Brevet FR2492905A1 — publié le 19820430

L'invention concerne un agencement de pompes à engrenages pour fluides sous pression, équipé de plusieurs roues planétaires à denture extérieure, agencées dans un même carter et dans un mime plan et interconnectées par une roue solaire centrale, à denture extérieure, reliée à un arbre. Les pompes à engrenages sont des composantes es- sentielles des circuits hydrauliques pour fluides sous pression moyenne. Compte-tenu des problèmes de fabrication et de déformation qu'elles posent, les unités de grande puissance ne sont que difficilement réalisables. Il est certes possible d'interconnecter longitudi- nalement une pluralité de pompes à engrenages. Or, cette disposition ne peut développer qu'une puissance limitée, elle-même fonction de la limitation du couple de rotation de l'arbre d'entrée. Par ailleurs, un décalage réciproque des dentures des différentes pompes, en vue de réduire ainsi les pulsations inhérentes à chacune des pompes à engrenages, ne peut être réalisé qu'au travers d'un régla- ge, complexe et toujours désavantageux, des dispositifs d'accouplement reliant les différentes pompes entre elles. Il est connu par les Brevets français 1 064 498 et 1 499 827 d'agencer plusieurs, par exemple trois ou quatre, roues planétaires à denture extérieure, autour d'une roue solaire centrale, à denture extérieure et entraînée par un arbre, et de constituer le carter de pompe qui reçoit ces roues de manière à établir d'un côté du point d'engrè- nement de la roue planétaire avec la roue solaire, un com- partiment d'aspiration, et à établir de l'autre côté du point d'engrènement, un compartiment de compression pour le fluide sous pression. De cette manière, un seul carter loge plusieurs pompes à engrenage interconnectées par une seule roue solaire centrale. Or, un tel aménagement n'est pas réalisable sur le plan pratique d'autant moins que le montage naturellement rigide de la roue solaire centrale ne permet pas d'assurer une étanchéité suffisante des com- partiments sous haute pression. La présente invention a pour but de pourvoir à un agencement de pompes à engrenages du type mentionné ci- dessusqui permet d'obtenir des flux de volume important à l'aide de petites pompes individuelles et en séparant la transmission des couples et les fonctions d'étanchéité, selon un montage compact réalisé d'une manière symétrique autour d'un axe d'entraînement. Le problème ainsi posé est résolu conformément à la présente invention, par la mise en place dans un même carter de plusieurs paires de roues planétaires qui s'en- grènent entre elles et dont chaque paire jumelée forme une pompe à engrenages individuelle comportant un compar- timent d'asuiD-ration et un compartiment de pression, et en ce que la roue solaire centrale engrène avec l'une des deux roues planétaires de chacune des pompes individuelles en assurant la transmission des couples de rotation tout en étant exposée à la pression du fluide qui règne dans les compartiments de pression de toutes les pompes individuel- les. Dans l'agencement conforme à l'invention, aucun arbre assurant la transmission de couples ne doit sortir du compartiment étanche, dans lequel la denture des roues planétaires forme un volume, ce qui fait que la séparation entre la transmission des couples et la fonction d'étan- chéité,ainsi obtenue, permet de réaliser les composants de l'agencement de pompes à engrenages d'une manière reconnue comme la meilleure. II ne reste plus ainsi qu'à réaliser étanchéité de la roue solaire à l'égard de la haute pres- sion du fluide comprimé, ce qui ne soulève pas de problè- mes particuliers. Le choix approprié du nombre de dents de la roue solaire par rapport aux dents des roues planétaires permet de réaliser, sans autre aménagement, une transmis- sion à faible encombrement entre la vitesse de rotation à l'entrée de l'agencement de pompes et la vitesse de rota- tion effective de chacune des pompes individuelles. Par ailleurs, on peut réaliser un décalage de l'engrènement entre les différentes pompes individuelles, qui permet de réduire les pulsations et le bruit, sans pour autant faire appel à des mesures de réglage spécifiques. De plus, l'agen- cement de pompes à engrenages conforme à la présente inven- tion permet, comme on pourra le voir ci-après, de loger d'une manière particulièrement simple les roues planétai- res des différentes pompes individuelles dans un même car- ter de pompe. Compte-tenu de la symétrie axiale de la structure de l'agencement de pompes à engrenages conforme à la présente invention, ce dernier peut être utilisé aus- si bien comme pompe hydrostatique pour un fluide sous pression que comme accouplement hydrostatique réglable. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complé- ment de description qui va suivre, qui se réfère aux des- sins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne I-I de la figure 2, d'un accouplement hydrostati- que comme premier exemple d'application de l'agencement conforme à l'invention; - la figure 2 est une-vue en coupe de l'accouplement hydrostatique représenté à la figure 1, suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue de dessus, à plus grande échelle, de l'une des parois frontales et une vue en élévation de l'un des coussinets des pignons des figures 1 et 2; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une pom- pe hydrostatique comme deuxième exemple d'application de l'agencement conforme à l'invention. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces des- sins et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Selon les figures 1 et 2, l'accouplement hydrosta- tique qui y est représenté comprend un composant de pompes comportant au total quatre pompes à engrenages individuel- les et à dentures extérieures qui contiennent chacune principalement, d'une manière connue en soi, deux pignons jumelés la, lb, lc et ld. Ces pignons jumelés la, lb, lc et ld sont logés, paire par paire, dans des coussinets 4 à glissement d'un corps de pompe cylindrique 3. L e s a 1 é s a g e s 2a, 2b, 2c et 2d sont fermés de manière étanche à la pression par un couvercle 6, fixé au corps de la pompe 3 par une série de vis 7. Un joint tori- que 8, disposé entre le corps de pompe 3 et le couvercle 6, s'oppose à toute fuite vers l'extérieur. Les pignons jumelés la, lb, lc, ld sont reliés entre eux de façon cinématique et pour assurer la trans- mission des couples, par l'intermédiaire d'une roue solaire centrale 9 qui, par l'intermédiaire de ressorts d'ajustage , est reliée de façon fixe à l'arbre de transit ou de sortie 11 de l'accouplement hydrostatique. Le position- nement axial et radial de cet arbre de sortie 11 est as- suré, dans le couvercle 6, par un premier palier à galets 12 et dans le corps de pompe 3 par un deuxième palier à galets 13. L'arbre de sortie 11 porte un bloc fixe 14 qui assure le passage du fluide sous pression et qui comporte une canalisation de raccordement radiale 15 conduisant le fluide sous pression, une rainure annulaire de distribu- tion 16 reliée à cette canalisation 15 et ouverte en direc- tion de l'alésage logeant l'arbre de sortie 11, une cana- lisation 18 d'aspiration du fluide et un évidement consti- tuant le compartiment d'aspiration 17. Une rainure circu- laire 19 assurant la collecte des fuites est reliée au com- partiment d'aspiration 17 par l'intermédiaire d'un alésage de retour 20 qui s'étend dans le sens longitudinal. Par ailleurs, le bloc de traversée 14 porte, tant sur le côté de la pompe que sur le côté de la sortie, un joint d'étan- chéité à lèvres, 21 et 22 respectivement. Un arbre moteur 23 est fixé à l'aide de vis 24 sur le couvercle 6 et, par suite, sur le corps de pompe 3. Sur le côté "sortie", le corps de pompe 3 porte un cône d'as- piration 25. Les joints toriques 26 et 27 assurent l'étan- chéité vers l'extérieur de l'arbre moteur 23 et du cône d'aspiration 25. Les compartiments sous haute pression 28, ménagés dans les alésages 2a, 2b, 2c et 2d des pompes à engrenages constituées par les pignons jumelés la, lb, lc et ld, pénètrent dans l'alésage pratiqué dans le corps de pompe pour recevoir l'arbre et dans lequel est logée la roue solaire 9 (figure 2). Ainsi, la roue solaire 9 se trouve dans un compartiment à haute pression. Son étanchéité par glissement par rapport au compartiment d'aspiration frontal 29, limité par le cône d'aspiration 25, est assu- rée par des garnitures d'étanchéité élastiques 30, qui pressent des bagues d'étanchéité à glissement 31, contre les surfaces frontales de la roue solaire 9. Le compartiment d'aspiration 29 du cône d'aspira- tion 25 est relié par liaison hydraulique, d'une part au côté aspirant des pignons jumelés la, lb, lc et id par des alésages d'aspiration 32 et, d'autre part, à un réservoir 33 pour le fluide sous pression, par l'intermédiaire du compartiment d'aspiration 17 et de la canalisation d'aspi- ration 18 du bloc de traversée 14. Le compartiment 28 sous haute pression des pignons jumelés la, lb, lc et id est relié par liaison hydraulique à un alésage longitudinal et à des alésages transv saux 36 qui s'y raccordent, par l'intermédiaire d'orifices 34 pratiqués dans la roue solaire 9 et dans l'arbre de sortie 11. Les alésages trans- versaux 36 aboutissent dans la rainure de distribution annulaire 16. La canalisation de raccordement 15 conduisant le fluide sous pression, est également reliée au réservoir 33 par l'intermédiaire d'une soupape de réglage 37 (repré- sentée schématiquement). En cas de glissement entre l'arbre moteur 23 et l'arbre de sortie 11, les pignons jumelés la, lb, lc et ld sont entraînés en rotation par la roue solaire 9. Les pi- gnons jumelés ainsi entraînés aspirent du fluide sous pression stocké dans le réservoir 33 par l'intermédiaire de la canalisation d'aspiration 18, des compartiments d'aspiration 17, 29 et des alésages d'aspiration 32. Les pignons jumelés la, lb, le et ld compriment le fluide sous pression dans le compartiment sous haute pression 28 avant de le renvoyer, par l'intermédiaire des ouvertures 34, des alésages 35, 36, de la canalisation de raccordement 15 con- duisant le fluide sous pression et de la soupape de réglage 37, dans le réservoir 33. Ainsi, il est possible de régler progressivement l'entraînement de l'arbre de sortie en fonction du degré d'étranglement provoqué par la soupape de réglage 37 dans la canalisation de retour du fluide sous pression, par exemple en procédant à la manière décrite dans le Brevet suisse n' 479 821. Les unités constituées par les pignons jumelés la, lb, le, id et les coussinets 4 à glissement, forment un élément flottant dans le sens axial à l'intérieur des alé- sages 2a, 2b, 2c et 2d étant donné qu'il existe un jeu non négligeable entre la paroi inférieure des alésages 2a, 2b, 2c, 2d ménages à l'intérieur du corps de pompe 3, les unités précitées et le couvercle 6. Cet agencement flot- tant influe favorablement sur la précision d'usinage ainsi que sur le couple de rotation résiduel en cas de marche à vide du présent accouplement hydrostatique. Ainsi, l'unité constituée par les pignons jumelés la, lb, le, id et les coussinets 4 à glissement,est complètement noyée dans le fluide sous pression, à l'exception d'une faible surface d'aspiration à la hauteur de l'alésage d'aspiration 32. Pour compenser des répartitions asymétriques de la pres- sion qui apparaissent dans le sens axial entre les pignons et les coussinets et qui, sur les unités importantes, pro- voquent fréquemment des déséquilibres ou dés usures unila- térales, il n'est pas possible de placer des joints d'étan- chëité élastiques sur les côtés des coussinets opposés aux pignons. Dans l'agencement conforme à la présente inven- tion, une telle compensation doit au contraire être réali- sée dans l'intervalle libre entre chacun des deux pignons jumelés la, lb, lc, ld et la paroi frontale du coussinet 4 correspondant. La figure 3 présente un mode de réalisation d'un coussinet 4 qui permet de réaliser la compensation visée d'une manière particulièrement simple. Dans la paroi 38 tournée vers le pignon approprié se trouvent deux évidements réniformes 39 et 39', qui, de ce fait, font face à une surface annulaire qui se trouve entre la zone creuse des dents et l'arbre du pignon correspondant et dans chacun desquels aboutit l'un des alésages 40, 40', pratiqués dans le coussinet 4. Les extrémités opposées des alésages 40, 40' aboutissent dans les zones de surfaces 41, 42 et 41', 42', dont les unes se trouvent dans le compartiment sous haute pression 28 (figure 2), alors que les autres sont exposées, sur le côté opposé, à la pression aspirante des alésages d'aspiration 32. Comme on peut le voir sur la figure 3, l'une des évidements 39, 39' est relié sur l'un des côtés par rapport au plan de coupe longitudinal vertical du cous- sinet 4, aux zones de surface 41, 42 et 41', 42', respec- tivement,qui sont sur l'autre côté, c'est-à-dire de façon croisée. Ainsi, la surface annulaire précitée qui se trouve entre le creux des dents et l'arbre de chaque pignon isolé des pignons jumelés la, lb, lc et ld, est soumise de façon croisée, par moitié à la pression d'aspiration et par moi- tié à la haute pression. Cette structure symétrique fait que les paliers décrits ci-dessus se prêtent tant à la rotation à droite qu'à la rotation à gauche des arbres 23 et 11, étant donné que le changement de pression, coordonné au sens de rotation, provoque un changement de l'applica- tion de la pression qui balaye les évidements 39 et 39'. La circonstance avantageuse, qui fait qu'avec l'agencement conforme à la présente invention, aucun des arbres n'assure la transmission de couples de rotation vers l'extérieur du compartiment de pression étanche, per- met de renoncer entièrement à l'utilisation de coussinets "appuyés", étant donné que la force d'écartement axiale, normalement génératrice de fuites, peut être absorbée directement aux extrémités des tourillons des pignons ju- melés des pompes individuelles. Une telle structure sera commentée plus amplement ci-après en référence à un exemple d'application représenté à la figure 4, de l'agencement conforme à l'invention appliqué à une pompe hydrostatique. L'arbre 51 de pompe logé dans un carter 50 est re- lié de façon fixe par l'intermédiaire de ressorts d'ajustage 52 à une roue solaire 53 qui s'engrène avec les pignons jumelés 54. L'étanchéité de la roue solaire 53 est assurée par des joints d'étanchéité annulaires 56 à frottement comprimés par des garnitures d'étanchéité élastiques 55, ce qui permet de réduire au minimum les fuites du compartiment sous haute pression qui loge les pignons jumelés 54. La ro- tation de ces pignons jumelés 54 s'effectue sur des touril- lons fixes 57 ajustés dans les brides latérales 58 et 59 du carter 50. Des écrous à chapeau 60 compriment les brides latérales 58, 59, contre une pièce d'écartement 61. L'épais- seur de ces pièces d'écartement 61 est plus grande que celle des pignons jumelés, de la valeur d'un jeu de fonc- tionnement, ce qui assure aux pignons jumelés une grande liberté de mouvements. Des canaux de pression et d'aspira- tion non représentés sur les dessins, ménagés dans les compartiments de pression et d'aspiration qui entourent les pignons jumelés, débouchent dans des rainures collectrices 62 ménagées dans des bagues collectrices périphériques 63. L'étanchéité des bagues collectrices 63 est assurée par des joints toriques 64 et 65. Ces mêmes bagues collectrices 63 sont équipées de pas de vis de raccordement 66 permet- tant de brancher une conduite d'aspiration, ainsi qu'une conduite de distribution. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'inven- tion ne se limite nullement à ceux de ses modes de réali- sation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. REVENDICATIONS 1 - Agencement de pompes à engrenages pour fluide sous pression, équipé de plusieurs roues planétaires à denture extérieure, agencées dans un même carter et dans un même plan et interconnectées par une roue solaire centrale, à denture extérieure, reliée à un arbre, caractérisé par la mise en place dans un même carter de plusieurs pai- res de roues planétaires (la, lb, le, ld) qui s'engrènent entre elles et dont chaque paire jumelée forme une pompe à engrenages individuelle comportant un compartiment d'aspiration (32) et un compartiment de pression (28) et en ce que la roue solaire centrale engrène avec l'une des deux roues planétaires (la, lb, le, ld) de chacune des pompes individuelles en assurant la transmission des couples de rotation tout en étant exposée à la pression du fluide qui règne dans les compartiments de pression (28) de toutes les pompes individuelles. 2 - Agencement selon la Revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de dents de la roue solaire (9, 53) est déterminé par rapport au nombre de dents des roues pla- nétaires (la, lb, le, ld) de manière qu'il s'établisse une multiplication de la vitesse de rotation entre l'arbre (11, 51) porteur de la roue solaire (9, 53) et la vitesse de rotation réelle des pompes individuelles qui contien- nent les paires de roues planétaires jumelées (la,lb,lc,ld; 54). 3 - Agencement selon la Revendication 2, caracté- risé en ce que le nombre de dents de la roue solaire (9, 53) et le nombre de dents des roues planétaires (la, lb, lc, ld; 54) sont déterminés par rapport au nombre de pompes individuelles contenant les paires de roues planétaires jumelées (la, lb, le, ld;54) de manière qu'il s'établisse, entre les pompes individuelles, un décalage de l'engrène- ment des dents des roues planétaires jumelées (la, lb, le, ld;54) agencées par paires. 4'- Agencement selon l'une quelconque des Revendi- 24929O5 il cations 1 à 3, caractérisé en ce que les roues planétaires (la, lb, lc, ld) sont logées dans des coussinets (4) à glisse- Ient montés flottants dans le sens axial, dans des alésages (2a, 2b, 2c, 2d) pratiqués dans un corps de pompe (3). 50- Agencement selon la Revendication 4, caracté- risé en ce que les coussinets (4) à glissement sont agencés dans les alésages (2a, 2b, 2c, 2d) du corps de pompe (3), de telle manière qu'ils se trouvent placés au moins presque en totalité dans le compartiment sous pression (28) des alésages (2a, 2b, 2c, 2d). - Agencement selon la Revendication 5, caractéri- sé en ce que les parois des coussinets (4) à glissement qui s'appuient contre les surfaces frontales des roues plané- taires en forme de pignons (la, lb, lc, ld) portent des poches de pression (39, 39') placées l'une en face de l'autre et présentant, notamment, la forme d'évidements réniformes qui, par l'intermédiaire d'alésages (40,40') pratiqués dans les corps des coussinets (4) à alissOerent, sont reliées, par des voies croisées, à la pression qui règne sur la face externe opposée (41, 42, 41',42') des cous- sinets (4) en vue de compenser les forces de pression asymétriques. - Agencement selon l'une quelconque des Reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que les roues plané- taires (54) disposées par paires sont montées sur des tourillons fixes (57), et en ce que la force d'écartement axiale est absorbée par les tourillons (57) par l'intermé- diaire des écrous (60) qui peuvent, notamment, etre des écrous à chapeau qui pressent les parois latérales (58,59) contre une pièce d'écartement intercalaire (60). 8 - Application de l'agencement de pompes à engre- nages selon la Revendication 1 en tant que pompe dans un accouplement hydrostatique, caractérisée en ce que la roue solaire (9) est montée sur un arbre creux (11,35), et en ce que le fluide sous pression est envoyé, à partir des compartiments sous pression (28) des pompes à engrenages individuelles vers un bloc de traversée fixe (14) équipé de canalisations de raccordement pour le fluide sous pression, en passant par l'alésage (35) de l'arbre creux. 9 - Application selon la Revendication 8, carac- térisée en ce qu'un corps de pompe (3,6) comportant des alésages (2a, 2b, 2c, 2d) pour les paires de roues plané- taires (la, lb, lc, id) et des alésages d'aspiration (32) pour le passage du fluide sous pression, est monté de façon étanche et par bridage sur un arbre moteur (23) tout en pouvant tourner sur l'arbre creux (11, 35) qui joue le rôle d'arbre de sortie, tandis que les alésages (2a, 2b, 2c, 2d) sont ouverts en direction de l'arbre creux (11,35) pour recevoir la denture de la roue solaire (9) fixée sur l'arbre creux (11,35).