Brevet FR2272277A1 — publié le 19751219

La présente invention concerne une pompe à air ou un compresseur d'air à piston rotatif,notamment pour appareil pneunatique de signalisation, ou analogue, comportant une rotor dispose excentriquement dans un-carter cylindrique etavec des coulisseaux, adaptés dans des fentes du rotor, mais montés librement mobiles, qui sont pressés par la ce centrifuge contre la- paroi intérieure du carter. Dans ces pompes ou compresseurs d'air à piston rotatif, il se produit, en service, un frottement très important entre la paroi intérieure du carter cylindrique et les extrémités extérieures des coulisseaux qui sont appliqués contre cette paroi de carter et glissent sur elle. En conséquence, l'usure des extrémités extérieu- res des coulis seaux et de la paroi intérieure du carter est consi dérable.En vue de redire cette usure et d'augmenter en correspondance la durée de vie de la pompe ou du compresseur, les coulisseaux sont constitues, dans les réalisations connues, en acier traité, particulièrement dur et résistant à ltusure de frottement.La paroi intérieure du carter est constituée; dans les réalisations connues, également en une matière spécialement résistante à l'usure et dure, notamment en fonte traitée avec du graphite en billes, dénommée fonte à graphite sphéroldal. La grande dureté et l'usinage ou traitement ultérieur nécessaire pour ces matières augmentent cependant considérablement les frais de fabrication des pompes et compresseurs à piston rotatif connus. En outre, les coulis seaux fabriqués en acier présentent un poids propre considérable et sont en conséquence appliqués avec une force centrifuge importante contre la paroi du carter. I1 en résulte que les avantages obtenus par ltemploi de matériaux mentionnés, du point de vue de la résistance à ltusure de frottement et à la durée de vie des coulis seaux, sont partie contrebalancés et annules. La présente invention a pour but de surmonter ces incon vénients des réalisations connues et de créer une pompe ou un compresseur d'air à piston rotatif du type mentionné plus haut, qui puisse être fabriqué avec des frais de matériauset de travail nettement inférieurs, et dans lesquels ltusure de frottement des extrémités des coulisseaux et de la paroi intérieure de carter est considérablement réduite par un abaissement de la pression d'applica tion entre ces éléments. Dans ce but, l'invention est caractérisée en ce que les coulisseaux sont constitués en une altière sy.thétique avec une poudre métallique conne charge. La matière synthétique avec poudre métallique cornue charge, utilisée pour les coulisseaux de la pompe ou du compresseur à piston rotatif, constitue déjà une matière première considérablement moins coûteuse que 1 t acier traité, dur et résistant à l'usure de frottement utilisé précédemment.Cette matière peu coûteuse peut également avec une faible dépense de temps et d'effort être travaillée, par des procédés connus dans la technique des matières synthétiques, pour obtenir les pièces en forme de coulisseaux désirées. I1 nry a pas besoin pour cela de respecter des tolérances de dimensions aussi étroites que dans la fabrication de coulisseaux en acier, car la matière synthétique présente, même avec une teneur en métal très élevée, une élasticité suffisante pour compenser des tolérances grossières éventuelles. Le traitement thermiquede trempe jusqu'ici nécessaire disparait alors. Les frais de fabrication de tels coulisseaux pour pompes ou compresseurs à air à pistons rotatifs sont de ce fait abaissés d'environ 20 à 25 %. La matière première utilisée, conformément à l'invention, pour les coulisseaux des pompes et compresseurs à pistons rotatifs (matière synthétique avec une poudre métallique comrle charge) présente également un poids nettement inférieur à celui de l'aciers En conséquence, en même temps que les frais de fabrication, le poids propre des coulisseaux est réduit, et avec celui-ci également la force d'application avec laquelle ceux-ci sont pressés par effet centrifuge contre la paroi intérieure du carter, par rapport aux coulisseaux connus exécutés en acier. Il en résulte que l'usure par frottement des extrémités des coulisseaux et de la paroi intérieure de carter est réduite en correspondance. Le poids des coulisseaux est en majeure partie déterminée par le pourcentage de métal en poudre ajouté comme charge dans la matière synthétique. En conséquence, le poids du coulisseau peut être modifié en grande partie simplement par le choix de la proportion de métal en poudre, tout en conservant les dimensions du coulisseau, pour être adapté aux conditions éventuelles.Plus spécialement, il est possible, sans difficultés, de rifler le poids propre des coulisseaux de telle manière quTen service, avec la vitesse de rotation désirée duEotor, ils soient appuyés contre la paroi intérieure du carter, par la force centrifuge, avec une pression d'application suffisante pour obtenir 1 r étanchéité nécessaire entre les extrémités de coulisseaux et la paroi intérieure du carter, mais cependant aussi faible que possible. Dtune manière surprenante, on a constaté que, avec les coulisseaux conformes à 11invention, ltétan- chéité nécessaire peut etre obtenue même avec des pressions d'application relativement faibles et mesurées de manière très juste.La raison en est vraisemblablement dans la possibilité de déformations élastiques de la matière synthétique, qui lui donne une grande possibilité d'adaptation des extrémités de coulisseaux aux irrégularités de surface i la paroi intérieure du carter. Pour cette raison, et étant donné qu'avec ltabaissement de la pression d'application-entre les extrémités des coulisseaux et la paroi intérieure du carter, la sollicitation à l'usure de la paroi intérieure du carter est également abaissée ; il est possible, suivant une autre réalisation avantageuse de lrinvention, de fabriquer la paroi intérieure du carter en une matière améliorée par traitement, par exemple fonte grise, bronze fritté, alliages d'alwminium ou analogues.Par cette mesure, on obtient un autre abaissement de la dépense de matière et de travail et en conséquence du colt de fabrication de la pompe ou du compresseur d'air à piston rotatif. -Conformement à l'invention, la totalité du carter de la pompe ou du compresseur, ou une chemise cylindrique insérée à l'intérieur et formant la paroi intérieure du carter peut être fabriquée à partir des matières premières mentionnées. Au contraire de lropinion régnant auparavant dans le monde de la technique, que ltusure de frottement de la paroi intérieure de carter et des extrémités de coulisseaux glissant eur elle dans les pompes et compresseurs à pistons rotatifs5 pouvait être évitée en fabriquant les coulisseaux et la paroi intérieure du carter en acier traité aussi dur que possible, spécialement résistant à l'usure, mais par contre coûteux, lourd, et difficile à travailler, ou en fonte de fer, l'invention prévoit, pour la fabrication des coulisseaux des pompes et compresseurs, d'utiliser une matière plus facile à travailler et moins coûteuse (matière synthétique avec charge en poudre métallique), matière dont la résistance à l'usure de frottement est nettement plus faible, mais est compensée par le poids propre nettement plus faible, et la pression d'application, en correspondance plus faible, des coulisseaux contre la paroi intérieure du carter. Conformément à l'invention, contrairement à l'opinion couranteantérieure, et de manière surprenante, on obtient donc, avec une matière de dureté plus faible et une résistance à l'usure moins grande, au moins le même effet technique que celui obtenu précédemment avec des matières aussi dures que possible, spécialement résistantes à llusure. L'avantage réside alors dans l'abaissement de la dépense de matière et de travail, et, en conséquence des frais de fabrication. La poudre de métal, contenue comme charge dans le corps de matière synthétique, uniformément répartie, sert non seulement à donner aux coulis seaux le poids propre avantageux éventuellement nécessaire, mais elle a également pour effet d'augmenter la conductibilité thermique de la masse de matière synthétique et de permettre ainsi ltévacuation de la chaleur à partir des coulisseaux qui, en service, sont échauffés par le frottement contre la paroi intérieure du carter et cnntre les parois des fentes de rotor. En outre, cette poudre métallique agit comme produit lubrifiant solide, et réduit ainsi en supplément l'usure de frottement des extrémités de coulisseaux et de la paroi intérieure du carter. On peut, suivant une caractéristique de l'invention, obtenir de bons résultats, en prévoyant que la poudre métallique est une poudre de bronze. De préférence, on utilise une poudre métallique à grains sphériques, notamment de la poudre de bronze, avec une grosseur de grains comprise entre 0 et 100 microns, dans laquelle avantageusement environ 80 % des grains sont inférieurs à 73 microns. La quantité de poudre de métal ou de bronze contenue comme charge dans la masse de matière synthétique des coulisseaux dépend du poids propre recherché des coulisseaux, stélève cependant en général à 80 - 90 % en poids, de préférence 85 % en poids. La matière synthétique qui est utilisée avec la poudre métallique comme charge pour la fabrication des coulieseaux peut également être choisie différemment suivant les circonstances. On peut utiliser pour cela aussi bien des matières thermoplastiques que des matières duroplastiques. Les polyamides se sont montrés dtun emploi particulièrement judicieux. Lt effet de lubrification obtenu par remploi de la poudre métallique, notamment de la poudre de bronze, comme charge pour la masse de matière synthétique constituant le corps des coulisseaux, peut, suivant une autre caractéristique de llinvention, etre encore accru, en prévoyant, comme charge supplémentaire pour la matière synthétique, dans la fabrication des coulisseaux, un produit autolubrifiant, notamment le bisulfure de molybdène. La description ci-après se rapporte à un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en section transversale d'une pompe ou compresseur à air à piston rotatif, et la figure 2 est un graphique des forces centrifuges agissant, en dépendance de la vitesse de rotation, sur les coulisseaux du compresseur à piston rotatif, dtune part, dans des compresseurs correspondant à ltétat de la technique (courbes en pointillé), et, d'autre part, dans des compresseurs conformes à la présente invention (courbes en traits pleins). La présente invention se rapporte à des pompes ou compresseurs dt-air à piston rotatif, du type représenté en coupe transversale dans la figure I. Ces machines à piston rotatif comprennent une chambre cylindrique I, à section circulaire, qui est limitée, sur son pourtour, par la paroi intérieure 2 d'un carter 3. La paroi intérieure de carter 2 est constituée par une chemise cylindrique, insérée dans le carter 3, et fixée sur lui. Dans la chambre 1 est supporté à rotation, en position excentrique, un rotor 4 pourvu de fentes 5, qui est entraîné en rotation, dans le sens de la flèche, par exemple, par un moteur électrique coaxial, non représenté. Les fentes 5 ne sont pas dirigées radialement par rapport au rotor 4, mais sont inclinées en oblique par rapport au rayon fictif, passant par le point d'intersection de chaque fente avec l'enveloppe du rotor. Dans chaque fente 5 du rotor 4 est monté, ajusté mais libre de coulisser, un coulisseau 6 en forme de lame, qui, lors de la marche, est déplacé vers l'extérieur par la force centrifuge, et est pressé, avec son extrémité libre extérieure, contre la paroi intérieure du carter, ctest-à-dire contre la chemise cylindrique 2. La paroi du carter 3 ou la chemise 2 est prescue en contact en un point avec la surface d'enveloppe du rotor 4. Dans cette zone, les coulisseaux 6 sont totalement, ou presque totalement, refoulés dans les fentes correspondantes 5 du rotor 4. Lors de la traversée de la chambre 1 suivante en forme de croissant de la machine qui est libérée, les coulisseaux 6 sont sortis des fentes en correspondance avec la largeur de cet chambre en croissant, puis sont à nouveau repoussés à l'intérieur des fentes. Dans la zone de début de la chambre e forme de croissant de la pompe ou du compresseur, est prévu un orifice d'aspiration 7 dans l'enveloppe, et dans la zone de fin, un orifice de refoulement 8. Le corps enveloppe du carter 3 peut etre lui-meme pourvu despa- ces vides ou chambres et notamment une chambre 10 reliée d'une part avec l'orifice d'aspiration 7, et, d'autre part, avec l'air extérieur à travers un orifice d'entrée 9, et d'une chambre 12 agissant comme réservoir d'air, reliée à l'orifice de refoulement 8 et à un raccord d'échappement 11. Dans ces pompes ou compresseurs d'air à piston rotatif, connus en soi, utilisés notamment pour des appareils de signalisation pneumatiques, ou analogues, les coulisseaux 6 sont constitués; conformément à l'invention, en matière synthétique, notamment en polyamide, qui contient, comme charge, une poudre métallique, notamment environ 85 % en poids de poudre de bronze à grains sphériques, et un produit auto-lubrifiant, notamment environ 2 % de bisulfure de molybdène dans une répartition uniforme. La grosseur des grains de la poudre de métal ou de bronze est comprise entre O et 100 microns, 80 % de cette poudre ayant une grosseur de grains inférieure à 73 microns. Les coulisseaux 6 sont fabriqués par un procédé quelconque, connu pour le traitement des matières synthétiques et sont montés sans nécessité d'usinage ou de traitement ultérieur. Le carter 3 ou la chemise 2 sont constitués en fonte grise ne nécessitant non plus de post-traitement, ou encore en alliages d'aluminium, ou matériaux frittés, ou analogues. Dans le graphique de la figure 2 sont représentées les forces centrifuges exprimées en grammes (g), qui agissent, pour différentes vitesses de rotation, exprimées en tours/minute, du rotor, sur un coulisseau 6 de la pompe ou compresseur d'air de la figure 1. Les lignes en pointillé A1 et A2 représentent la force centrifuge en fonction de la vitesse de rotation, dans le cas de coulis seaux en acier La courbe A1 se rapporte au coulisseau complètement sorti de la fente, c'est-à-dire sensiblement dans le domaine médian de la chambre en forme de croissant de la pompe ou du compresseur, tandis que la courbe A2 se rapporte au coulis seau totalement refoulé à 11 intérieur de la fente. Avec les lignes en traits pleins B1 et B2 est par contre représentée la dépendance entre la force centrifuge et la vitesse de rotation (en tours/minute) dans le cas de coulisseaux fabriqués, conformément à l'invention, avec une poudre métallique comme charge. A nouveau, la c-ourbe B1 se rapporte au coulis seau 6 totalement sorti et la courbe B2 au coulisseau complètement rentré dans la fente. D'après la figure 2, on voit que, sur le coulisseau nettement plus léger, constitué conformément à l'invention, agit une force centrifuge qui est sensiblement la moitié de celle quoi agit, dans les mêmes conditions sur les coulisseaux en acier de type connu. En conséquence, le coulisseau 6 conforme à l'invention est pressé contre la paroi intérieure du carter 3 ou contre la chemise cylindrique 2 -avec une pression d'application plus faible. il en résulte que l'usure par frottement de la chemise de cylindre 2 et des extrémités extérieures des coulis seaux 6 est diminuée, dans une mesure telle, que les pompes ou compresseurs à air à piston rotatif, conformes à l'invention, présentent une durée de vie d'autant au moins aussi longue que ceux fabriqués selon les modes de construction connus avec coulisseaux en acier. La dépense de matière et de travail pour la fabrication de ces machines conformes à l r invention est cependant nettement plus faible, étant donné qu'aucun taitement ou usinage après fabrication n'est nécessaire, ni pour les couis- seaux 6, ni pour la chemise de cylindre. L'invention test pas limitée à l'exemple décrit et représenté qui n'est donné qulà titre non limitatif. Diverses modifications restent possibles, notamment dans la construction des éléments sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. - REVENDICATIONS- 1. Pompe à air ou compresseur d'air à piston rotatif, notamment pour appareils pneumatiques de signalisation, ou analogues, comprenant un rotor disposé excentriquement dans un carter cylindrique, et- des coulisseaux, adaptés dans des fentes du rotor, mais librement mobiles, qui sont pressés par la force centrifuge contre la paroi intérieure du carter, machine caractérisée en ce que les coulis-seaux sont constitués en matière synthétique contenant, comme charge, une poudre métallique. 2. Pompe à air ou compresseur d'air, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre métallique est une poudre de bronze. 3. Pompe ou compresseur d'air, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la poudre de bronze est composée de grains de forme sphérique. 4. Pompe ou compresseur d'air, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la poudre métallique ou de bronze possède une grosseur de grains comprise entre O et 100 microns. 5. Pompe ou compresseur d'air, suivant la revendication 4, caractérisé en ce que environ 80 % des grains de la poudre métallique ont une grosseur inférieure à 73 microns. 6. Pompe ou compresseur d'air, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre métallique ou poudre de bronze, est présente dans une proportion d'environ 85 % dans la masse de matière synthétique des coulisseaux. 7. Pompe ou compresseur d'air, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matière synthétique des coulisseaux contient, comme charge supplémentaire, un produit lubrifiant solide, notamment du bisulfure de molybdène, de préférence dans une quantité égale à 2 % en poids. 8. Pompe ou compresseur d'air, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matière synthétique constitutive des coulisseaux est une polyamide. 9. Pompe ou compresseur d'air, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la paroi intérieure du carter ou d'une chemise de cylindre disposée et fixée dans le carter, est constituée en fonte grise ou en alliage d'aluminium, ou matière frittée, ou analogue, ne subissant pas d'usinage, ni de traitement de post-fabrication.