Brevet FR2395413A1 — publié le 19790119

La présente invention concerne les pompes et moteurs.hydrau- liques à engrenage. lies appareils de ce genre comprennent deux roues dentées engrenant l'une avec 11 autre et qui sont disposées à l'intérieur d'une cavité en forme de 8, deux orifices respectivement d'arrivée et de refoulement étant disposés de part et d'autre de la zone d'engrènemant. Dans le cas d'une pompe, l'une des roues dentées, dite roue menante, est commandée par une source de puissance extérieure. lie fluide parvenant par l'orifice d'entrée remplit successivement chaque creux de dent des deux roues et se trouve entraîné sur le pourtour extérieur de celles-ci jusqu'à l'orifice de refoulement. Bien entendu, dans le cas d'un moteur, c'est la pression du fluide pénétrant dans les creux de dent des deux roues qui entraîne celle-ci en rotation. Dans un cas comme dans l'autre, les extrémités des arbres des deux roues dentées sont disposées dans des paliers logés dans les deux chambres de la cavité en 8 du corps de l'appareil correspondant. Ces paliers forment deux groupes disposés de part et d'autre des roues dentées. Chacun d'eux se trouve interposé entre l'une des faces des roues dentées et la paroi d'extrémité correspondante du corps de l'appareil. Pour le bon fonctionnenent des appareils de ce genre, il est nécessaire que les paliers soient plaqués contre les faces correspondantes des roues dentées. En effet, il convient d'évitertoute possibilitér de fuites du fluide entre les faces en contact des roues dentées et des paliers. Or, ce risque se trouve accentué si la pression de refoulement est importante, ou bien encore si la viscosité du fluide est faible. Pour éviter de telles fuites ou tout au moins pour limiter celles-ci, la plupart des pompes à engrenage comportent un système de compensation hydrostatique. lies systèmes ainsi prévus ont pour but d'appliquer, sur la face des paliers qui est opposée aux roues dentées, la pression de refoulement de la pompe ou la pression d'entrée du fluide s'il 5?agit d'un moteur. Ainsi, les paliers se trouvent effectivement plaqués contre l'une etl+autre faces des roues dentées. Du reste, il surfit de prévoir un tel système de compensation sur les paliers d'un seul des deux groupes pour obtenir le résultat recherché, puisque dans ce cas, les roues dentées se trouveront elles-mêmes plaques contre les paliers de l'autre groupe. En général, il est prévu une chambre de compensation à l'une des extrémités des pompessdeece genre, et cette chambre est raccordée à 1' Orifice de refoulemen* par un passage prévu à cet effet. Ceci permet dono effectivement d'appliquer la pression de refoulement sur la face des paliers correspondants, qui est opposée aux roues dentées. Cependant, cette solution reste imparfaite, car la pression qui s' exerce sur la face des paliers, placée au contact des roues dentées, ne présente pas une valeur uniforme. En effet, dans le cas d'une pompe, cette pression est relativement faible du coté de l'orifice d'entrée du fluide, et elle est par contre maximum du coté de l'orifice de sortie. Cette pression va donc en croissant sur le pourtour des paliers depuis l'orifice d'entrée jusqu'à l'orifice de sortie, la situation étant inverse dans le cas d'un moteur. Or, les systèmes de compensation actuellement connus et qui ont été rappelés ci-dessus, assurent l'application d'une pression constante et de valeur maximum sur les différentes parties des faces opposées des paliers . Il en résulte donc un certain déséquilibre qui tend à créer un couple de basculementsur les paliers, Pour résoudre le problème posé, il ne suffit donc pas d'équilibrer en valeur absolue la force résultant de la répartition de pression qui s'exerce sur les faces internes des paliers, mais il faut également équilibrer en position les forces de valeur variable qui en résultent. C'est pourquoi, la présente invention a pour but de réaliser des pompes ou moteurs hydrauliques à engrenage dans lesquels, le système de compensation prévu permet d'atteindre cet objectif et ce, par des moyens particulièrement simples. En effet, il convient d'éviter que la recherche de cet objectif amène à compliquer la structure ou l'usinage de ces appareils ou bien encore, à adjoindre à ceux-ci des pièces ou des systèmes mécaniques particulièrement coûteux. Les pompes ou moteurs à engrenage selon l'invention comportent, comme cela est déjà connu, un passage permettant de faire communiquer l'interstice, existant entre l'une des parois d'extrémité du corps et les paliers correspondants, avec l'orifice de sortie s'il s'agit d'une pompe ou l'orifice d'entrée dans le cas d'un moteur.Cependant, ces nompes et moteurs sont caractérisés en ce que la paroi d'extrémité correspondante, ou la face adjacente des deux paliers correspondants, porte deux joints d'extrémité de forme circulaire dontle centre est excentré par rapport à l'axe des paliers et ce, de façon à délimiter, en combinaison avec la paroi interne des chambres contenant les paliers, une surface annulaire dont la largeur variable est maximum du côté de l'orifice de sortie dans le cas d'une pompe, ou du côté de l'orifice d'entrée s'il s'agit d'un moteur, et minimum du côté opposé, la largeur de cette zone allant en diminuant entre ces deux côtés opposés. Ainsi le résultat recherché, se trouve obtenu par des moyens très simples puisqu'il suffit d'usiner des gorges circulaires pour loger dans celles-ci les joints excentrés ainsi prévus. A ce sujet, il convient de noter que ces gorges meuvent etre usinées soit dans la face interne des parois d'extrémités correspondantes du corps de l'appareil, soit dans la face adjacente des paliers en regard. Cependant, il faut également observer qu'il est possible de prévoir de tels joints excentrés à l'une et l'autre extrémités de l'appareil, et non nas seulement à l'une des extrémités de celui-ci. Bien entendu, il faut alors que le passage de communication avec la zone de haute pression (orifice de refoulement dans le cas d'une pompe, et orifice d'entrée dans le cas d'un moteur), aboutisse à l'une et 11 autre extrémités de l'appareil. lies joints circulaires excentrés qui délimitent, du côté intérieur, les zones annulaires d'apDlication d'une pression de compensation sur la face interne des Paliers, peuvent être définis par la position de leur centre, ainsi que par leur diamètre. Ces paramètres doivent évidemment tenir compte de 12 courbe de variation de la pres3ion s'exerçant sur les différentes zones de la face interne des paliers. Or, cette courbe varie elle-meme en fonction d'un certain nombre d'éléments, notamment la vitesse des roues dentées ou bien la valeur de la pression de refoulement ainsi que l'importance de la viscosité du fluide intervenant également. Cependant, les conditions exactes de détermination de ces joints eirculalres excentrés apparaîtront au cours de la description suivante de meme que les autres caractéristiques.des pompes et moteurs hydrauliques selon l'Invention. Cette description est donnée en référence au dessin annexé à simple titre indicatif, et sur le quel La figure 1 est une vue en coupe d'une pompe hydraulique selon l'in vention par un plan passant par les axes des deux roues dentées de celle-ci ; mes figures 2 et 3 en sont des vues en coupe transversale selon les lignes II-II et III-III de la figure 1 La figure 4 est une vue en élévation en bout à échelle différente de l'un des paliers de la présente pompe La figure 5 est une vue en coupe de ce palier selon la ligne V-V de la figure 4 lia figure 6 est une vue en coupe selon le même plan que la figure 1, mais à échelle différente La figure 7 est une vue similaire d'une variante de réalisation La figure 8 représente la courbe de variation de la pression s 'exer- çant sur les différentes zones de la face interne d'un palier La pompe représentée comporte deux roues dentées la et lb engrenant l'une avec autre et dont l'une est la roue menante. lies extrémités des arbres 2a et 2b de ces deux roues sont montées dans des paliers respectivement 3a, 3b et 4a, 4b. L'ensemble ainsi formé par les deux roues dentées et les deux groupes de paliers prévus de part et d'autre est logé à l'intérieur d'une cavité en forme de 8 ménagée à l'intérieur du corps 5 de la-pompe, lequel est fermé à ses extrémités par deux parois rapportées 6 et 7. L'une de cellesci, en ltoccurrence la paroi avant 6 est traversée par l'extrémité correspondante 8 de l'arbre 2a de la roue menante, cette extrémité étant destinée à être accouplée avec un arbre d'entraînement. Les paliers 3a, 3b et 4a, 4b sont montés coulissants sur les extrémités des arbres des deux roues dentées. Cependant, la largeur de ces paliers correspond à l'écart prévu entre les faces correspondantes des roues dentées et les faces internes des parois d'extrémité 6 et 7. Quant à leur diamètre, il est tel que la paroi périphérique de ces paliers affleure le cylindre circonscrit autour de chaque roue dentée. Chacun de ces paliers présente un méplat 9 sur sa partie placée au contact de l'autre palier de sorte que, vus en élévation, ces deux paliers présentent un contour en 8 de même que la cavité correspondante du corps 5. Cette cavité est formée par deux chambres cylindriques 10a et 1Ob qui sont tronquées dans leur zone de raccordement, de la même façon que les paliers à l'endroit de leur méplat 9. Le corps central de la pompe comporte deux conduits li et 12 débouchant en regard de la zone d'engrènement desdeux roues dentées la et lb, l'une constituant le conduit d'entrée du fluide, et l'autre le conduit de refoulement. Bien entendu, la pression est maximum à l'intérieur de ce dernier conduit. C'est du reste en raison de cette différence importante de pression que les faces internes des paliers des deux groupes, c'està-dire les faces placées au contact des roues dentées, se trouvent soumises à une pression-variable dans leur différentes parties. La figure 8 représente du reste, la courbe de variation de cette pression dans les différentes zones du pourtour d'un palier, en l'occurrence le palier 3b. Dans sa zone proche du conduit d'entrée 11, la surface correspondante de ce palier est soumise à une pression relativement faible, exercée sur elle par le fluide contenu dans les creux correspondants de la roue dentée, respectivement lb. Par contre, du côté du conduit de sortie 12, la zone correspondante de ce même palier est soumise à une pression beaueoup plus élevée, égale ou voisine à la pression de sortie. La pompe selon l'invention est donc conçue pour assurer une compensation de la force variable de poussée F1 due à la variation de cette pression. En d'autres termes, cette pompe est conçue de manière à appliquer sur les faces opposées des paliers, ou tout au moins des deux paliers d'un même groupe, une force de poussée inverse --F2 dont la valeur varie de la même façon suivant les dif férentes zones desdits paliers. A cet effet, dans l'exemple représenté, l'interstice existant entre l'une des parois d'extrémité, en l'occurrence la paroi 7, et la face adjacente des paliers correspondants 3a et 3b est raccordé à 11 orifice de sortie.Cette liaison est assurée par un passage constitué par une saignée 13 pratiquée dans le corps central 5, en abattant, sur la longueur voulue, l'arête séparant les deux cavités 10a et 10b du côté du conduit de refoulement 12. Dans ces conditions l'interstice considéré est donc soumis à la même pression que celle régnant dans le conduit de refoulement. Etant donné qu'il s'agit d'une pression sensiblement constante, la variation de la force de compensation est obtenue par une variation de la surface sur laquelle s'applique cette pression. A cet effet, il est prévu, sur la face externe de chacun des deux paliers 3a et 3b , un joint circulaire d'étanchéité 14a et 14b disposé de façon excentrée par rapport à l'axe du palier correspondant. En combinaison avec la paroi interne des chambres 10a et 10b contenant les deux paliers, ces joints délimitent donc une surface annulaire 15a et 15b de largeur variable. Comme on peut le constater d'après les figures 3 et 4. Ces deux zones sont communes entre elles à l'endroit du plan médian XY et le passage 13 mentionné précédemment communique avec ces deux zones. En pratique, chaque joint excentré est constitué par un joint torique associé à une rondelle anti-extrusion 16, l'ensemble étant logé dans une gorge circulaire 17a ou 17b de la face externe du palier correspondant. lies rondelles anti-extrusion peuvent être réalisées en toute matière appropriée, par exemple en résine synthé- tique ou en métal. L'excentrement des deux joints d'étanchéité 14a et 14b est déterminé de façon que la largeur de chacune des surfaces 15a ou 15b soit maximum du côté de l'orifice de sortie t-2 de la pompe et minimum du côté opposé, cette largeur allant en diminuant de l'un à l'autre de ces deux côtés. En d'autres termes, on détermine cet excentrement de façon que chaque joint délimite une surface annulaire dont la largeur varie sensiblement de la meme façon que la courbe représentée à la figure 8, et qui illustre ia variation de la pression s'exerçant sur la face interne des paliers. notamment A cet effet, comme on peut le constater/d'après les figures 3 et 4, le centre Ca ou Ob de chaque joint est déporté, par rapport à l'axe/du palier correspondant, à la fois en direction de l'axe de l'autre palier et en direction du côté de l'orifice d'entrée 11 du fluide. Rependant, les surfaces de compensation ainsi prévues sont également utilisées pour vaincre la résistance qui s'oppose au déplacement longitudinal de chaque palier, en raison du fait que les forces F5,provenant de la charge que retransmet l'arbre de la roue dentée correspondante,plaquedchaque palier contre le corps central selon la ligne AB (voir figure 5). Pur vaincre cette résistance au déplacement, il faut donc créer une force F4 située du côté d'aspiration 11, cette force étant égale à f x F3 (f représentant le coefficient de frottement entre palier et corps central). Pour obtenir une telle force F4, l'excentrement des joints d'étanchéité 14a et 14b est déterminé de façon telle qu'il reste néanmoins, du côté de l'aspiration, un léger intervalle CD dans la partie de chaque joint qui est la plus proche du contour extérieur de la surface de compensation correspondan c'est-à-dire du côté du conduit d'arrivée 11. lies joints d'étanchéité 14a et 14b, ou plutôt les gorges 17a et 17b qui leur servent de logement peuvent être définis par la position de leurs centres OA et OB et par leur diamètre X. Les centres OA et OB sont déterminés par la valeur des déposes de chacun de ceux-ci par rapport à l'axe O du palier correspondant et ce, respectivement dans une direction parallèle à la ligne passant par les aces des deux roues dentées et dans une direction perpendiculaire à cette ligne.Ces deux valeurs de déport p et # répondent aux relations suivantes : 8 = Xî . D - d 2 et p = E2 D - d 2 dans lesquelles - D et d sont respectivement le diamètre externe et le diamètre in terne de la surface annulaire des paliers qui est au contact des roues dentées ; - E1 est un coefficient répondant à l'inégalité 0 Quant à X, diamètre intérieur des gorges de joints 17a et 17b, il est déterminé par la relation étant le diamètre à fond de denture des roues dentées.Il con vient de noter que les différentes cotes D, d et Çb sont portées sur la figure 6 des dessins. 3)e -préférence, les paliers 3a et 3b présentent à leur périphérie une rainure 18 qui s'étend selon l'une de leur génératrice et dont l'emplacement est tel qu'elle permet de répartir les efforts s'exerçant dans la denture de la roue dentée correspondante. Le rôle de cette rainure est du reste exploité dans le brevet français précédemment déposé par la Demanderesse le 10 Novembre 1972 sous le n0 72 39855. Ainsi qu'il a déjà été indiqué, les joints d'étanchéité excentrés délimitant le contour interne des surfaces de compensation, peuvent être prévus sur la face interne de la paroi extrême correspondante 7, au lieu de l'être sur la face externe des deux paliers 3a et 3b. Une variante de réalisation de ce genre est du reste illustrée à la figure 7, qui représente partiellement une pompe ainsi conçue.La face interne de la paroi extreme 7a de cette pompe est pourvue de deux joints circulaires d'étanchéité 14c dont un seul apparaît à la figure 7. Chacune ces joints est disposé en regard de l'un des paliers 3a ou 3b et les gorges contenant ces deux joints sont excentrées exactement de la même façon que les gorges 17a et 17b contenant les joints 14a et 14b dans la forme de réalisation précédemment décrite. On obtient donc exactement le meme résultat, c'est-à-dire la déiimitation de surfaces annulaires de compensation de largeur variable. Bien entendu, ces surfaces de compensation pour raient etre prévues en regard des paliers 4a et 4b au lieu de l'entre en face des paliers 3a et 3b, comme décrit précédemment. Il suffirait alors de prévoir des joints excentrés soit sur la face externe de ces WliersX4a et 4b, soit sur la face interne de la paroi d'extrémité correspondante 6. Mais, on peut prévoir simultanément de telles surfaces de compensation à la fois en regard des paliers 3a et 3b du premier groupe et en face des paliers 4a et 4b du second. Ce nouveau système de compensation hydrostatique permet de prévoir une augmentation importante d maximale possible dans une pompe à engrenage et ce, pour toutes les vitesses couramment utilisées et toutes les viscosités courantes en hydraulique. Ainsi, on peut atteindre des pressions de l'ordre de 350 à 400 bars. Bien entendu, si l'utilisateur conserve comme pression d'utilisation, la pression maximum des pompes existant-actuellement, ceci lui procure alors l'avantage de ne pas employer les pompes selon l'invention au maximumde1pe'forinces possibles . Il s'ensuit une amélioration importante de la durée d'existence de telles pompes. Cependant, il faut observer que les avantages procurés par ce nouveau système de compensation sont obtenus par des moyens très simples et sans augmentation sensible du prix de revient. Ceci est dû au fait que les surfaces annulaires de compensation de largeur variable sont réalisées à partir de joints d'étanchéité de forme circulaire et non pas de joints qui présenteraient des formes plus ou moins complexes. En conséquence, les gorges destinées à servir de logements à ces joints sont elles-mêmes circulaires de sorte qu'elles peuvent être usinées facilement.Pour réaliser ces gorges, il suffit donc de déterminer très exactement la valeur de leur excentrement, comme indiqué précédemment. Comme déjà mentionné, la présente invention a pour objet non seulement des pompe telles que décrites précédemment, mais également des moteurs à engrenage de même conception. Dans ce cas, l'extrémité la plus large des surfaces annulaires de compensation se trouve située du côté de l'entrée du fluide, à l'intérieur du moteur, c'est-à-dire du côté où la pression est maximum. Bien entendu, le passage de communication 13, prévu dans le cas des pompes du côté du conduit de refoulement est situé du côté du conduit d'entrée lorsqu'il s'agit d'un moteur. les moteurs ainsi conçus peuvent être montés en série avec d'autres moteurs à engrenage de même conception. Dans un cas comme dans l'autre les pompes et moteurs selon l'invention peuvent entre conçus pour fonctionner indifféremment dans un sens et dans l'autre. Dans ce cas, le canal 19 est supprimé et l'alimentation de la zone de compensation en fluide sous pression est assurée par deux trous percés dans le corps central, l'un reliant cette zone W l'orifice d'entrée et l'autre à l'orifice de sortie. Il est alors prévu dans chacun des passages correspondant un clapet ne laissant passer le fluide que dans le sens voulu. REVEEDICATIONS 1.- Pompe ou moteur hydraulique à engrenage comportant, pour les extrémités des arbres des roues dentées, deux groupes de paliners interposés, entre celles-ci et les parois d'extrémité du corps de cette pompe ou moteur, un passage étant ménagé pour faire communiquer l'interstice, existant entre l'une des parois d'extrémité du corps et les paliers correspondants, avec l'orifice de sortie s'il s'agit d'une pompe ou l'orifice d'entrée dans le cas d'un moteur, caractérisé en ce que la paroi d'extrémité correspondante, ou la face adjacente des deux paliers correspondants, porte deux joints d'étanchéité de forme circulaire dont le centre est excentré par rapport à I'axe des paliers et ce, de façon à délimiter, en combinaison avec la paroi interne des chambres contenant les paliers, une surface annulaire dont la largeur variable est maximum du côté de l'orifice de sortie dans le cas d'une pompe, ou du côté de 11 orifice d'entrée s'il s'agit d'un moteur, et minimum du côté opposé, la largeur de cette zone allant en diminuant entre ces deux côtés opposés. 2.- Pompe ou moteur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre X de chaque gorge de joint excentré est déterminé tar la relation dans laquelle - D et d sont respectivement le diamètre externe et le diamètre interne de la surface annulaire des paliers qui est au contact des roues dentées. - t est le diamètre à fond de denture des roues dentées. 3.- Pompe ou moteur hydraulique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déplacement du centre de chaque joint excentré, délimitant le contour interne d'une surface annulaire de compensation, correspond à un déport à la fois en direction de 11 axe de l'autre palier du même groupe et en direction du côté de l'orifice d'entre du fluide dans le cas d'une pompe, ou de l'orifice de sortie dans le cas dtun moteur. 4.- Pompe ou moteur hydraulique selon la revendicatwon 3, caractérisé en ce que la position du centre de chaque joint excentré, par rapport au centre du palier correspondant, est déterminée par la valeur des déports e et p respectivement dans une direction parallèle à la ligne passant par les axes des deux roues dentées et dans une direction perpendiculaire à cette ligne, ces deux valeurs répondant aux relations suivantes e = x1 . D - d 2 et # = K2 .D - d 2 dans lesquelles : - t et d sont respectivement le diamètre externe et le diamètre in terne de la surface annulaire des paliers qui est au contact des roues dentées ; - K1 est un coefficient répondant à l'inégalité O G E1 0140 - K2 est un coefficient répondant à l'inégalite 0 K2 5.- Pompe ou moteur hydraulique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les joints circulaires excentrés, délimitant le contour interne des deux surfaces annulaires de compensation prévues à l'une des estrémités de l'appareil, sont logés dans des gorges ménagées dans les faces externes des paliers correspondants, 6;- Pompe ou moteur hydraulique selon i'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les joints circulaires excentrés, délimitant le contour interne des deux surfaces annulaires de compensa- tion prévues à l'une des extrémités de l'appareil, sont logés dans des gorges ménagées dans la face externe de la paroi d'extrémité correspondante. 7.- Pompe ou moteur hydraulique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu des surfaces annulaires aux deux-extrémntés de l'appareil, le contour interne de ces surfaces étant délimité par des joints circulaires excentrés logés dans des gorges ménagées soit dans la face externe des paliers des deux groupes de paliers, soit dans la face interne de ltune et Itautre parois d'extrémité du corps de l'appareil.