Brevet FR2307985A1 — publié le 19761112

La présente invention est relative à des perfectionnements aux pompes hydrauliques à pistons, comportant un ou plusieurs pistons animés d'un mouvement alternatif par l'intermédiaire d'un ex- centrique. On a décrit dans le brevet 1.487.395 déposé le 29 mai 1967 une pompe hydraulique de ce type comportant un piston unique animé d'un mouvement alternatif par l'intermédiaire d'un excentrique sphérique, l'entrée du liquide à l'intérieur du piston se faisant par llintermfidiaire dtun sillon fraisé dans l'excentrique, la liaison entre la tête sphérique du piston et l'excentrique sphérique se faisant par un plot doublement conique qui, à chaque révolution, chevauche ledit sillon. On a constaté sur les pompes de ce type que le plot doublement conique avait tendance à se marquer et surtout à s'user plus rapidement que les plots qui jouent le même rôle dans les pompes à plateau biais. Cette usure et ces marques provoquent une baisse du débit de la pompe et, à pression élevee, des grippages qui conduisent à une destruction rapide. Cette différence d'usure provient de ce que dans une pompe à plateau biais les plots sont continuellement animés d'un mouvement lent de rotation sur eux-mêmes alors qu'il n'en est pas ainsi dans le cas de la pompe à excentrique de type décrit ci-dessus. La présente invention a pour objet une pompe à excentrique sphérique dans laquelle l'axe du, ou des pistons, est décalé par rapport au centre de la sphère ; ainsi les différents points de contact de la sphère avec le plot étant animés de vitesses circonférentielles différentes, il en résulte que le plot va tourner sur luimême. Il en résultera que chaque point des cercles de contact entre la sphère de l'excentrique et le cône des plots va balaer toute la surface de contact correspondante ; l'usure est alors remplacée par une auto-adaptation des surfaces en contact ce qui aboutit à une très bonne stabilité du film fluide qui se maintient entre les pièces en frottement même aux hautes pressions. Un deuxième objet de la présente invention est d'améliorer l'alimentation en fluide des pistons en utilisant la centrifugation provoquée par le mouvement tournant de l'arbre portant l'excentrique. On a déjà décrit dans le brevet U.S 2.394.285 déposé le 27 juillet 1944 une pompe à excentrique cylindrique, dont l'arbre creux sert de conduit d'alimentation de la pompe, le liquide communiquant avec les pistons au moyen de canalisation percées à travers l'excentrique perpendiculairement à ltaxe de l'arbre. A titre d'exemple et pour faciliter la compréhension de l'invention on a représenté aux dessins annexés Figure 1, une vue latérale en coupe d'une pompe à un piston conforme à la présente invention. Figure 2, une vue d'un détail à échelle agrandie, de la figure 1, Figure 3, une vue de la section de l'arbre de la pompe de la figure 1 en coupe selon A-A, Figure 4, une vue partielle, en coupe, d'une variante de réalisation de la pompe de la figure 1. Figure 5, une vue partielle, en coupe, d'unedeuxième variante de réalisation de la pompe de la figure 1. Figure 6, une vue latérale en coupe d'une pompe multipis tons conforme à la présente invention. Figure 7, une vue partielle de face de la pompe de la figure 6. En se reportant à la figure 1 on voit que la pompe selon la présente invention comporte un corps de pompe 1 portant deux paliers t ou roulements 2 dans lesquels tourillonne un arbre moteur 3, qui porte un excentrique 4 constitué par une portion de sphère. Dans la masse de cette portion de sphère est creusée une chambre 5. En se reportant à la fois aux figures 1 et 3 on voit que cette chambre est délimitée par deux parois Sa et 5b formant les deux côtés d'un dièdre dont le sommet 5c est arrondi suivant une portion de cylindre centrée sur l'axe de l'arbre moteur 3. La moitié 3a de l'arbre moteur est creuse et son alésage interne 6 communique avec la chambre 5, qui découpe sur la surface sphérique de l'excentrique 4 une fenetre 7. D'autre part l'ouverture de l'alésage 6 est placée en face d'un orifice 8, co-axial, pratiqué dans le corps i de la pompe. A hauteur de l'excentrique 4 est fixé au corps 1 une culasse 10 comportant un alésage cylindrique 11 à l'intérieur duquel coulisse un piston 13 contretenu par un ressort 12. A l'arrière du cylindre 11 est placé un clapet anti-retour 15 qui commande la communication entre le cylindre 11 et un orifice de sortie 16. Entre la tête sphérique 13a du piston 13 et la surface sphérique de l'excentrique 4 est interposé un plot 9, doublement conique. Lorsque l'arbre 1 est mis en rotation l'excentrique 4 imprime au piston 13 un mouvement alternatif qui provoque l'aspiration et le refoulement du liquide ; l'aspiration se faisant par l'orifice 8, l'alésage 6, la chambre 5, à travers le plot 9 au moment où il passe à cheval sur la fenStre 7, jusqu'à l'intérieur do cylindre 11 ;le refou liement s'effectuant à travers le clapet anti-retour 15. L'axe géométrique du cylindre 11, et donc du piston 13, étant décalé par rapport au plan équatorial de la sphère, perpendiculaire à l'axe géométrique de l'arbre 1, il en résulte que le plot 9 est placé obliquement sur la surface sphérique 4. En se reportant à la figure 2 on voit qu'il en résulte que les points 4a de la sphère 4, qui sont en contact avec les points 9a du cône inférieur du plot 9 sont ani.ésd'une vitesse circonférentielle supérieure à celle des points de contact 4b et 9b, ce qui aura pour effet de provoquer une rotation continuelle du plot 9 sur lui-même, ce qui est essentiel pour éviter les phénomènes de grippage des pièces en mouvement. La figure 4 représente une variante de réalisation selon laquelle le décalage "d" entre l'axe géométrique du piston 13 et le plan équatorial de la sphère 4 est tel que les points 9a du cône inférieur du plot 9 sont en contact avec la sphère 4 le long dudit plan équatorial, ce qui donne une grande différence de vitesse circonférentielle entre les zones de contact 9a-4a et 9b-4b et donc une grande vitesse de rotation du plot 9 sur lui-méie, tout en évitant que l'oblicité du plot 9 soit trop gronde. Afin de favoriser la rotation du plot 9 autour de son axe sons avoir à diminuer le trou d'entrée du fluide dans le piston 13 > et afin de provoquer un louvoiement du plot 9 sur la surface de l'excentrique sphérique 4,il est avantageux, coe cela est représenté à la figure 5, d'incliner l'axe géométrique du piston 13 par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe géométrique de l'arbre 1, par exemple par rapport au plan équatorial représenté aux figures 4 et 5 en traits mixtes. Ce louvoiement du plot, qui se superpose à sa rotation autour de son axe, favorise encore la stabilité du film fluide et l'autoadaptation des surfaces en contact. Dans ce cas, et comme cela est représenté à la figure 5, il fout incliner légèrement le plan médian de la chambre 5. Ce louvoiement se traduira par un déplacement latéral du plot 9 sur la surface de l'excentrique sphérique 4 et il est avantageux de déterminer le décalage de l'axe du piston, son inclinaison et les dimensions du plot 9 de telle sorte que au point mort haut du piston, le point le plus haut 9a de la zone de contact entre le plot et la sphère soit sur le plan équatorial de la sphère qui est perpendiculaire à l'axe géométrique de l'arbre moteur 3. Du fait de la position oblique du plot bi-conique 9 la poussée exercée par le piston 13 sur l'excentrique 4 lors de la phase de refoulement du liquide est oblique et comporte donc une composante axiale. Cette composante axiale peut être absorbée par une butée telle que la butée 14 de la figure 1. Cependant il est préférable d'employer un roulement conique tel que celui wprésenté en 18 à la figure 5, ce roulement conique 18 ayant un effet de pompage par centrifugation, comme cela a été décrit dans la demande de brevet 74.21247 du 19 juin 1974. Cet effet de centrifugation dû au roulement conique 18 s'ajoute à un effet de pompage par centrifugation dû à l'entrée du fluide par la chambre 5. Le frottement du cône inférieur du plot 9 sur la surface sphérique de l'excentrique 4 amènera une auto-adaptation de la surface conique à la surface sphérique. Afin de limiter le phénomène et de limiter les variations de portance qui en résulteront le plot 9 sera avantageusement usiné comme cela est représenté à la figure 2, c'est-à-dire que la surface conique est limitée à une zone comprise entre deux parois cylindriques de rayons déterminés. Afin de facliter cette auto-adaptation et de limiter le temps de rodage il pourra être avantageux d'usiner la partie inférieure du plot de façon que cette partie soit non pas un cône mais une portion de sphère, d'un rayon aussi voisin que possible de celui de la sphère de l'excentrique. Dans ce cas le contact entre le plot et la sphère ne se fait plus le long d'un cercle, mais le long d'une zone sphérique et ce n'est plus le cercle de contact entre le cane et la sphère qui doit être tangeant au plant équatorial, mais approximativement le cercle moyen de la surface sphérique de contact entre le plot et la sphère. Il est possible en employant les moyens décrits plus haut de réaliser une pompe qui comporte une pluralité d'excentriques, chaque excentrique animant une pluralité de pistons. Dans l'exemple représenté aux figures 6 et 7 l'arbre 3 comporte trois excentriques, chacun entraînant quatre pistons disposés à 900 les uns des autres. Cette pompe est une pompe à quatre débits indépendants, et, dans ce but, les pistons sont groupés trois par trois, c'est-à-dire que les pistons 131, 132 et 133, animés respectivement par les excentriques sphériques 41 42 et 43, sont reliés entre eux et à un orifice de sortie commun 16 ; tandis que les pistons 13'1, 13'2 et 13'3 animés également respectivement par les excentriques sphériques 41, 42 et 43 sont reliés entre eux et à un orifice de sortie 16'. Il est évident que l'on peut faire varier à volonté le nombre d'excentriques et le nombre de pistons ; cependant on aura avantage à grouper en un seul débit commun non pas les pistons animés par un même excentrique , mais les pistons se trouvant dans la même position d'un excentrique à l'autre. D'autre part, pour des raisons de régularité de débit, il est préférable, comme cela est connu d'avoir, pour un même débit 16, 16', 16" et 16"' (non représenté), un nombre impair de pistons, donc un nombre impair d'excentriques. Il est de plus évident qu'en opposant les pistons 13 on équilibre les efforts radiaux agissant sur l'arbre 3. DEVENDICATIQNS 1 - Pompe hydraulique comportant un ou plusieurs pistons, animés d'un mouvement alternatif par l'intermédiaire d'un ou plusieurs excentriques sphériques, le contact entre un excentrique sphérique et la tête, sphérique également, de chaque piston se faisant par l'intermédiaire d'un plot d'appui caractérisée par le fait que l'axe géométrique de chaque piston est décalé par rapport au plan équatorial de la sphère de l'excentrique qui est perpendiculaire à l'axe géométrique de l'arbre moteur ; de telle sorte que le plot d'appui soit animé d'un mouvement continu de rotation sur lui-même. 2 . Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'axe de chaque piston est parallèle audit plan e'quatnrial. 3 - Pompe selon la revendication 2 dans laquelle la partie inférieure du plot d'appui par laquelle ledit plot repose sur ltexcentri- que est un cône, le contact entre ledit plot et ledit excentrique se faisant le long d'un cercle. 4 - Pompe selon la revendication 2 dans laquelle la partie inférieure du plot d'appui par laquelle ledit plot repose sur l'excentrique est une portion de sphère, le contact entre ledit plot et ledit excentrique se faisant le long d'une surface sphérique. 5 - Pompe selon les revendications 3 ou 4 caractérisée par le fait que le cercle de contact entre le plot et la sphère (ou le cercle moyen de la zone sphérique de contact) soit tangeant audit plain équatorial. 6 - Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'axe de chaque piston est oblique par rapport audit plan équatorial. 7 - Pompe selon la revendication 6 et selon la revendication 3 ou 4 caractérisée par le fait que le décalage entre l'axe de chaque piston et le plan équatorial est déterminé en fonction des dimensions du plot d'appui et de I'oSlicité de l'axe du piston de telle sorte que, au point mort haut du piston, le cercle de contact entre le plot et la sphère (ou le cercle moyen de la zone sphérique du contact) soit tangeant audit plan équatorial. 8 - Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 inclusivement dans laquelle la sphère de l'excentrique comporte un sillon d'alimentation sur lequel passe le plot pendant la phase d'admission du liquide dans le piston, ledit sillon d'alimentation communiquant avec un alésage axial pratiqué dans l'arbre moteur. 9 - Pompe selon les revendications 6 et 8, caractérisée par le fait que le sillon tracé sur l'excentrique sphérique est oblique par rapport à l'axe de rotation dudit excentrique. 10 - Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 inclusivement dans laquelle la zone de contact entre le plot d'appui et l'excentrique sphérique est limité à une zone comprise entre deux parois cylindriques de rayons déterminés. lt - Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 inclusivement comportant une pluralité d'excentriques sphériques, chacun d'eux animant une pluralité de pistons. 12 - Pompe selon la revendication 9, caractérisée par le fait qu'elle comporte n excentriques sphériques, p pistons et groupés en P/n débits indépéndants, les pistons se trouvant dans la mêle position d'un excentrique à l'autre étant groupés en un débit commun.