Brevet FR2108851A1 — publié le 19720526

ta présente invention a pour objet de proposer un nouveau type de pompe à haut rendement au moyen de la réalisation suivante : deux engrenages de commande elliptique de même dimension, fixés à un arbre d'entraînement, avec un décalage de 180 , engrennent avec deux pignons elliptiques, de même dimen sion one les dits engrenages de commande ; chacun d'eux est indérendamment solidaire d'tm ' arbre central, et un arbre creux entraîné formant un arbre concentrique double ; chacun de ces dits arbre (central et creux entraine respectivement des pistons rotatif s tournant dans un cylindre aplati, et ainsi la distance entre chaque piston rotatif augmente et diminue alternativement durant la rotation de l'arbre de commande de manière 9 aspirer et compresser le fluide avec une grande efficacité en évitant les pièces utilisées dans les pompes alternatives convention'selles. Des applications selon l'invention vont maintenant être décrites en se référant aux dessins d'accompagnement. Les Fig. 1 à 8 illustrent une application dans laquelle de engrenages ellip- tiques sor.t engrenés en utilisant comme axe de rotation l'un des deux foyers de l'engrenage elliptique : la Fig. 1 est une co@pe transversale d'une pompe selon une ligne I-I de la Fig. 2 et selon la ligne I'-I' de la Fig. La Fig. 2 est une vue le face de la pertie engrenages vue de la ligne II-II de la Fig. I. La Fi?. 3 est une vue de face de la partie isten montrée sans le -oitier extérieur et illustrant la position des pièces quand l'arbre de commande est à 90 à gauche de la position indiquée en Fig. 2. La Fig. 4 est une figure d'information de l'angle de rotation des engrenages de commande et commandés de ladite application. ra Fig. r est une vue de face de 1a partie piston, vue partielle nui montre comment les pistons et les disques de commande sont assemblés. La Fig. 5 est un dessin agrandi de la partie indiquée rar une flèche dans la Fig. @ et une partie de celle-là est représentée dans une coupe selon la ligne VII-VII. La Fig. 7 est une vue de face de la partie piston, identique à la Fig. 3 et celle-ci représente les positions de montage de valve. La Fig. 8 est @n graphique représent@nt le mourement des pistons et l'action des valves. La Fig. 9 est une vue de face de la partie engrerage, identique à la Fig. 2 mont@@nt une seconde application dans laquelle les engrenages elliptiques sont engrenés en utilisent leurs centres comme axe de rotation. La Fig. 10 est une vue de face de la partie piston dans la seconde application (identique à la Fig. 7) La Fig. 11 est un graphique représentant le mouvement des pistons en relation avec la rotation de l'arbre de commande, et l'action des valves prévues dans la paroi du cylindre. Maintenant, se référant au dessins, l'application illustre par las Fig. I > S est telle que chaque engrenage elliptique et engrené en utilisant un foyer de l'ellipse comme axe de rotation. Comme l'indiquent les Fig. 1 et 2, le tâtai comprend une boite d'engrenage I 7lus une partis cylindrique 2 qui forme un cylindre aplati 5 (plus exactement une couille circulaire). L'arbre de commande 4 émerge de le boite d'engrenage au travers d'un roulement à billes et est entrainé par un système moteur adéquat non reprasenté sur le dessin.Sur l'arbre de commande, les pignons elliptiques 5 et 6 sont fixés par un de leurs foyers et sont décalés de 180 l'un de l'autre. La boite d'engrenage I est équipée d'un arbre double comprenant un arbre central entrainé 9 et un arbre creux entraîné 10 ayant leur axe à une distance de l'axe de l'arbre 4 correspondant au plus grand développement de l'ellipse. L'extrémité droite de l'arbre central entraîné 9 dans la Fis. 1 -traverse la paroi arrière de la boite d'engrenage au moyen d'un roulement et l'autre extrémité traverse, par un roulement également, la paroi opposée ainsi que l'arbre creux 10, ajusté concentriquement à l'arbre central 9.Un engrenage elliptique 7 est fixé sur l'arbre central commandé 9 et un engrenage elliptique 8 est fixé sur l'arbre creux commandé 10 de telle manière qu'ils s'engrènent avec les engrenages correspondants 5 et 6 de sorte que leur décalage est également de 180a. Les deux arbres 9 et 10 se prolongent vers la gauche au delà de la boite d'engrenage jusqu'au centre de la coquille circulaire concentrique aux deux arbres. L'extrémité gauche de l'arbre creux 10 est façonné pour former un disque d'entraînement 12. Deux pistons rotatifs en forme de disque, 14-et 14' sont montés diamétralement sur le disque 12. Ces pistons se meuvent dans le cylindre 3, entraînés par le pignon 6 et l'intermédiaire 8. Sur l'extrémité de l'arbre central 9, dépassant l'arbre creux, un disque d'entrainement 11 est monté et fixé en contact étroit avee ledit disque d'entraînement 12. Deux pistons rotatifs 13 et 13 > et qui se meuvent dans le cylindre 3 dans la même direction que lespistons 14 et 14' susmen tionnés, sont fixés diamétralement sur le disque 11 et entraînés par l'engrenage 5 et l'intermédiaire 7. Dans le cas de l'application représentée en Fig. 1, 3, 5 et 6, des soupapes d'admission et de refoulement sont prévues sur les pistons rotatifs. L'arbre central 9 se prolonge au delà du disque d'entraînement 11 et traverse la paroi du carter de cylindre, et sur cette dite prolongation, est montée une pièce 15 en forme de boisseau disposée d'une manière concentrique et adjacente au plate au 11. Les pistons rotatifs 13et 13' sont pourvus de valves d'admission 16 et 16' avec dispositifs de retenue, ayant des ouvertures sur les deux surfaces des pistons rotatifs, et aussi de valves d'admission et de refoule- ment communiquant avec l'extérieur du cylindre au moyen de canaux 18, 18' > 19 et 19', traversant le plateau li et aboutissant respectivement aux rainures circulaires 20 et 21 a l'anneau 24 ajusté sur la pièce cylindrique 15, lequel anneau comporte les ajustages d'admission 22 et de refoulement 23. Le nombre 25 désigne sur les dessins les joints d'étanchéité prévus entre les deux disques d'entraînement et la paroi intérieure dti cylindre, entre le disque d'entraînement et la paroi du cylindre et entre le piston rotatif et l'autre disque d'entraînement. La Fig. 4 donne une in go de la relation entre l'angle de rotation de l'engrenage de commande et celui de l'engrenage commandé - selon la pr-sente application, - et qui s'explique ainsi, Lorsque chacun des deux foyers du pignon de commande 0 et du pignon commandé O' sont désignés par A, B et A', B' respectivement et les points d'intersection du développement des ellipses et les perpendiculaires aux grands axes passant par les foyers, le mouvenent rotatif des deux engrenages évolue ainsi.Les deux pignons sont engrenés en utilisant les foyers B et B' comme axes de rotation, le pignon commandé O' tourne d'un angle &alpha; lorsque le pognon de commande tourne de 90 à droite, et d'un angle ss durant les 902 suivants. Par conséquent, les pistons 13 et 14 doivent être montés de telle sorte qu'ils s'approchent l'un de l'autre quand le plus grand axe du pignon de commande se trouve à angle droit avec la ligne reliant le pignon. de commande et le pignon commandé tel que le montre la Fig. 3. Comme la distance entre les foyers A et B du pignon elliptique est dans le rapport 1/0.4 àt la longueur du plus grand axe de l'ellipse, l'angle a est un peu plus grand que 452 et l'angle ss est un peu plus petit que 135 . Par conséquent, lorsque l'arbre de commande tourne de 180 à partir de la position de la Fig. 3, le piston 13 tourne vers la gauche (sens inverse des aiguilles d'une montre) d'un ahgle légèrement inférieur à 270 . Durant ce déplacement, le piston 14 tourne également 8ans la même direction d'un angle légèrement supérieur à 90 , de même pour le piston 1@'. Ainsi le piston 15 s'approche du piston 14' et derrière lui (voir 13' et 14''' de la Fig. 7) @t dans le même temps, le piston 13' s'approche darrière le @iston 14 (voir 14'' et 13''' de la Fig 7). Durant la rotation suivante de 180 de l'orbre de commande, l@ piston 14 se déplace d'un angle 2 ss suivant le piston 13, et en même temps le piston 13 se déplace d'un angle 2 &alpha; et retnurne ainsi à sa position de départ primitive tel que le montre la Fig. 3. Ainsi, les pistons se mouvant dans le cylindre @ugmentent et diminuent la distance qui les sépare, et les @uatre chambres fondées entre eux, aspirent et compressent alternativement. Conséquemment, dans les chambres ur deit côtés dii niston rotatif 13, le fluide aspiré au travers de l'ajutage 22 est aspiré Bens lcs chambres en dépression en passant par les valves 16 sur les deux côtés dudit piston rotatif et après avoir passé par la rainure circulaire C et 1 lumière 18. Comme la chambre du côté opposé du piston est en état de compression, le fluide est refoulé en traversant la valve de sortie 17, la lumière 1, la rainure circulaire 21 et l'ajutage de sortie. Les valves 16' et 17' situées sur les deux faces du piston rotatif 13' effectuent une action similaire en rapport avec l'action ci-dessus et fonctionnent simultanément dans l'opér@- tion d'aspiration ou de refoulement. L'application décirte ci-dessus présente une solution idéale dans le pompage spécialement des fluides du fait que les valves ou soupapes sont toujours en position de travail quelle que soit la position des pistons rotatifs dans le cylindre. Toutefois l'application présente un point faible, qui peut être la fabrication quelque peu difficile actuellement d'un nombre adéquat de valves dont peut être pourvue la paroi du cylindre. La Fig. 8 illustre un exemple de positionnement de valves d'aspiration A et de refoulement B dans le cas d'utilisation d'une ellipse dont le rapport d'excentricité est de 0,4, pour laquelle la course entre piston devient maximum comme dans le cas de l'application sus mentionne. Quand les pistons 13, 14, 13', et 14' sont commandés à l'inverse des aiguilles d'une montre à partir de la position indiquée dans la Fig. 3, la vitesse angulaire de déplacement des pistons 13 et 14 dans le cylindre durant une rotation de 3600 de l'arbre de commande 4 tournant à une vitesse angulaire constante, apparait en courbe XIII et XIV de la Fig. 8 et en conséquence pour la chambre située entre deux pistons durant les premiers 1800, les valves d'aspiration A1, A2, A3 et A4 sont utilisées, et pour les 180 suivants, les valves 8e refoulement B1 B4 sont utilisées. Les lignes pleines horizontales dans la Fig. S indiquent les périodes de travail des valves. Les courbes XIII' et XIV' représentent l'amplitude du mouvement des pistons 13' et 14' respectivement. Les valves nécessaires pour les ouatre chambres formées par les autres pistons sont : valves d'aspiration A1-A4, A'1-A'4, A5-A8, A'5-A'8 et valves de refoulement B1-B4, B'1-B'4, B5-B8, B'5B'8. Comme 4 est commun avec 5 et 8 avec 1, le nombre de valves dont doit être pourvue la paroi du cylindre est de 12 de chaque sorte, A1-A7 et B1-B7 sont indiquées dans un sens inverse des aiguilles d'une montre sur la Fig. 8. Toutefois, le nombre des valves peut être réduit dans l'utilisation comme compresseur de fluides gazeux. Quand l'excentricité est plus petite, la course des pistons diminue comparée à la rotation, mais il est possible de raduire le nombre des valves. Il est donc possible d'adopter me solution différente selon la présente invention afin d'utiliser la pompe avec un maximum d'efficacité pour une application déterminée. Lorsque deux pistons sont disposés symétriquement selon l'application, le rapport de la distance entre les foyers à la longueur du grand axe doit être 1/#2-1 ou moins. L'application décrite ci-dessus correspond-à un type où l'engrenage elliptique tourne selon un axe de rotation passant par un foyer de l'ellipse. Cependant, le meame résultat peut être aussi réalisé par la rotation de quatre engrenages elliptiques de mêmes dimensions autour du centre de chaque ellipse comme le montre la Fig. 9. Dans ladite figure, le nombre 104 désigne l'arbre de commande, 105 et 106 les engrenages de commande fixés sur l'arbre de commande avec leur angle de phase décalé de 90 ; et 107 et 108 sont les engrenages commandés, engrenés chacun avec les engrenages de commande correspondant à l'arbre central 109 et à l'arbre creux 110, lesquels forment l'arbre double concentrique. Le mouvement de ces composants correspond à ceux de l'arbre de commande 4, des pignons de commande 5 et 6, des pignons commandés 7 et 3, de l'arbre central 9 et de l'arbre creux 10 de l'apnlication ci-avant mentionnée, et les pistons 113, 113', 114 et 114' sont montes sur les disques d'entrainement comme le montre la Fig. 10. La structure et la fonction de la partie pignons et de la partie pistons sont les mêmes que celles de l'application a'jh mentionnée. Avec cette méthode de montage des engrenages, Lin cycle d'opération est accompli à chaque rotation de 1802 de l'arbre de commande 104. Toutefois, dans ce dernier type, l'angle de rotation des pistons 113 et 114 est de 1802 pour une rotation de l'arbre de commande de 90 . Par conséquent, quand les pistons 113 et 113' sont montés avec un espacement de 180 , ainsi que les pistons 114 et 114', le mouvement des pistons, à chaque rotation de 900 de l'arbre de commande 104, devient p@r@llèle, comme le montre la Fig. 11, et ainsi, une valve d'aspiration et une valve de refoulement sont suffisantes par 180 de la paroi du cylindre, et avec cette disposition du piston, les valves de retenue ne sont plus nécessaires. Dans la Fig. 11, CXIII, CXIV, CTIII' et CXIV' montrent les positions à prévoir pour les pistons 113, 114, 113' et 114' respectivement, le mouvement de ces pistions, les positions prévues des valves d'aspiration A et h' et les valves de refoulement B et B > ainsi nue les temps de travail desdites valves. La Fig. 10 illustre ladite application dans la nosition où les deux pistons sont au plus près l'un de l'autre. De plus, quand ladite méthode d'engrenage de pignons est adoptée, il est possible de monter trois pistons rotatifs, tous les 120 sur chenue disque d'entrainement, du fait nie le rapport de a vitesse angulaire des deux arbres commandés à celle d'un angle de 90 de l'arbre de commande est de 1/2 ( 50-o : 1202 ), et à l'efficacité de la cylindrée par rotation de l'arbre de commande neut ainsi être augmentée en diminuant considérablement la pulsation du fluide. Avec une pompe selon l'invention comprenant le dispositif sus mentionne une efficacité excellente peut être obtenue, les vibrations et los pertes de puissance inhérentes aux pompes alternatives conventionnelles sont amenuisées et le pompage peut être tenu uniforme et stable ; d'autre part, une plus grande cylindrée peut etre obtenue avec une structure plus réduite comparée evec celle des pompes rotatives conventionnelles. REVENDICATIONS 1. - Une pompe à piston rotatif ecsorenant detix engrenages elliptiques as même forme et mêmes dimensions fixés à un arbrs de commande et engrenés avec deux pignons elliptiques identiques auxdits pignons de commande, chacun des dits pignons commandés étant fixé indépendamment l'un de l'autre à un arbre central entraîné et un arbre creux entraîné formant un arbre double concentrique, de manièrc a cntrainer des pistons rotatifs correspon- dants, lesquels tournent à l'intérieur d'un cylindre de forme torinue dans l'utilisation de tels pignons elliptiques ceux-ci sont fixés avec un décalage de 180 , la fixation de chacun étant assurée sur un axe de rotation passant par un des foyers de chaque pignon elliptique. 2. - Une pompe à piston rotatif comprenant deux pignons elliptiques de mêmes dimensions, fixés à un arbre de commande et engrenés avec deux pignons identiques auxdits pignons de commande, chacun de ces dits pignons cor'andés étant fixé indépendamment l'un de l'autre à un arbre central entraîné et utL arbre creux entraîné formant un arbre double concentrique, de marnière i entraîner des nistons rotatifs correspondants, lescuels tournent à l'intérieur d'un cylindre de forme torique ; dans l'utilisation de tels pignons elliptiquels, ceux-ci so t fixés avec un décalage de 90 , la fixation de chacun étant assurée sur un axe de rotation passent par le centre de chaque pignon elliptique.