Brevet FR2276485A1 — publié le 19760123

L'invention concerne des engins à fluide sous pression pouvant faire les fonctions de boite de vitesses, de diviseur ou multiplicateur de débit et de pression, de moteur, de pompe ou de compresseur. Ils sont constitués par deux organes déterminant entre eux an moins une gorge de section constante, et mobiles l'un par rapport à l'autre dans la direction de ladite gorge, des pistons solidaires de l'un des deux organes présentant chacun une section conjuguée de celle de la gorge dans laquelle il est engagé d'une manière étanche, des cloisons mobiles dans l'autre de ces deux organes de ma- nière b déterminer sélectivement, dans ladite gorge, des chambres de travail du fluide, des moyens pour imprimer susdites cloisons mobiles un mouvement en synchronisme avec le mouvement relatif des deux organes précités, des moyens de connunication entre chacune desdites chambres de travail du fluide et deux des circuits fluides avec lesquels l'engin est relié, des moyens de mise en communi- cation de chaque chambre de travail précitée avec l'un des deux circuits fluides avec lesquels elle est reliée. L'invention vise à réaliser un engin simple et robuste présentant des avantages intéressants par les fonctions multiples qu'il peut remplir dans bon nombre d'installations industrielles ou mobiles - utilisé comme bote de vitesses il donne un système d'en- traînement assurant un grand nombre de vitesses étagdes permettant une utilisation en variation de vitesse ou de débit lorsque cette variation ntest pas obligatoirement continue. - utilisé comme diviseur de débit il permet de faire fonctionner de façon identique plusieurs appareils semblables à partir d'une meme source fluide0 - utilisé comme multiplicateur ou diviseur de pression il donne la possibilité, à partir d'un circuit fluide principal, de créer des circuits secondaires alimentant des appareils dont la pression d'utilisation est différente de celle du circuit principal. - utilisé en pompe ou compresseur il donne la possibilité soit d'alimenter plusieurs circuits fluides, soit, dans le cas de l'alimentation d'un senl circuit d'en faire varier le débit ou la pression. - utilisé en moteur c'est soit un appareil i boite de vitesse incorporé, soit un appareil pouvant outre alimenté par plusieurs circuits fluides . L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation d'engins à fluide sous pression suivant l'invention. Les engins représentéa sont du type rotatif à cloisons mobiles coulissantes, ils pourraient store d'un type différent, par exemple linéaires ou à cloisons pivotantes, l'invention étant indépendante de la forme des deux organes déterminant au moins une gorge de section constante et de la forme des cloisons mobiles. Les figures 1 et 2 sont des coupes partielles faites respectivement suivant les lignes AB et CD de la figure 3. La figure 3 est une coupe suivant la ligne brisée E.F.O.G.H. de la figure 2. La figure 4 est une coupe partielle suivant la droite 10J. de la figure 2. La figure 5 est une demi-vue suivant flèche P de la figure 1. Les figures 6 et 7 sont des schémas d'utilisation de l'engin en botte de vitesses hydraulique et transformateur de pression. La figure 8 concerne une première variante de l'engin défini par les figures 1 à 5, c'est une coupe suivant la ligne K L de la figure 3. Les figures 9 à n représentent une seconde variante de l'en- gin défini par les figures 1 à 5. La figure 9 est une coupe suivant la ligne brisée AOXCD de la figure 10. La figure 10 est une coupe suivant la ligne droite EF de la figure 9. La tigre n est une vue partielle du développement de la surface extérieure cylindrique de la pièce repérée 51 fig.9 La figure 12 est une coupe partielle suivant la ligne brisée O.B.C.D de la figure 10 concernant une troisième variante. L'engin représenté figures 1 à 5 est du type à cloisons mobiles animes d'un mouvement rectiligne alternatif. Il se compose principalement (fig.3) d'un stator 1 en quatre parties assemblées par des vis 2 entourant un rotor monobloc 3. Dans la partie centrale du rotor sont taillées suivant des génératrices des rainures de section rectangulaire 4 (fig.2) dans lesquelles peuvent coulisser des cloisons mobiles 5.Par ailleurs, dans la même partie centrale du reter sont creusées trois gorges annulaires de sections différentes fermant cylindres 6 (figs. 2 et 3) dans lesquels peuvent coulisser, d'une manière étanche, des pistons de sections correspondantes 7 solidaires du stator 1, Chaque cloison mobile 5 présente trois échancrures 8 b travers lesquelles peuvent passer les pistons 7 lorsque lesdites cloisons mobiles se trouvent sur le trajet de ceux-ci. Le mouvement alternatif des cloisons est donné par les faces internes 12 et 13 des flasques latéraux la et lb formant cames (fig.3).Chaque chambre de travail du fluide 9 (fig.2), portion du cylindre 6 limitée par un piston 7 et une cloison mobile en position de fermeture telle que 5a, comporte un orifice 10 pour l'arrivée du fluide ou un orifice 11 pour la sortie de ce fluide. La pression différentielle entre deux chambres consé- cutives telles que 9-1 et 9-2 ererce une poussée sur les cloisons a position fermeture cylindre entraînant le roter 9 e rotation, suivant le sas de la flèche P. Cet engin est relié à trois circuits fluides externes (fig.3) à un circuit primaire par l'orifice d'alimentation 14, à un circuit secondaire par l'orifice de sortie 15 et à un circuit bâche en liaison avec lo réservoir de fluide par l'orifice 16. Chaque orifice d'entrée 10 peut être relié par l'intermédiaire dtun des corps de cylindres 17 soit avec la gorge circulaire 19 alimentée par l'orifice 14, soit avec la gorge 20 dans laquelle débouche l'orifice 16 du circuit bâche.Chaque orifice de sortie ll peut être relié par l'intermédiaire d'un des corps de cylindres 18 soit avec la gorge circulaire 21 dans laquelle débouche ltori- fice de circuit secondaire, soit avec le circuit bache par la gorge 20. Dans chacun des corps de cylindres 17 et 18 (fig.3) est logé un piston double 22 qui, selon sa position, met ce corps de cylindre en communication avec une des gorges annulaires, gorges 19 et 20 pour les corps 17, gorges 20 et 21 pour les corps 18. Les faces extrêmes de chacun des pistons 22 et les faces extrêmes de chacun des corps de cylindres délimitent deux volumes 17-1 et 17-2 dans chaque cylindre 17 et deux volumes 18-1 et 18-2 dans chaque cylindre 18. Le corps principal lc et la couronne ld du stator délimitent de. rainures annulaires 23 et 24 ainsi que des portions de rainares annulaires 25 et 26. Les rainures 23 sont alimentées en fluide basse pression par la communication 29 avec la gorge 20, les rainures 24 sont alimentes en fluide haute pression par la communication 30 avec la gorge 19. Les semi-rainures 25 sont en liaison avec les extrémités des cylindres 17 par les conduits 31, les sai- rainures 26 sont en liaison avec les extrémités des cylindres 18 par les conduits 32. Dans le stator 1 sont logés des distributeurs tournants 27 et 28 à chacun desquels aboutissent quatre conduits. Aboutissent aux distributeurs 27 (fig. 1 et 4): les conduits 33 reliés à la rainure basse pression 23 par les canaux 33-1, 33-2 et 33-3, les conduits 34 reliés à la rainure haute pression 24 par les canaux 34-1, 34-2 et 34-3, les conduits 35 et 36 reliés respectivaent aux vo lumen 17-1 et 17-2 par les conduits 35-1 et 36-1 , les semi- rainures 25 et les conduits 31. Aboutissent aux distributeurs 28 (fig. 2 et 8) g les conduits 33 et 34, les conduits 37 et 38 reliés respectivement aux volumes 18-1 et 18-2 par les conduits 37-1 et 38-1, les semi-rainures 25 et les conduits 32. Sur chaque corpa de distributeur tournant sont sculptées deux portions de gorge 39 permettant l'alimentation des conduits 55, 36, 37 et 38 soit en fluide basse pression par les conduits 33, soit en fluide haute pression par les conduits 34. Lorsque le distributeur tournant 27 est en position 27-1 ou 27-3 (fig. 3 et 4) les conduits 34 et 35 sont mis en communication par la semi-gorge 39-1 alors que la semi-gorge 39-2 relie les conduits 33 et 36. Les espaces 17-1 sont alors alimentés en fluide haute pression et les espaces 17-2 en fluide buse pression; une poussée s'exerce sur le piston double 22 qui se déplace pour obturer le passage 40 du cylindre 17 à la gorge 19 et dégage la communication 41 entre ledit cylindre et la gorge 20.La chambre de travail du fluide 9-1 reliée à ce cylindre se trouve alimentée par le fluide basse pression du circuit btche. Une rotation du distributeur d'un angle de 900 (position 27-2) inverse l'alimentation des espaces 17-1 et 17-2, le piston double 22 se déplace pour ouvrir le passage 40 et fermerla communication 41, ce qui alimente la chambre de travail 9-len fluide haute pression du circuit primaire. De la mime manière, chaque distributeur tournant 28, suivant sa position angulaire commandera, par l'intermédiaire d'un piston 22 qui obturera ou ouvrira un des passages 42, 43, la communication de la chambre de travail du fluide 9-2 qui lui est associée soit avec le circuit boche, soit avec le circuit secondaire. Les distributeurs représentés (fig.4) sont associés aux chambres de travail situées dans la partie droite de l'engin (fig.2) ,les distributeurs de la figure 5 sont associés aux cham- bres situées dans la partie gauche de l'engin (fig.l). Le rotor de l'engin décrit portant trois gorges 6-1, 6-2 et 6-3, cet engin comporte douze chambres de travail du fluide 9 com- muniquant chacune à un cylindre dans lequel se trouve un piston 22 dont la position est commandée par un distributeur tournant 27 ou 28. Le fonctionnement de l'engin est le suivant t le fluide pro venant du circuit primaire par l'orifice d'entrée 14 pénètre, par chaque passage 40 non obturé par un piston 22, dans une chambre de travail 9-1 où il exerce une poussée sur les cloisons mobiles 5a en position de fermeture des cylindres 6 entraînant la rotation du rotor 3; les chambres 9-1 non alimentées par le circuit primaire le sont par le circuit btche. Suivant la position angulaire des six distributeurs 27 le volume total des chambres 9-lalimentées par le circuit primaire varie, ce volume correspond à la cylindrée d'admission de engin. L'alimentation unitaire ou combinée des six chambres de travail 9-1 permet d'obtenir vingt six cylindre différentes, soit, pour un débit constant du circuit primaire, vingt six vitesses de rotation du rotor différentes.A chaque vitesse de rotation du rotor correspond un débit de fluide des six chambres de refoulement 9-2 qui, comme pour l'admission, suivant la position des tiroirs 22 dans les cylindres 18, peut être rdpar- ti de vingt six manières différentes entre le circuit secondaire et le circuit btche. Cette particularité donne, pour un débit primaire constant, la possibilité d'avoir un très grand nombre de valeurs pour le débit secondaire. Utilisé comme boite de vitesses hydraulique suivant le sché- ma figure 6 cet engin permet, sans perte de puissance autre que celle due à son rendement propre, de transformer un circuit primaire à débit constant en un circuit secondaire à débit variable assurant un très grand nombre de vitesses étagées à ment moteur X alimenté par ce dernier circuit. Pour une puissance constan te d'entraînement de la pompe P, le moteur M offre de nombreuses possibilités de combinaison vitesse-couple. Utilisés en transformateurs de pression T.P. (schéma fig.7) ils donnent la possibilité, à partir d'un circuit primaire de pression constante, de créer des circuits secondaires dont les pressions de fluide sont différentes de celle du circuit primaire, ce qui permet d'alimenter des appareils de caractéristiques d'utilisation différentes. La figure 8 représente une variante de l'engin précédemment décrit. Dans cette dernibre la gorge annulaire 21 (fig.3) est ram- placée par un certain nombre de cavités ( 21-1, 21-2, 21-3) dont chacune possde, un orifice de sortie 15 et est alimentée par une ou plusieurs chambres de refoulement 9-2. Cet engin permet à partir d'une alimentation unique de créer divers circuits secondaires ( de deux à six pour l'exemple choisi) dont les débits, variables par la possibilité déjà exposée d'obtenir plusieurs vitesses de rotation du rotor, restent entre eux proportionnels aux volumes des chambres de refoulement 9-2 qui les alimentent, volumes qui peuvent store volontairement modifiés en cours d'utilisation pour chaque circuit alimenté par au moins deux desdites chambres, cas des circuits 15-2 et 15-3 (fig.8). C'est ainsi que peuvent être alimentés de façon identique ou proportionnelle divers appareils tout en conservant la possibilité de rdgla- ge, à tout moment, de ces appareils les uns par rapport aux autres. Lorsque le rotor est prolongé pour faire arbre de sortie 50 tel que figuré en traits mixtes (fig.3) l'engin pourra, par exemple s être une pompe alimentant plusieurs circuits fluides si le rotor est entraîné mécaniquement en rotation, être un moteur dont la vitesse ou le couple est fonction de plusieurs paramètres sil est alimenté par plusieurs circuits fluides. L'engin représenté fig. 9, 10 et 11 ne poseède que deux ori- fices de liaison avec les circuits fluides, un orifice d'entrée 14 et un orifice de sortie 15; les déplacements des pistons 22 dans les cylindres 17 et 18 étant commandés par un distributeur rotatif 51 incorporé dans le stator 1. Sur la surface extérieure du corps du distributeur sont sculptées : - des rainure. circulaires 52 dans chacune desquelles aboutit une semi-rainure circulaire 25 ce qui Usure une communication entre le distributeur et les extrémités 17-1, 17-2, 18-1 et 18-2 des cylindres 17 et 18 contenant les pistons 22. - des entailles 53 (fig. 9 ot 11) qui partant des rainures 52 assurent une communication soit avec la gorge 19 par l'intermé diaire des conduits 54 et 55, soit avec la gorge 21 par l'intermé- diaire des conduits 56 et 57, de la rainure annulaire 58 et du conduit 59. Le distributeur est entraîné en rotation par un bouton 60 portant des graduations 61 qui lui est solidaire par l'intermédiai- re de la goupille 62. La figure 11 représente le développement de la surface ex- térieure du corps du distributeur correspondant à deux rainures 52 consécutives commandant le déplacement d'un même piston 22, la rainure 52-1 étant en liaison avec l'espace 18-1 (fig.9) la rainure 52-2 on liaison avec l'espace 18-2. Suivant la position angu- laire du bouton 60 représenté par ses graduations 61 chaque rainure est alimentée soit par non conduit 54, soit par un conduit 56, l'une étant alimentée par un conduit 54 ( haute pression) lorsque l'autre l'est par un conduit 56 (basse pression).La répartition des entailles est telle que pour chaque position angulaire rep*- rée par une graduation da bouton 60 la chambre de travail di flui- de en communication avec le cylindre 18 représenté figure 9 est soit alimentée en fluide provenant de la gorge 21, soit alimentée en fluide provenant de la gorge 19.11 en est ainsi pour chacune des doue chambres de travail qui peuvent à volonté être alimen tés en ide haute ou buse pression. Lorsque l'on alimente l'engin en fluide sous pression par l'erifice 14, la cylindrée de l'appareil est égale à la différence entre le volume des chambres 9-1, dites d'admission, et les chambres 9-2, dites de refoulement, on communication avec la gorge 19. L'alimentation individuelle ou combinée des chambres de travail du fluide donne un grand nombre de cylindrées différentes, elle permet également de déterminer le sons de rotation du rotor: Pour e 9-1 > # 9-2 le sens de rotation est celui indiqué par la flèche F (fig.10) pour # 9-1 # 9-2, le sens de rotation sera inversé, c'est un moteur à boîte de vitesses incorporé capable de tonner dans les deux sens de rotation. Lorsque l'arbre du rotor est entraîné mécaniquement l'engin fonctionne en pompe multicylindrées permettant de nombreuses possibilités de combinaisons pression-débit. Pour une commande à distance de la modification de la cylindrée de l'engin, le ou les distributeurs indépendants sont re liés à l'engin par des canalisations tubulaires 63, représentées on traits mixtes figure 10, aboutissant en bout des cylindres 17 et 18. Dans ce cas tous les circuits internes reliant cylindres et distributeurs sont supprimés. La figure 12 représente un piston 22 possédant des prolonge monts 64 et dont les faces extrêmes sont reliées par an canal d'équilibrage 65. Le déplacement d'un piston 22 dans un logement 17 ou 18 se fait en exerçant une traction ou une poussée axiale sur l'un ou les deux prolongements 64, soit par un effort manuel sur un bouton-poussoir, soit par tout autre moyen connu tel que came, électro-aimant, vérin, etc....Cette variante est applicable à tous les engins décrits. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ; elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS 1.- Engin à fluide sous pression, pouvant servir de moteur, pompes diviseur de débit, multiplicateur ou diviseur de pression, botte de vitesse hydraulique, du type constitué par. : deux organes déterminant entre eux, au moins une gorge de section constante et mobiles l'un par rapport à l'autre dans la direction de ladite gorge, des pistons solidaires de l'un des deux organes présentant chacun une section conug;;iée de celle de la gorge dans laquelle il est engagé d'une manière étanche, des cloisons mobiles dans l'autre de ces deux organes de manière b déterminer sélectivement des chambres de travail du fluide dans ladite gorge, des moyens pour imprimer aux dites cloisons mobiles un mouvement en synchronisme avec le mouvement des deux organes prdoitds, des moyens de communication entre chacune desdites chambres de travail du fluide et deux des circuits fluides avec lesquels l'engin est relié, des moyens de mise en communication de chaque chambre de travail précitée avec l'un ou l'autre des deux circuits fluides auxquels elle est reliée. 2.- Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise en communication de chaque chambre de travail du fluide avec l'un ou l'autre des deux circuits fluides auxquels elle est reliée comprennent s un logement cylindrique relié à ces deux circuits et à ladite chambre, un piston double pouvant se déplacer dans ce logement et déterminant avec ce dernier deux espaces clos reliés à un distributeur alimenté par deux circuits fluides de pressions différentes. 3.- Engin suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un même distributeur tournant, portant sculpté sur aa périphé- rie un programme préétabli, commande l'alimentation de chaque espace clos en fluide haute ou basse pression. 4.- Engin suivant les revendications 3 et 2, caractérisé en ce que le ou les distributeurs sont logés dans l'un des deux organes déterminant entre eux au moins une gorge de section cons- tante. 5.-Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est relié à deux circuits fluides. 6.- Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est relié i plus de deux circuits fluides, l'un de ces circuits étant en communication avec chacune des chambres de travail du fluide. 7.- Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux organes ddterminant entre eux au moins une gorge de section constante sont deux organes présentant des surfaces de révolution coaxiales déterminant entre elles au moins une gorge annulaire de section constante. 8.- Engin suivant les revendications 2 et 7, caractérisé en ce que l'un au moins des circuits fluides auxquels il est relié alimente une gorge annulaire, située dans l'un des deux organes présentant des surfaces de révolution coaxiales, en communication avec l'ensemble ou une partie des logements cylindriques contenant les pistons doubles. 9.- Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise en communication de chaque chambre de travail du fluide avec l'un ou l'autre des deux circuits fluides auxquels elle est reliée comprennent s un logement cylindrique relié à ces deux circuits et à la dite chambre, un piston double pouvant se déplacer dans ce logement sous l'effet d'un effort axial exercé en dehors de ce dernier sur un ou deux éléments intermédiaires prolongeant ledit piston.