Brevet FR2404129A1 — publié le 19790420

L'invention est relative aux dispositifs pour aspirer ou refouler un fluide, comprenant une chambre de pompage délimitée sur l'une de ses faces par une membrane souple imperméable au fluide à pomper, un arbre moteur rotatif et un système biellemanivelle dont la manivelle est entratnée par ledit arbre et dont la bielle est attelée à ladite membrane de façon a animer de déplacements rectilignes alternatifs la zone centrale de cette dernière, laquelle est généralement serrée entre deux disques rigides solidarisés entre eux. Dans ces pompes il convient, pour assurer à la membrane une grande longévité, d'éviter Ses tensions et flexions locales indésirables lors des déplacements de sa zone centrale et donc - essentiellement d'empêcher les "basculements" de cette zone centraleen maintenant celle-ci constamment parallèle à elle-même, - et accessoirement d'empêcher les déplacements "latéraux" ou "transversaux" de cette zone centrale en guidant ses déplacements parallèlement à l'axe de cette zone. Or les déplacements de la bielle se traduisent alternativement par des tractions et poussées exercées obliquement sur le point d'attelage de cette bielle sur la membrane, lequel est situé du même côté de cette membrane que ladite bielle : la pièce qui relie ce point d'attelage au centre de la membrane constitue alors un levier tendant à transformer lesdites tractions et poussées en couples de basculement et sollicitations transversales appliqués sur la zone centrale de la membrane. Pour résiste à ces couples et sollicitations, il est connu de situer le point d'attelage de la bielle sur la membrane sur un petit piston solidarisé avec la zone centrale de cette membrane et lui-même monté coulissant dans un cylindre fixe coaxial à la membrane. Cette solution, qui fait appel à des pièces en métal ou en matière plastique, est coûteuse et lourde dans le premier cas et peu fiable dans le second. L'invention a pour but surtout de remédier aux divers inconvénients ci-dessus. Elle est essentiellement caractérisée en ce que le point d'attelage de la bielle sur la membrane est situé dans le plan même de la zone centrale de cette membrane ou à proximité immédiate de ce plan. Dans ces conditions les tractions et poussées exercées obliquement sur le point d'attelage en question n'ont plus tendance à faire basculer la membrane mais uniquement à commander ses déplacements rectilignes de va-;vient. Bien que dans certains cas la localisation explicitée ci-dessus du point d'attelage de la bielle suffise pour empêcher totalement les basculements de la membrane, on préfère généralement recourir en outre à lune et/ou à l'autre des dispositions suivantes pour supprimer ses basculements naturels, lesquels peuvent prendre naissance lors des retournements successifs de la membrane :: - on prévoit un anneau, continu ou non,propre à supporter élastiquement une zone annulaire de la membrane pendant une partie au moins de chacun de ses cycles de va-et-vient; - l'anneau en question est constitué par une spire terminale d'un ressort hélicoïdal de compression unique relativement raide dont l'autre spire terminale repose sur un support rigide solidaire du carter du dispositif - l'anneau ci-dessus est constitué par les toutes d'une pluralité de petits ressorts hélicoidaux de compression dont les pieds reposent tous sur un méme support rigide solidaire du carter du dispositif - l'anneau ci-dessus est traversé par la bielle - on prévoit au moins une patte solidaire de la zone centrale de la membrane et des ressorts attelés à cette patte de manière à s'opposer élastiquement à ses basculements - on prévoit au moins une broche solidaire de la zone centrale de la membrane -et s'étendant parallèlement à l'axe de celle-ci et au moins une bague solidaire du carter du dispositif, propre à recevoir jointivement et à guider un tronçon de cette tige. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en m & e temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit l'on va décrire quelques modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre schématiquement en coupe axiale une pompe à membrane établie selon l'invention - la fiqure 2 montre semblablement une variante d'une telle pompe, également établie selon l'invention. - la figure 3 est une coupe schématique transversale selon III-III, figure 2, portions enlevées. ; et - la figure 4 montre en coupe axiale une autre variante de pompe à membrane, encore établie selon l'invention. Chacune des pompes illustrées, dont l'une des principales applications est l'entrainement d'un fluide (eau,huile,es- sence, ou même air, aulx fins notamment de création d'une dépression), dans un moteur de véhicule, comprend un carter a composé de deux demi-coquilles 2 et 3 serrées l'une contre l'autre à l'aide de vis 4 le long de deux brides appropriées 5 et 6, avec interposition du bord généralement circulaire d'une membrane souple 7. Cette membrane divise l'intérieur du carter a en deux chambres 8 et 9. Dans l'une 8 de ces chambres, ou chambre de pompage, débouchent une conduite d'admission 10 du fluide à pomper et une conduite d'évacuation ia du fluide pompé, ces deux conduites étant équipées de clapets appropriés connus en eux-mêmes et non représentés. La seconde chambre 9 est traversée par un arbre moteur 12 qui entraine en rotation une manivelle 13, elle-même montée de façon pivotante en 14 sur une- bielle as. C'est la localisation de la liaison pivotante entre cette bielle 15 et la membrane 7 qui constitue-la caractéristique essentielle de l'invention. Au lieu de localiser cette liaison en un point ou axe écarté du plan moyen P de la zone centrale de la membrane, du même côté de ce plan que l'arbre moteur, comme dans les réalisations connues, on la localise selon l'invention en un point ou axe A situé dans ledit plan P ou à proximité immédiate de ce plan. Une telle localisation présente l'important avantage d'empêcher que la bielle as ne sollicite au basculement la membrane 7 et l'équipage solidaire de sa zone centrale : lors de ses déplacements, la bielle exerce encore des tractions et poussées obliques sur l'axe de pivotement A, mais comme cet axe se trouve dans le plan même de 1a membrane, il n'existe plus aucun bras de levier pour transformer ces efforts en couples de baculement de la membrane et celle-ci n'est plus alors sollicitée par la bielle qu'à des translations sans basculements forcés. La localisation ci-dessus du point A dans le plan P se traduit par la présence d'un bossage 16 faisant saillie sur la zone centrale de la membrane, du côté de celle-ci opposé à celui où se trouve l'arbreFoteur, ladite membrane étant soit percée en son centre d'un orifice 17 traversé par l'extrémité, de la bielle as, montée pivotante en A, soit déformée dans sa zone centrale par une plage gonflée s'étendant selon ledit bossage 16. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, pour lequel la zone centrale de la membrane 7 est placée entre deux disques rigides 18 et 19 serré l'un contre l'autre, c'est la solution du perçage de la membrane en son centre qui a été retenue. Dans ce mode de réalisation, le disque 19 situé du côté de l'arbre moteur est également percé en son centre de façon à livrer passage à l'extrémité de la bielle attelée au-point A ; quant à l'autre disque 18, il -présente en sa partie centrale un dôme ?0 recouvrant ladite extrémité de bielle, dôme lui-même prolongé en direction de cette extrémité par deux joues 21 qui constituent une chape de support pour un arbre 22 centré sur l'axe A et constituant pivot pour ladite extrémité. Dans certains cas, la suppression qui a été mentionnée cidessus des basculements forcés de la membrane suffit pour assurer une-bonne longévité à celle-ci. Mais dans des modes de réalisation préférés, on a recours, en outre, à des moyens supplémentaires pour supprimer les basculements naturels de la membrane, lesquels peuvent prendre naissance lors des inversions de sa courbure. Ces moyens complémentaires peuvent être réalisés de multiples manière s. Dans des modes de réalisation avantageux, on prévoit un anneau pour supporter élastiquement une zone annulaire dé la membrane de façon à la guider parallèlement à ele-mme pendant une partie seulement de chacune de ses courses de va-et-vient, par exemple pendant environ la moitié de chaque course. Dans le mode de réalisation qui a été schématisé sur la fi figure 1, l'anneau en question est constitué par une spire terminale 24 d'un ressort hélicoïdal de compression relativement raide 25 dont l'extrémité opposée à la spire 24 repose-sur un disque rigide 26 solidaire du carter 1 et coaxial à la membrane. Ce disque 26 est de préférence disposé du même côté de la membrane que l'arbre 12, de sorte qu'il entoure la bielle 15, tout comme le ressort 25. La position du disque 26 est choisie de façon telle que, lorsque la bielle se trouve en son point mort haut, la spire terminale 24 soit disposée à une petite distance non nulle de la membrane, ainsi que visible sur la fig. 1. Cette distance est avantageusement de l'ordre de la moitié depa course totale de la zone centrale de la membrane, ou un peu plus faible que cette moitié comme dans le mode de réalisation illustré. Le fonctionnement d'une telle pompe est le suivant. Pendant la portion de sa course qui s'étend de part et d'autre de son moint mort haut, la membrane - ou plus précisément sa zone centrale - se déplace sous l'effet successivement de la poussée et de la traction de la bielle selon des translations 'axiales", ctest-à-dire perpendiculaire au plan moyen de la membrane en sa position moyenne. Ces translationsde la membrane l'éloignent d 'abord axiale- ment de la spire 24 jusqu'au point mort haut, puis la rapprochent de cette spire jusqu'à mise en contact contre cette dernière d'une plage annulaire de cette membrane. Lors de la poursuite de la translation considérée de la membrane, ladite plage repousse élastiquement la spire 24 en comprimant le ressort 25, cependant que le contact permanent spire-membrane assure un déplacement de cette dernière rigoureusement parallèle à elle-même. Ce guidage élastique de la membrane par le ressort qui la soutient se poursuit jusqu'au point mort bas, puis pendant tout le parcours ddretour de la membrane, jusqu'-à ce que l'on observe à nouveau, après détente maximum du ressort, la perte de contact entre la membrane et ledit ressort, La membrane effectue alors à nouveau la partie haute de sa course indépendamment du ressort et comme l'amplitude de sa translation dans cette partie haute est très faible, elle ne risque pas d'y subir des basculements susceptibles d'entraf- ner des flexions locales fâcheuses préjudiciables à sa longévité. On pourrait envisager un soutien élastique permanent de la membrane, c'est-à-dire pendant la totalité de sa course, mais l'expérience montre qu'il est préférable, pour assurer le guidage désiré, dé supprimer le contact entre la membrane et son support élastique pendant une petite partie de chaque cycle, ce qui permet à ce support de reprendre, pendant au moins une fraction de chaque cycle, une orientation rigoureusement perpendiculaire à la direction "axiale". L'anneau 24 et son support élastique pourraient être réalisés autrement que de la manière décrite ci-dessus. En particulier, cet anneau pourrait être discontinu et constitué avec son support par une couronne de petits ressorts hélicoldaux de compression identiques reposant tous sur un disque annulaire tel que celui désigné par la référence 26 ci-dessus. Selon un autre mode de réalisation illustré sur les fig. 2 et 3, les moyens complémentaires qui s'opposent auxbascule- ments naturels de la membrane comprennent - une patte 27 solidarisée avec la zone centrale de la membrane, patte constituée par exemple par une tige filetée vissée en 28 sur les disques 18 et 19, - et des ressorts29 attelés à cette patte de manière à s'opposer à ses basculements tout en autorisant ses débattements axiaux. De tels ressorts sont par exemple trois ressorts hélicoi- deux de tension attelés d'une part à l'extrémité libre de la patte 27 et d'autre part à la paroi du carter 1. Pour améliorer la résistance de l'équipage considéré aux déplacements transversaux - c'est-à-dire perpendiculaires à la direction axiale - on peut atteler en un deuxième point de la patte 27 un deuxième ensemble de ressorts identiques à celui fcrmé par les trois ressorts 29 ci-dessus. Selon encore une variante illustrée sur la figure 4, on a prévu des moyens complémentaires qui s'opposentnon seulement aux basculements naturels de la membrane mais aussi à ses déplacements latéraux ou transversaux dus aux sollicitations de la bielle attelée sur elle. Ces moyens comprennent - une broche cylindrique 30 solidarisée avec la zone centrale de cette membrane et s'étendant selon la direction axiale, - et une bague 31 relativement longue solidaire du carter 1 et traversée à coulissement doux par la broche 30 aux fins de guidage de cette broche. Ladite bague 31 peut être constituée ou tapissée intérieurement d'un matériau autolubrifiant. Si, comme supposé sur la figure 4, la broche et la bague sont situées du mtme cBté de la membrane que 11 arbre moteur, on ne peut les disposer selon l'axe de la membrane et on peut prévoir aux fins d'équilibrage plusieurs ensembles broche-bague répartis régulièrement autour de cet axe, par exemple deux tels ensembles diamétralement opposés, ou encore trois tels ensembles décalés angulairement de 1200 lsun par rapport à l'autre Si, au contraire, la broche et la bague sont situées toutes les deux de l'autre cté de la membrane, on peut se contenter d'un seul ensemble broche-bague et le disposer selon l'axe de la membrane Chaque bague 31 relativement longue peut être remplacée par deux bagues plus courtes axialement distantes l'une de l'autre. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement une pompe ou un compresseur à membrane dont la membrane présente une très -grande longévité du fait qu'elle ntest soumise à aucun basculement au cours de son fonctionnement Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceu > : de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus specialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes REVENDICATIONS 1. Dispositif pour aspirer Qu refouler un fluide, comprenant une chambre de pompage délimitée sur l'une de ses faces par une membrane souple imperméable au fluide à pomper, un arbre moteur rotatif et un système bielle-manivelle dont la manivelle,est entraînée par ledit arbre et dont la bielle est- attelée à ladite membrane de façon à animer de déplacements rectilignes alternatifs la zone centrale de cette dernière, caractérisé en ce que le point d'attelage (A) de la bielle (15) sur la membrane (17) est situé dans le plan moyen (P) de la zone centrale de cette membrane ou à proximité immédiate de ce plan. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un anneau, continu ou non, propre à supporter élastiquement une zone annulaire de la-membrane-pendant une partie au moins de chacun de ses cycles de va-et-vient. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie, de chaque cycle de va-et-vient de la membrane, au cours de laquelle elle est supportée élastiquement Far l'anneau, correspond sensiblement à la moitié de ce cycle. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'anneau est constitué par une spire terminale (24) d'un ressort hélicoïdal de compression unique (25) relativement raide dont l'autre spire terminale repose sur un support rigide (26) solidaire du carter du dispositif. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et .3, caractérisé en ce que l'anneau est constitué par les tettes d'une pluralité de petits ressorts hélicoidaux de compression dont les pieds reposent tou-s sur un même support rigide solidaire du carter du dispositif. 6. Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'anneau est traversé par la bielle. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une patte (17) solidaire de la zone centrale de la membrane et des ressorts (29) attelés à cette patte de manière à s'opposer élastiquement à ses basculements. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une broche (30) solidaire de la zone centrale de la membrane et s'étendant parallélement à l'axe de celle-ci et au moins une bague (31) solidaire du carter du dispositif, propre à recevoir jointivement et à guider un tronçon de cette tige.