oblique 30 35. Ces roulements sont montés dans une bague 36 enserrée entre la bride 30a et la roue dentée 33. Cette dernière comporte sur son pourtour extérieur une denture en spirale 33a qui engrène avec une denture semblable 9d prévue sur le plateau 9c du bloc à cylindres 9. La roue dentée 33 et la bague 36 sont centrées 35 sur le plateau moteur 30a par une vis axiale 37 et sont en outre' fixées à ce plateau par des vis 38 (fig. 6 et -8). A sa partie supérieure, l'arbre moteur 30 est monté dans la partie 3 du corps de pompe par l'intermédiaire drun roulement à rouleaux 39, tandis qu'à sa partie inférieure il y est 70 08812. 6 2034883 monté par 1'intermédiaire de deux roulements à billes à contact oblique 40 et 41 qui, en même temps, empêchent l'arbre moteur 30 de se déplacer axialement, dans l'une ou l'autre direction, dans la partie 2 du corps de pompe. Les roulements à billes 40 5 et 41 prennent appui, dans la direction axiale, sur la partie 2 du corps de pompe et sur l'arbre 30, par des épaulements et des circlips. Le mode de fonctionnement de la pompe constituant l'objet de l'invention résulte d'une comparaison que l'on peut 10 faire entre les fig. 1 et 3. A la fig. 1 l'un des pistons 12 se trouve en position de point mort haut, un autre de ces pistons en position de point mort bas. Dans une pompe à nombre de cylindres impair, telle que celle représentée au dessin, il est vrai que ces positions ne peuvent pas être occupées simultané-15 ment par deux pistons. Chaque piston occupe l'une de ces positions lorsqu'il passe à côté de l'une des nervures 4a de la bague de commande 4, et lorsque l'orifice du cylindre correspondant est obturé par l'une de ces nervures. Si le bloc à cylindres, vu à partir de son couvercle 9a, tourne senestrorsum 20 comme indiqué par une flèche à la fig. 2, les pistons situés à la nervure supérieure 4a franchissent leur point mort bas, et ceux situés à la nervure inférieure 4a franchissent leur point mort haut. Cela signifie que le fluide à transporter est aspiré du côté gauche par l'orifice 7 ménagé dans la paroi du corps 25 de pompe, et est refoulé du côté droit par l'orifice 8 également dans ladite paroi, comme indiqué à la fig. 2 par de petites flèches. La fig. 3 représente deux pistons en position intermédiaire correspondant à gauche à une demi-course descendante (aspiration), à droite à une demi-course ascendante (refoulement). 30 Cette position ne peut, elle non plus, être occupée simultanément par deux pistons dans le cas d'une pompe comportant un nombre de cylindres impair. Pour empêcher que sous l'effet de la différence de pression résultant en service de différents côtés du plan axial 35 commun passant par les nervures 4a le bloc à cylindres ne subisse une sollicitation unilatérale indésirable, il est prévu du côté intérieur de la bague de commande 4, des deux côtés des rainures 5a et 6a, une autre rainure 21 ou 22 d'une part, 23 ou 24 d'autre part, de mêirk. longueur que les rainures 5a et 6a 70 08812 7 2034883 (fig. 3), et les rainures prévues d'un même côté du plan axial passant par les nervures 4a sont reliées chacune, par des canaux 25 ou 26 (fig.5) disposés dans la bague, de commande 4, à la percée 6, 6a, 6b ou 5, 5a, 5b de cette bague située de l'autre 5 côté dudit plan. De cette façon, la susdite différence de pression et par conséquent les sollicitations transversales unilatérales du bloc à cylindres sont supprimés dans une grande mesure. La disposition des paliers 34 des manetons de manivelle 29 représentée aux fig. 1 et 6, c'est-à-dire directement dans 10 la roue dentée 33, nécessite que cette roue ait des dimensions qui permettent que lors du fraisage de la denture 33a les outils utilisés pour cela aient un libre dégagement vers l'intérieur. Ceci conduit à donner un diamètre relativement grand à la roue 33 ainsi qu'au plateau denté 9c sur le bloc à cylindres 9. Afin 15 d'apporter une amélioration à ce sujet, les roulements à rouleaux 34 des manetons 29 sont, comme représenté aux fig. 8. et 8a, logés dans une bague 36' et la roue dentée 33', qui dans cet exemple contient les roulements à billes à contact oblique 35 pour les manetons de manivelle 29, est enserréeentre cette bague 36' et 20 le plateau moteur 30a. 70 08812 8 2034883 REVENDICATION S 1.- Pompe à pistons axiaux comportant d'une part un bloc à cylindres qui est monté à rotation dans le corps de la pompe avec son axe incliné sur celui de l'arbre moteur et qui 5 est couplé à cet arbre par un engrenage conique sans variation de vitesse, d'autre part des pistons qui sont reliés au plateau de l'arbre moteur par des bielles disposées des deux côtés avec possibilité d'articulation omnidirectionnelle, les cylindres étant reliés à des canaux d'aspiration et de refoulement disposés 10 de différents côtés du plan axial commun, alternativement durant environ m demi-tour, chacun par l'intermédiaire d'une lumière radiale ménagée dans la paroi du bloc à cylindres, cette pompe étant remarquable en ce que le bloc à cylindres est monté par sa périphérie extérieure dans la partie du corps de pompe 15 qui l'entoure, en ce que' l'engrenage qui relie ce bloc à l'arbre moteur est constitué par.des couronnes dentées disposées à la périphérie extérieure dudit bloc et du plateau de l'arbre moteur, et en ce que les alésages des cylindres communiquent avec l§s lumières d'aspiration et de refoulement du corps de pompe par 20 l'intermédiaire de lumières radiales dirigées vers l'extérieur et disposées entre le bloc à cylindres et la paroi circonféren-tielle de la partie du corps de pompe qui entoure le bloc à cylindres. 2.- Pompe à pistons axiaux selon la revendication 1, 25 remarquable en ce que les canaux d'aspiration et de refoulement sont constitués par des percées ou passages de forme générale semi—annulaire séparés les uns des autres par des nervures, ces passages étant ménagés dans un anneau de commande qui est disposé entre le bloc à cylindres et la paroi du corps de pompe et 30 est maintenu sans possibilité de rotation dans la partie de ce corps qui entoure ce bloc, tandis que débouchent dans ces passages, de l'extérieur, les orifices d'aspiration et de refoulement ménagés dans la paroi du corps de la pompe et, de l'intérieur, les lumières des cylindres ménagées dans la paroi du bloc à cy-35 lindres. 3.- Pompe à pistons axiaux selon les revendications 1 et 2, remarquable en ce que les lumières des cylindres ont une section au moins approximativement égale à celle des alésages des cylindres, et en ce que les sections effectives des passages 70 08812 9 2034883 ménagés dans la bague de commande ainsi que les sections des offices d'aspiration et de refoulement sont au moins aussi grandes que la somme des sections des lumières des cylindres avec lesquelles ils se trouvent simultanément en communication. 5 4.- Pompe à pistons axiaux selon les revendications 1, 2 et 3, remarquable en ce que les passages ménagés dans la bague de commande sont constitués chacun par une rainure extérieure et par une rainure intérieure, ces rainures étant de forme sensiblement semi-annulaire, et par des alésages radiaux ménagés 10 dans les parties de la paroi annulaire qui sépare les rainures intérieures des rainures extérieures. 5.- Pompe à pistons axiaux selon les revendications 1, 2, 3 et 4, remarquable en ce que les faces des nervures tournées vers le bloc à cylindres nt, dans le sens circonférentiel, 15 une largeur au moins égale à la largeur des lumières ménagées dans ce bloc, mesurée dans le sens circonférentiel. 6.- Pompe à pistons axiaux selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5, remarquable en ce qu'il est prévu, du côté intérieur de la bague de commande et des deux côtés des rainures in- 20 térieures, une rainure de même longueur, et en ce que les rainures prévues des mêmes côtés de la bague de commande sont en communication avec celles ménagées dans ladite bague, par l'intermédiaire de canaux pratiqués dans cette bague. 7.- Pompe à pistons axiaux selon.les revendications 1, 25 2, 3, 4, 5 et 6, remarquable en ce que la couronne dentée disposée sur le plateau de l'arbre moteur fait partie d'une roue dentée placée sur ce plateau, tandis que la contre-couronne dentée est taillée sur le pourtour d'un plateau du bloc à cylindres. 8.- Pompe à pistons axiaux selon les revendications 1, 30 2, 3, 4, 5, 6 et 7, remarquable en ce que les bielles sont maintenues sur l'arbre moteur, dans des paliers mono-axiaux de manetons de manivelle montés sur le plateau de l'arbre moteur avec possibilité de rotation autour draxes parallèles à celui de cet arbre. 35 9.- Pompe à pistons axiaux selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8, remarquable en ce que les manetons de manivelle sont montés dans la roue dentée fixée au plateau de l'arbre moteur, leur déplacement axial étant empêché par des roulements à billes à contact oblique disposés dans une bague 70 08812 10 2034883 enserrée entre ladite roue dentée et ledit plateau. 10.- Pompe à pistons axiaux selon les revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8, remarquable en ce que les manetons de manivelle sont montés dans un disque annulaire plat et en 5 ce que les roulements à billes à contact oblique qui les empêchent de se déplacer axialement sont disposés dans la roue dentée enserrée entre ce disque et le plateau de l'arbre moteur.