Brevet FR2307983A1 — publié le 19761112

L'invention se rapporte à une pompe à huile pour transmissions hydrauliques du genre comportant une pluralité impaire de cylindres disposés en barillet autour d'un axe et dans chacun des cylindres un piston à double effet se déplaçant en va-et-vient sous l'effet d'un organe de commande unique en engagement avec une extrémité de tige de chaque piston suivant un plan dont la normale fait un angle constant avec l'axe de barillet, organe de commande et barillet étant en rotation relative autour de l'axe du barillet sous l'action d'un moteur. Les pompes à huile destinées aux transmissions hydrauliques dans les machines-outils, les bennes de véhicules, les engins de travaux publics et analogues doivent transmettre des puissances élevées et être de faible encombrement. Généralement on utilise des pompes à cylindres et pistons multiples, capables d'un débit régulier sous des pressions élevées (de l'ordre fréquemment de quelques centaines de bars). De préférence on utilise une pluralité impaire d'ensembles cylindre-piston à double effet, décalés successivement en mouvement pour obtenir un débit bien régulier. Pour transformer le mouvement de rotation dd au moteur en mouvement de translation en va-et-vient des pistons dans les cylindres, on peut utiliser le mécanisme classique bielle et manivelle. Ce mécanisme a l'inconvénient d'etre encombrant, avec des pièces d'usinage complexes, qu'il s'agisse du vilebrequin pour des cylindres alignés, ou de l'embiellage multiple pour des cylindres en étoile. L'obliquité de bielle apporte une certaine dissymétrie au mouvement des pistons, qui ne peut s'atténuer que par allongement des bielles. En outre la réaction d'obliquité de bielle cause une usure en ovalisation des cylindres. I1 existe des pompes, dites souvent pompes à voiles, dans lesquelles les cylindres, paNallèles, sont groupés en barillet. Les extrémités de tiges de piston sont engagées contre une came de commande unique tournante, ou voile, en forme de plan dont la normale fait un angle constant avec l'axe du barillet, voile et barillet étant en rotation relative autour de l'axe du barillet. Dans cette rotation relative la normale au plan du voile, au point où l'axe du barillet perce le plan du voile, balaye un cône de révolution, et le voile plan provoque le va-et-vient de chaque extrémité de tige de piston, le mouvement des pistons étant décalé en succession angulaire régulière sur une rotation d'un tour. Le moteur peut entratner soit le voile, soit le barillet. Cependant lesfrottementsdes extrémités de tiges de piston sur le voile en rotation relative ont tendance à provoquer une usure en ovalisation tangentiellement à la rotation, tandis que les réactions sur le biais du plan de voile ont tendance à provoquer une usure en diabolo. L'invention a pour objet une pompe à huile du genre comportant une pluralité impaire de cylindres disposés en barillet autour d'un axe et dans chacun des cylindres un piston à double effet se déplaçant en va-et-vient sous l'effet d'un organe de commande unique en engagement avec une extrémité de tige de chaque piston suivant un plan dont la normale fait un angle constant avec l'axe du barillet, organe de commande et barillet étant en rotation relative autour de l'axe du barillet sous l'action d'un moteur, dans laquelle les efforts transmis aux tiges de piston restent sensiblement axiaux, avec pour résultat uneusure en ovalisation pratiquement inexistante, et la possibilité de faire fonctionner la pompe à régime de rotation plus élevée c'est-à-dire avec une capacité massique accrue de transmission en puissance. A cet effet l'invention propose une pompe du genre précité caractérisée en ce que ledit organe de commande comprend un manchon entrainé en rotation coaxiale au barillet dans un palier solidaire de ce barillet et comportant une douille cylindrique d'axe concourant avec l'axe du barillet suivant un angle déterminé, et une étoile d'accouplement avec, saillant à la périphérie d'un moyeu de révolution, une pluralité de branches terminées par des portées sphériques engagées dans des chapes annulaires d'extrémités des tiges de piston, et une queue cylindrique coaxiale au moyeu et logée à frottement glissant dans la douille, en sorte que l'axe du barillet passe par le centre de l'étoile. Suivant cette disposition, l'axe de la douille, et donc l'axe du moyeu de l'étoile sont animés d'un mouvement de précession sur le centre de l'étoile lors de la rotation du manchon, mais l'étoile n'est pas entratnée en rotation par le manchon. Les portées sphériques se déplacent en va-et-vient sensiblement chacune selon l'axe du cylindre correspondant. De plus ces portées sphériques sont en contact ave les chapes terminant les tiges de piston selon un grand cercle dans un plan parallèle à l'axe de la tige. Les tiges de piston sont donc pratiquement sollicitées suivant leur direction axiale, ce qui réduit l'usure en ovalisation préju diciable à l'efficacité et à la durée d,e,~la.pompe On peut aisé ,ue pistons, ment démontrer qu'avec une pluralité impaire/se déplaçant avec une poussée symétrique dans les deux sens de déplacement la force de réaction résultante est nulle au centre de, l'étoile. De préférence le moyeu est terminé à l'opposé de la queue, en calotte sphérique concentrique avec l'étoile, cette calotte se plaçant dans un logement complémentaire du barillet. Cette disposition facilite l'assemblage et le centrage réciproque des éléments de la pompe. De préférence également les portées sphériques de l'étoile sont usinées chacune à l'extrémité d'un doigt cylindrique engagé à force dans un logement radial du moyeu. De préférence encore la douille est forée dans le manchon. Avantageusement le manchon comporte un perçage radial débouchant dans la douille au-delà de l'extrémité de la queue de l'étoile. Ainsi le mécanisme étant immergé dans de l'huile la force centrifuge résultant de la rotation du manchon exercera sur l'huile dans la partie la plus excentrique de la douille dans le manchon, provoquera l'éjection de l'huile par le perçage, et de ce fait une aspiration d'huile entre douille et queue, ce qui favorise le graissage. De préférence manchon et moyeu comportent chacun une portée plane suivant un plan perpendiculaire à l'axe de la douille. La queue du moyeu étant sollicitée par la force centrifuge s'exerçant sur son extrémité excentrique, les deux portées planes du moyeu et du manchon sont sollicitées l'une contre l'autre. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une coupe longitudinale d'une pompe selon l'invention la figure 2 est une coupe suivant le plan II-II de la figure 1, la figure 3 est une vue en bout du manchon avec l'étoile engagée par sa queue dans ce manchon la figure 4 est une vue d'ensemble de la pompe avec la coquille de solidarisation enlevée. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1 la pompe comporte un manchon 10 tournant dans un palier 11 par l'intermédiaire de roulements 12 et 13. Le manchon 10 peut etre entrainé en rotation dans le palier 11 par l'intermédiaire d'un arbre d'entratnement 14. A l'oppose de l'arbre 14 dans le manchon 10 est forée une douille cylindrique 15 oblique par rapport à l'axe du manchon, l'axe de la douille 15 concourant avec l'axe du manchon en un point 20a à l'extérieur du manchon 10. Ce manchon 10 se termine à l'opposé de l'arbre 14 par une portée plane 17 perpendiculaire à l'axe de la douille 15. Dans cette douille 15 est engagée une queue cylindrique 24 d'une étoile comprenant un moyeu 20 de forme générale sphérique centré sur le point de concours 20a des axes de douille et de manchon.Dans un plan perpendiculaire à l'axe de la douille et passant par le centre 20a du moyeu sont forés cinq logements radiaux espacés angulairement de façon régulière et dans lesquels sont engagés à force des doigts tels que 121 terminés par une portée sphérique telle que 122. En se reportant à la figure 3, on voit en effet à la périphérie du moyeu 20 les cinq doigts 121, 221, 321, 421 et 521 terminés respectivement par les portées sphériques 122, 222, 322, 422 et 522. L'ensemble du moyeu 20, de la queue 24 et des cinq doigts 121 à 521 constitue une étoile dont les portées sphériques sont engagées dans des chapes annulaires dont une est représentée figure 1, la chape 149 engagée sur la portée sphérique 122 selon la portée cylindrique 149a. Le moyeu 20 est en contact par la calotte sphérique 23 dans un logement complémentaire 30a pratiqué dans le barillet 30 et coaxial à celui-ci. Ce barillet va etre décrit en référence simultanément avec les figures 1 et 2. Dans ce barillet sont ménagés cinq cylindres 140, 240, 340, 440 et 540 répartis angulairement à égale distance de l'axe du barillet et parallèlement à celui-ci. Sur la figure 2 ces cylindres sont visibles en coupe transversale, tandis que sur la figure 1 seul le cylindre 140 est visible en coupe longitudinale. Le cylindre 140 sera seul décrit, les autres lui étant semblables. Le cylindre 140 est constitué par un alésage cylindrique fermé à sa partie postérieure par un clapet d'aspiration 148 mettant ce cylindre en communication unidirectionnelle avec un carter de remplissage 31 commun aux cinq cylindres et qui communique avec l'extérieur de la pompe par un orifice d'entrée 32 qui peut comporter un filtre non représenté. Dans le cylindre 140 peut coulisser un piston à double effet composé d'une tige 143 dans laquelle est vissée la chape annulaire 149 et d'une tête de piston 144 annulaire montée à frottement dur sur la tige 143, la section de la tige étant égale à la section de l'anneau 144.Le cylindre 140 est fermé vers son extrémité antérieure par une bague-joint 145 tenue à frottement dur dans le cylindre 140, tandis que la tige 143 coulisse de façon étanche à l'intérieur de cette bague-joint 145. La tette de piston 144 sépare donc le cylindre 140 en deux chambres, une chambre d'aspiration 141 et une chambre de refoulement 142, les deux chambres 141 et 142 étant en communication unidirectionnelle par l'intermédiaire d'un clapet 146 logé à l'intérieur de la tige 143. Comme on le voit figure 2, les chambres de refoulement 142, 542 et 442 sont mises en communication libre par un perçage en biais borgne dans le corps 30, tandis que les chambres 142, 242 et 342 sont mises en communication par un perçage biais borgne 39'. Ces perçages biais borgnes 39 et 39' sont obturés respectivement par des vis d'étanchéité 39a et 39'a. En outre les chambres 342 et 442 sont réunies entre elles par un perçage radial 33 formant ajutage de refoulement qui forme ainsi sortie générale des cylindres 140 à 540. Ce perçage radial 33 se prolonge jusqu'à l'axe du barillet 30 sur lequel est prévu un clapet de décharge 34 maintenu fermé par un ressort 37 mis en compression par l'écrou 35 bloqué par le contre-écrou 36. Le barillet 30 et le palier 11 sont maintenus coaxiaux par une coquille entretoise formée de deux demi-coquilles 50 et 51 munies de rebords qui s'engagent dans des rainures périphériques respectivement dans le barillet 30 et le palier 11. Ces demicoquilles 50 et 51 maintiennent le palier 11 à distance constante du barillet 30, en sorte que l'extrémité en calotte sphérique 23 du moyeu 20 soit au contact du logement complémentaire 30a, tandis que les portées planes 17 dans le manchon 10 et 18 dans le moyeu 20 soient sensiblement au contact. On remarquera que le manchon 10 comporte un perçage radial 16 qui débouche dans la douille 15 au-delà de la position extreMme de la queue 24 du moyeu 20. La pompe fonctionne comme suit Lorsque le manchon 10 est mis en rotation dans le palier 11 par entratnement par l'arbre de transmission 14, l'axe de la douille 15 décrit un cône dont le sommet est au point 20a de concours de l'axe du manchon 10 et de la douille 15. L'étoile dont la queue 24 est introduite à frottement doux dans la douille 15 est animée d'un mouvement de précession autour du point 20a, en sorte que les doigts 121 à 521 qui sont situés sur un plan perpendiculaire à l'axe de la douille 15 et passant par le point 20a sont animés d'un mouvement de va-et-vient sensiblement parallèlement à l'axe du barillet, ne pouvant participer à la rotation du manchon 10 en raison du maintien par les chapes annulaires 149 à 549. I1 en résulte une rotation relative de la queue 24 de l'étoile dans la douille 15.Etant donné que les portées sphériques 122 à 522 sont au contact des portées annulaires 149a à 549a dans les -chapes annulaires 149 à 549, les tiges de piston 143 à 543 sont également animées d'un mouvement de va-et-vient. Ces mouvements sont décalés comme il apparat plus nettement sur la figure 4, respectivement d'un cinquième de tour. Le fonctionnement des cylindres sera mieux compris individuellement en référence au cylindre 140 sur la figure 1. Lorsque le piston 143, 144 se déplace depuis l'extrémité postérieure du cylindre 140 où se trouve le clapet 148 vers l'extrémité antérieure de ce cylindre du cté du doigt 121, la chambre 141 augmente de volume et de ce fait aspire de l'huile depuis le carter 31, tandis que la chambre 142 diminue de volume et refoule l'huile à travers les perçages de communication 39 et 39' jusqu'à l'ajutage de refoulement 33. Lorsqu'au contraire le piston 143, 144 revient de sa position antérieure vers sa position postérieure, la chambre 142 augmente de volume, tandis que la chambre 141 diminue de volume. Etant donné que les variations de volume de la chambre 141 sont doubles de celles de la chambre 142 puisque la section de la t8te de piston annulaire 144 est égale à la section de la tige de piston 143, l'huile contenue dans la chambre 141 ne pouvant s'échapper à travers le clapet 148 passe dans la chambre 142 à travers le clapet 146. Le volume débité par la chambre 141 étant double du volume dont s'accroît la chambre 142, l'huile en excès s'écoule encore vers l'ajutage de refoulement 33 à travers les perçages 39 et 39'. Le cylindre débite donc un volume d'huile égal pour chaque sens de déplacement du piston. Le fonctionnement d'ensemble des cylindres 140 à 540 sera vu plus clairement en référence à la figure 4. Etant donné que les mouvements des tiges de piston 143 à 543 sont semblables mais décalés d'un cinquième de tour du manchon sous l'action des doigts 121 à 521, le débit d'huile vers l'ajutage de refoulement 33 sera très régulier. En cas de surpression à l'ajutage de refoulement 33, le clapet de décharge 34 s'ouvrira contre la force de compression du ressort 37 convenablement taré et l'huile franchissant ce clapet 34 retournera à tra vers un orifice représenté en pointillés vers l'aspiration de la pompe. La pompe décrite est prévue pour fonctionner immergée dans un réservoir d'huile. Pour permettre le graissage des organes mobiles, les demi-coquilles 50 et 51 ne sont pas jointives suivant leurs génératrices de raccordement. Ainsi tout l'espace autour de l'étoile et du manchon 10 sera rempli d'huile. Lors de la rotation du manchon la force centrifuge exercée sur l'huile qui se trouve à l'intérieur de la douille 15 au-delà de l'extrémité de la queue 24 tendra à éjecter l'huile à travers le perçage radial 16 dans le manchon 10 créant ainsi au fond de la douille une dépression qui favorisera la pénétration de l'huile entre les parois de la douille 15 et la queue 24. Bien entendu des cannelures du genre dit "pattes d'araignée" pourront favoriser la circulation de l'huile et de ce fait le graissage du mécanisme à l'emplacement où les mouvements relatifs seront les plus importants.On remarquera par ailleurs que du fait de la forme quasi-sphérique du manchon 20 avec sa portée plane 18 pratiquement au contact de la portée plane 17 du manchon la précession du manchon 20 donnera naissance à des turbulences réduites dans l'huile, ce qui évite des pertes de puissance et des échauffements inutiles. Pour le montage de la pompe on commence par disposer les pistons dans le barillet puis on engage le moyeu 20 par sa queue 24 dans la douille 15, alors que les doigts 121 à 521 ne sont pas en place. On rapproche alors l'ensemble du manchon 10 dans son palier 11 et du moyeu 20 du barillet 30 de façon à amener la calotte sphérique 23 dans le logement sphérique 30a du barillet 30 et sensiblement coaxial. On introduit un à un les doigts 121 à 521 préalablement refroidis à travers les chapes annulaires 149 à 549 dans leurs logements respectifs. Les doigts 121 à 521 revenant à la température ambiante se trouvent ainsi engagés à force dans leur logement. On met alors en place les demi-coquilles 50 et 51 qui sont assemblées par des boulons dans des brides convenables. I1 est à remarquer que la cofncidence des axes du manchon 10 et du barillet 30 ne demande pas de tolérance serrée, étant donné que, d'une part, le contact de la calotte sphérique 23 dans son logement 30a assure un centrage correct de l'étoile et qu'une erreur résiduelle dans l'alignement angulaire des axes ne se traduit que par un déport relatif des courses extrêmes des pistons dans les cylindres. On a construit une pompe de 23 cm de longueur hors tout non compris l'arbre de commande et de diamètre extérieur 12 cm avec cinq cylindres de 28 mm de diamètre et une course de piston d'environ 10 mm et capable d'un débit de 25 litres/min. à la vitesse de rotation de 540 tours/min. sous une pression effective de 200 bars. La puissance transmise était ainsi légèrement supérieure à 8 kW. Cette pompe s'est avérée capable de débiter sous 200 bars près de 70 litres/min. à 1500 tours/min. de vitesse de rotation, soit une puissance de plus de 23 kW. Ces performances remarquables sont obtenues avec des durées de vie entre révision de l'ordre de 4 à 5000 heures et semblent dues essentiellement à ce que les pistons ne subissant pas de sollicitation latérale lors de leur commande en va-et-vient l'usure en ovalisation est pratiquement inexistante. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et est susceptible de nombreuses variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Notamment la pompe peut étre réalisée en variante non immergée, les demi-coquilles étant réunies par des joints. REVENDICATIONS 1. Pompe à huile pour transmissions hydrauliques du genre comportant une pluralité impaire de cylindres disposés en barillet autour d'un axe et dans chacun des cylindres un piston à double effet se déplaçant en va-et-vient sous l'effet d'un organe de commande unique en engagement avec une extrémité de tige de chaque piston suivant un plan dont la normale fait un angle constant avec l'axe du barillet, organe de commande et barillet étant en rotation relative autour de l'axe du barillet sous l'action d'un moteur, caractérisée en ce que ledit organe de commande comprend un manchon entraîné en rotation coaxiale au barillet dans un palier solidaire de ce barillet et comportant une douille cylindrique d'axe concourant avec l'axe du barillet suivant un angle déterminé, et une étoile d'accouplement avec, saillant à la périphérie d'un moyeu de révolution, une pluralité de branches terminées par des portées sphériques engagées dans des chapes annulaires aux extrémités des tiges de piston, et une queue cylindrique coaxiale au moyeu et logée à frottement glissant dans la douille, en sorte que l'axe du barillet passe par le centre de l'étoile. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dit moyeu est terminé, à l'opposé de ladite queue, en calotte sphérique concentrique avec l'étoile, cette calotte se plaçant dans un logement complémentaire du barillet. 3. Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdites portées sphériques de l'étoile sont usinées chacune à l'extrémité d'un doigt cylindrique engagé à force dans un logement radial du moyeu. 4. Pompe selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite douille est forée dans ledit manchon. 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit manchon comporte un perçage radial débouchant dans ladite douille au-delà de l'extrémité de la queue de ladite étoile. 6. Pompe selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que manchon et moyeu comportent chacun une portée plane suivant un plan perpendiculaire à l'axe de la douille, les deux portées étant complémentaires.