Brevet FR2227444A1 — publié le 19741122

L'invention a pour cbjet une pompe à engrenages, Bes pompes rotatives å engrenages connues gusou!å présent comprennent une paire de pignons dentés qui er.grènent ensemble à ltintérieur d'une chambre ayant un profil rapproprié ménagée dans un corps de pompe. Pendant le fon^tionnemen4, les deux pignons dentés produisent des zones à pression de fluide élevée et faible à l'intérieur du corps de pompe tandis aue divers moyens d'étanchéité sont disposés pour contenir le fluide sous pression.L'une des zones critiques, au point de vue de la réalisation de ltétanchéité, est celle des faces latérales, en sens axial, des pignons dentés qui engrènent ensemble. L'inven- tion concerne le type de pompe à engrenages dans lequel des moyens d'étanchéité' sont disposés au voisinage des faces laté- rales axiales des pignons dentés. On se heurte à de nombreuses difficultés d'étanchéité avec les pompes à engrenages de ce type. Etant donné que la pression qui règne sur le coté haute pression de la pompe a plusieurs fois la valeur de la pression qui règne sur le côté basse pression, la réalisation de ltétanchéité sur les faces latérales axiales des pignons dentés est difficile.Quand un joint de type mécanique est poussé, initialement, contre les faces latérales des pignons dentés, de faucon aue les forces mécaniques réalisent l'étanchéité vis-à-vis de la haute pression pendant le fonctionnement à pleine vitesse, la charge initiale doit entre si élevée au'une friction excessive a lieu entre les moyens d'étanchéité et les faces latérales des pignons Xaturellement, ceci accroît l'usure et les risaues de fuite et diminue par conséquent la durée de la pompe ainsi aue son rendement. L'invention a pour but d'apporter une pompe à engrena- ges du type comprenant un corps ayant un orifice d'entrée et un orifice de sortie, ce corps limitant une chambre intérieure profilée, des pignons dentés tournants qui engrènent ensemble montés sur des arbres à l'intérieur de la chambre et ayant des faces latérales espacées en sens axial, une plaque de poussée montée à proximité de l'une au moins de ces faces latérales espacées axialement, cette plaste de poussée et le corps limitant sur le côté haute pression de la pompe des passages ayant un profil en croissant, des moyens de poussée disposés au voisi nage de la plaque de poussée du ctté opposé à ladite face latérale pour maintenir initialement cette plaque de poussee en contact étanche avec la face latérale en question, cette pompe étant caractérisée en ce que la plaque de poussée a des ouvertures à travers lesquelles s'étendent les arbres des pignons dentés et qui sont plus grandes, en diamètre, que les arbres en Question, la plaque de poussée étant libre de flotter à l'intérieur de la chambre dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation des arbres. Pour bien faire comprendre l'invention on donnera maintenant, uniquement à titre d'exemple, une description de deux modes de réalisation d'une pompe conforme à l'invention. On se référera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une pompe à engrenages conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue partielle en coupe selon 2-2 de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe selon 3-3 de la figure 1, - la figure 4 est une vue schématique en coupe à travers les pignons dentés engrenant ensemble et montrant l'accrois- sement proportionnel de la pression qui se produit entre l'orifi- ce d'entrée et l'orifice de sortie de la pompe, - la figure 5 est une vue en perspective d'une plaque de poussée conforme à l'invention, - la figure 6 est une vue en perspective des moyens mécaniques exerçant une poussée initiale sur la plaque de poussée, conformément à l'invention, - la figure 7 est une vue schématique, semblable à la figure 4, qui montre le gradientde pression qui se produit quand la pompe à engrenages de l'invention est en fonctionnement, - la figure 8 est une vue partielle, semblable à la figure 2, montrant un autre mode de réalisation de l'invention qui permet l'inversion du sens de rotation de cette pompe. Une pompe à engrenages conforme à l'invention est désignée sur la figure 1 par la référence générale 10. Cette pompe 10 comprend un corps profilé 11. Celui-ci a une partie centrale 12 et des parties extrêmes 13 et 14 Des pions de centrage 15 sont disposés pour assurer l'alignement des parties 12 à 14 et des boulons 16 maintiennent solidement ensemble ces trois parties 12 à 14. Le corps 11 présente une chambre intérieure profilée 17 qui reçoit une paire de pignons dentés 18 et 19 qui engrènent ensemble. Le pignon denté 18 est monté sur un arbre entratné 20 qui est soutenu par une paire de coussinets 21 et 22. De même, le pignon denté 19 est monté sur un arbre fou 23 qui est soutenu par une paire de coussinets 24 et 25. Des joints toriques 26 sont disposés respectivement entre les parties 12 à 14 du corps et un joint 27 d'étanchéité de l'arbre est disposé entre l'arbre entratné 20 et la partie extrtme 13 du corps. Les pignons dentés 18 et 19 ont chacun des faces latérales, en sens axial, 28 et 29. Une plaque de poussée 30 (voir la figo3) est montée à proximité des faces latérales axiales 28 des pignons dentés 18 et 19. De même, une plaque de poussée 31 est disposée à proximité des faces latérales axiales 29 des mimes pignons dentés 18 et 19.On remarquera que, dans certains cas, l'une des plaques de poussée peut entre supprimée, la pompe ne comprenant plus qu'une unique plaaue de poussée disposée à proximité de l'une des faces latérales axiales des pignons dentés. La figure 5 montre la plaque de poussée 30 dessinée en perspective. Dans cet exemple, la plaque 30 est constituée par une plaque en acier ayant une couche de frottement 32 en bronze sur la face qui est voisine de la face latérale axiale 28 des pignons dentés 18 et 19. La plaque de poussée 30 limite aussi un passage d'huile 33 qui communique avec un ensemble de rainures (voir la fige3) creusées dans la partie extr8me 13 du corps. Selon une caractéristique importante de l'invention, des ouvertures 40, 41 prévuesdans la plaque de poussée pour laisser passage aux arbres 20, 23 ont un diamètre nettement plus grand que le diamètre de ces arbres, ce qui permet à la plaque de poussée de se déplacer ou de flotter à l'intérieur du corps dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation des arbres. Ainsi qu'on l'expliquera plus loin, ceci élimine la nécessité d'usiner avec précision la tranche des plaques et permet aussi de réaliser une pompe à engrenages réversible qui fonctionne dans les deux sens avec un meme rendement. Les figures 2 et 6 montrent des moyens de poussée 34 qui sont montés dans la partie extrtme 14 du corps à proximité de la face arrière de la plaque de poussé 310 Dans cet exemple, les moyens de poussée 34 sont constitués par un premier élément 35 qui est réalisé en caoutchouc ou en matière analogue et qui est disposé dans une rainure complémentaire 36 limitée par la partie extrême 14 (voir la figure 1). Les moyens de poussée 34F comprennent aussi un second élément 37 qui est contigu au pre mier élément 35 et qui est réalisé en matière fortement résis tante à l'usure telle que celle qui est connue sous la marque "Nylatron". Le second élément 37 est contigu aussi à la face arrière de la plaque de poussée 31.Quand on assemble pour la première fois la pompe à engrenages 10, les moyens de poussée 34 exercent une force initiale de pré contrainte sur les plaques de poussée 30 et 31 et les mettent en contact étroit, en sens axial, avec les faces latérales des pignons dentés 18 et 19. Sur le côté hante pression de la pompe 10 (voir la figo 2), la plaque de poussée 31 et le corps Il limitent des passages 38 en forme de croissant, qui se trouvent entre le corps 11 et les tranches 39 des plaques de poussée 30 et 31. Dans cet -exemple, un jeu ayant une valeur nominale de 0,25 à O,TO mm est prévu entre la face latérale profilée 17 du corps et les tranches 39 des plaques 30 et 31 pour donner naissance aux passages in cuvés 38 pendant le fonctionnement sous pression. La valeur nominale de ce jeu peut entre modifiée selon la vitesse, la pression, les conditions de température et de viscosité du fluide envisagées pour le fonctionnement particulier d'une pompe à engrenages.Toutefois, le jeu nominal se trouve normalement dans une gamme de 0,127 à-1,27 mm. L'huile à faible pression entre par un orifice d'entrée 42 de la pompe à engrenages 10. Les pignons dentés 18 et 19 tournent dans la direction indiquée par les flèches sur la figu re 2 et la pression de l'huile s'élève à mesure qu'elle est déplacée par les pignons 18 et 19 en direction de l'orifice de sortie 43. La figure 4 est un dessin schématique qui montre l'accroissement de la pression de l'huile à mesure qu'elle est entratnee vers la sortie par les pignons dentés 18 et 19, P représentant la pression de sortie.L'effet bien connu du gradient de pression est représenté schématiquement sur la figure 7; cet effet est variable et dépend de paramètres tels que la vitesse de fonctionnement, la viscosité du fluide, la température et les åeux de fabrication des pièces constitutives de la pompe à engrenages. Par conséquent, il est évident oue les gradients de pression visibles sur la figure 7 et les pressions relatives indiauées sur la figure 4 sont des exemples donnés uniquement à titre d'illustration. La pression P à la sortie de la pompe s'exerce sur les tranches adjacentes des plaques de poussée 30, 31 et, du fait du montage flottant de ces plaques par rapport aux pignons dentés 18 et 19 et au corps 11, cette pression repousse les plaques dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation des pignons dentés et en direction de l'orifice d'entrée de la pompe afin de donner naissance aux passages désirés 38 analogues à des croissants.La position prise finalement par les plaques de poussée, et le profil réel des passages créés, varient selon les paramètres de fonctionnement de la pompe et les plaques se déplacent åusqu'à une position dans laquelle la fuite périphérique autour de ces plaques de pression depuis le ctté haute pression jusqu'au cSté basse pression de la pompe est minimisée de la façon la plus grande possible. De cette façon, les plaques de poussée sont auto-aåustables et se déplacent automatiquement jusqu'à une position dans laquelle la pompe opère avec un rendement maximum cependant qu'elles rendent inutile, en même temps, la nécessité d'en usiner avec précision la périphérie afin d'obtenir une forme optimum des passages 38 en forme de croissants. En se reportant à la figure 6, on peut voir que les moyens de précontrainte ou de poussée 34 comtrennent une pièce ayant des protubérances radiales 44, 45, 46, et 47 à sa partie supérieure et des protubérances analogues 48, 49, 50 et 51 à sa partie inférieure. Les protubérances 47 et 51 servent d'entre toises seulement et n'agissent pas comme moyens d'étanchéité à la pression. Les protubérances 44, 45 et 46 se comportent comme des moyens d'étanchéité à la pression et limitent des zones prédéterminées à pression de charge s'exerçant sur la face arrière de la plaque de poussée 31, zones aui sont indiquées par les références IA 1, IAX 2 et Lafl3. Des zones de charge semblables se trouvent sur la partie inférieure des moyens de poussée et on admettra que les explications qui suivent relatives à la partie supérieure stappliquent de la mime manière à la partie inférieure. Le moyen de poussée 34 exerce initialement une poussée des plaques 30 et 31 contre les faces latérales axiales 28 et 29 des pignons dentés 18 et 19. Pendant le fonctionnement, du fluide sous pression passe par les passages 38 en forme de crois sants et agit dans les zones de pression de charge sur la face arrière de la plaque de poussée 31 pour donner naissance à une force de poussée axiale oui s'ajoute à la force initiale méca nique résultant de la précontrainte exercée par la pièce 34. Etant donné que les forces dynamiques dues à la pression varient à la périphérie des roues dentées, comme on l'a représenté sur la figure 4, des forces d'équilibrage doivent entre appliquées sur la face arrière de la plaque de poussée 31 à une valeur suf fisante pour donner l'assurance nue la face en bronze 32 de cette plaque 31 est maintenue en contact avec la face latérale axiale 29 des pignons dentés 18 et 19. La force axiale agissant sur l'arrière de la plaque de poussée 31 doit être légèrement supérieure à la charge hydraulique créée par les pignons dentés 18 et 19 (comme on le voit sur la fiv. 4), chape oui tend à repousser les plaques 30, 31 en les éloignant/faces correspon dantes des pignons dentés.On arrive à ce résultat en prévoyant en LA #1, ILAtY2 IAa 2 et LAk/3 des zones légèrement plus grandes que les zones limitées par les dents des pignons dentés et exposées à la pression de l'huile sur la face de la plaque de poussée 31 proche des faces latérales axiales 29 des pignons dentés 18 et 19. Comme les zones de pression dans les pignons dentés sont en communication positive par l'intermédiaire des passages 38 en forme de croissant avec les zones de pression de charge IAt1 à lAft3, la poussée résultante désirée de charge exercée sur les plaques 30 et 31 contre les faces respectives 28 et 29 des pignons dentés peut être réglée dans des limites étroites comme il est souhaitable pour parvenir à une valeur optimum de la performance et de la durée. Les plaaues de poussée 30 et 31 sont par conséquent complètement flottantes et ne sont pas su jettes à incurvation ou à déformation.Ainsi, une fraction du fluide qui est déplacé circonférentiellement par les dents des pignons dentés est dirigée transversalement aux tranches des plaques de poussée afin d'augmenter la pression exercée mécaniquement en sens axial sur ces plaques contre les faces des pignons dentés, la valeur additionnelle de la force nécessaire dépendant de la surface proåetée des dents et de la surface des intervalles de jeu entre elles. On notera aussi que les moyens de poussée 34 peuvent être réalisés de plusieurs manières différentes; par exemple, on peut adopter une construction en un seul élément en opposition à la construction en deux éléments décrite plus haut. En outre, si une poussée mécanique préalable supplémentaire est nécessaire, on peut utiliser des ressorts ou des moyens mécaniques analogues pour forcer initialement les plaques de poussée 30 ou 31 contre les faces latérales axiales respectives 28 ou 29 des pignons -dentés. Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 8. Un corps (non représenté) présente une chambre interne profilée 60 qui contient des pignons dentés engrenant entre eux (non représentés). Des plaques de poussée 61 ayant une configuration périphérique semblable mais légèrement plus petite que celle de la chambre 60 sont disposées à l'intérieur du corps et ces plaques 61 présentent des ouvertures circulaires 62 et 63 qui ont des diamètres supérieurs à ceux des arbres correspondants 64 et 65. De cette manière, les plaques de poussée sont libres de flotter l'intérieur du corps dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation des pignons dentés0 Les faces arrière 66 des plaques de poussée 61 sont appliquées contre des moyens de poussée préalable 67.Comme dans-la premier re réalisation, les moyens de poussée préalable 67 comprennent des protubérances 68 qui s'étendent encens radial et qui limitent des zones de charge individuelles et prédéterminées situées entre les protubérances voisines 68. Ce mode de réalisation est destiné à une pompe à engrenages de type réversible dans lequel les zones de charge sont symétriques par rapport à une ligne verticale passant par les centres des pignons dentés. Les plaques de poussée 61 sont libres de flotter et sont repoussées automatiquement en direction d'un orifice 70 ou 69 selon le côté de la pompe qui constitue l'entrée. Les plaques de poussée 61 sont continuellement repoussées vers orifice d'entrée par la pres sion qui s'établit du ceté haute pression de la pompe. Des passages en forme de croissant sont limités par la tranche des plaques de poussée 61 et la chambre 60 du corps. Avec la pompe réversible dessinée sur la figure 8, un circuit muni de clapets de retenue, connu en soi par l'homme de l'art, est nécessaire pour contrôler la pression dans la chambre d'étanchéité et la pression dans les zones extr8mes limitées des pignons dentés. R E V b N D I C À T I O N S 1. Pompe à engrenages du type comprenant un corps ayant un orifice d'entrée de fluide et un orifice de sortie de fluide, ce corps présentant une chambre Intérieure profilée, des pignons dentés tournants qui engrènent ensemble montés sur des arbres à l'intérieur du corps et ayant des faces latérales espacées en sens axial, une plaque de poussée montée à proximité de l'une au moins de ces faces espacées axialement, cette plaque de poussée et le corps limitant des passages incurvés en crois sant sur le c8té haute pression de la pompe, des moyens de pous sée disposés à proximité de l'une au moins des plaques de pous sée du coté opposé à la face latérale correspondante des pignons dentés pour maintenir initialement ladite plaque en contact étanche avec les faces latérales des pignons, caractérisée en ce que chaque plaque de poussée présente des ouvertures de pas sage des arbres des pignons dentés qui sont plus grandes, en diamètre, que le diamètre de ces arbres et chaque plaque de poussée est librede flotter à l'intérieur de la chambre dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation des arbres. 2. Pompe à engrenages selon la revendication 1 carac térisée en ce que la plaque de poussée est libre de flotter à l'intérieur de la chambre interne profilée dans un plan trans versal à l'axe de rotation des pignons dentés pour quelle puisse entre déplacée par la pression régnant du c8té haute pres sion de la pompe dans un sons de rapprochement du côté basse pression afin de donner naissance à des passages profilés en croissant du côté haute pression de la pompe, indépendamment du sens de rotation des pignons dentés, la pompe étant ainsi du type réversible. 3. Pompe à engrenages selon la revendication 2 caracté risée en ce que les arbres d'entratnement des pignons dentés s'étendent à travers des ouvertures ménagées dans chaque plaque de poussée, ces ouvertures ont une dimension suffisante pour permettre le mouvement de flottement de la plaque dans les deux directions entre les côtés haute pression et basse pression de la pompe. 4o Pompe à engrenages selon l'une quelconque des reven dications 2, 3, caractérisée en ce cue les moyens de pression initiale comprennent des protubérances s'étendant en sens radial qui limitent des zones de charge prédéterminées disposées symé triquement de chaque ceté d'un plan passant par les axes de rotation des pignons dentés. 5. Pompe à engrenages selon l'une quelconque des reven dications 1 à 4 caractérisée en ce que chaque plaque de poussée a une couche de matière favorable au frottement sur sa face voisine de la face latérale correspondante des pignons dentés. 6. Pompe à engrenages selon la revendication 5 carac térisée en ce que la matière favorable au frottement est cons tituée par une couche de bronze. 7. Pompe à engrenages selon l'une quelconque des reven dications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de poussée initiale comprennent un élément élastique disposé entre le corps et la face arrière de la plaque de poussée de sorte que cet élément élastique assure une poussée initiale mécanique en sens axial et l'étanchéité au fluide sous pression entre une plura lité de zones de charge limitées au voisinage de la face arrière de la plaque de poussée. 8. Pompe à engrenages selon la revendication 7 caractérisée en ce que les moyens de poussée initiale comprennent un premier et un second élément complémentaires, le premier élément étant réalisé en matière élastique et le second élément étant réalisé en matière ayant une haute résistance à l'usure. 9. Pompe à engrenages selon l'une quelconque des reven dications 7, 8, caractérisée en ce que les moyens de pression initiale comprennent des protubérances s'étendant en sens radial qui limitent des zones prédéterminées de charge au voisinage de la face arrière de la plaque de pousséeb 10. Pompe à engrenages selon l'une quelconque des reven dications 1 à 9 caractérisée en ce que les'plaques de poussée sont rigides de sorte quelles assurent un contact sur la tota lité de leur face avec chacune des faces latérales axiales des pignons dentés dans les différentes conditions de fonctionnement. 11. Pompe à engrenages selon l'une quelconque des reven dications 1 à 10, comprenant un corps en plusieurs parties ayant un orifice d'entrée de fluide et un orifice de sortie de fluide, ce corps limitant une chambre intérieure profilée, une paire de pignons dentés tournant et engrenant ensemble montés à l'inté rieur de la chambre, ces pignons dentés ayant des faces latérales espacées en sens axial, une paire de plaques de poussée ayant des ouvertures à travers lesquelles s'étendent les arbres portant les pignons dentés, caractérisée en ce aue ces ouvertures ont un diamètre supérieur au diamètre des arbres et les plaques ont un bord périphérique extérieur complémentaire et légèrement en retrait par rapport au bord de la chambre profilée ménagée à l'intérieur du corps, chacune des plaques de poussée limitant avec le corps des passages incurvés en croissant sur le ctté haute pression de la pompe tandis que des moyens exer ayant une poussée initiale sont disposés à proximité de la face arrière de l'une au moins des plaques de poussée pour maintenir initialement lesdites plaques en contact étroit avec les faces latérales axiales des pignons dentés, ces moyens de poussée ayant une pluralité de protubérances qut -'etendent vers l'ex- térieur et qui limitent une pluralité de zones prédéterminée8 de charge sur la face arrière de la plaque de poussée voisine, de sorte que, lorsque la pompe est en fonctionnement, un chemin de passage du fluide est constitué par les passages incurvés en croissant pour créer dans les zones prédéterminées de charge une pression qui pousse les plaques contre les faces latérales des pignons dentés0