Brevet FR2509368A1 — publié le 19830114

La présente invention a trait au domaine des machines rotatives à fluide sous pression, pouvant fonctionner soit en moteur si elles sont alimentées par ledit fluide soit en compresseur ou pompe aspirante et refoulante de ce fluide si elles sont entrainées par une force motrice quelconque appliquée sur leur arbre de transmission du mouvement rotatif. Plus précisément, l'invention concerne les machines rotatives du type de celles comprenant - Un rotor cylindrique dans lequel un bloc piston est animé radialement d'un mouvement de translation alternatif, commandé par un maneton excentré par rapport à l'axe de rotation du rotor et s'engageant dans une mortaise pratiquée au centre dùdit bloc piston, - et un stator alése au diamètre du rotor cylindrique tournant librement à l'intérieur dudit stator qui comporte deux lumières diamétralement opposées, destinées à assurer l'admission et l'échappement dudit fluide sous pression et dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par le mouvement de rotation dudit rotor. Le principe général de fonctionnement de ces machines, à savoir que le mouvement de translation alternatif du bloc piston est commandé par la combinaison du mouvement de rotation du rotor d'une part, et de la position d'un axe excentré par rapport à l'axe de rotation de ce dernier d'autre part, est utilisé depuis longtemps comme le prouve la pompe rotative à piston decrit dans le brevet français n0553.364 du 27 juin 1922. Des machines plus récentes décrites dans les brevets américains n"3.279.445 du 15 juin 1964 et n03.855.978 du 29 août 1972 ainsi que dans la demande de brevet français nO 2.390.597 du 13 mai 1977, au nom du demandeur, utilisent également ce principe mais uniquement pour le fonctionnement d'un moteur à combustion interne en ce qui concerne les deux premières et pour le fonctionnement mixte d'une pompe et d'un moteur en ce qui concerne la dernière. La machine rotative, objet de la presente invention, met également en application ce principe de fonctionnement. L'ori ginalité de sa caractéristique principale repose sur le fait cylindriques que son rotor comporte deux blocs pistons traverses en leur milieu par un mamie maneton excentré et munis sur leur face en contact d'une partie en retrait autorisant une pénétration partielle de l'un des blocs pistons dans l'autre ainsi que les coulissements simultanés de l'un par rapport à l'autre dans deux cylindres disposés en croix permendiculairement à l'axe du rotor. La présence des deux blocs pistons supprime les temps morts des cycles de fonctionnement des rotors à un seul bloc piston, limite les forces de frottement ainsi que les contraintes exercées sur les différentes pièces et améliore considérablement le rendement énergétique de la machine que celle-ci fonctionne en pompe ou en moteur. GUINARD a déjà proposé dans son brevet français ne517.357 une machine rotative dont le rotor comporte deux blocs pistons disposés en croix. Cependant, la conception de cette machine ne repose pas exactement sur le principe du jeu d'un maneton excentré dans une mortaise pratiquée dans le bloc piston. En effet, les déplacements rectilignes alternatifs des blocs pistons de sa machine sont commandés par la combinaison du mouvement de rotation du rotor et de celui d'une pièce en croix placée entre les deux faces internes des pistons et qui peut tourner librement autour d'un axe excentré. L'assemblage des organes d'une telle machine est complexe et la présence supplémentaire de cette pièce en croix est généralement la cause de défailla-nces mécaniques. Les autres aspects de l'invention considérés comme nouveaux par rapport à l'art antérieur évoqué ci-dessus seront mieux mis en lumière à la lecture de la description ci-après donnant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'une machine rotative conforme à l'invention. Cette description est annéxée d'un dessin illustrant, par une vue en perspective éclatée partiellement écorchée, les différents organes d'une telle machine. Cette dernière référencée M dans son ensemble comporte de manière classique un stator alésé au diamètre d'un rotor cylindrique qui peut tourner librement et à frottement doux flèche F1 à l'interieur-du stator. Le rotor est constitue de deux plateaux cylindriques la et lb comportant chacun sur leur face en regard deux demicylindres en croix respectiquement 2a, 3a pour le premier et 2b, 3b pour le deuxième. Lors de l'assemblage des deux plateaux la et lb par des moyens de fixation 4 appropriés (vis à plusieurs pans incorporées) ces demi-cylindres définissent l'enveloppe de deux cylindres en croix à l'intérieur desquels deux blocs pistons 2 et 3 peuvent evoluer axialement selon un mouvement de translation alternatif (flèches F2 et F3). Le stator, quant à lui, est constitué par l'association de deux flasques circulaires 5a et 5b assemblés à l'aide d'autres vis de fixation 4. L'un de ces flasques 5a comporte un rebord périphérique 5'a perpendiculaire au plan du flasque et destine à former avec le second flasque 5b, à deux faces parallèles lisses, une enceinte definissant un coussinet à frottement de glissement, au mouvement de rotation F1 du rotor 1 Dans le contexte de la presente invention, on appelle rotor 1 le rotor non représente et constitué par les deux plateaux la et lb assemblés et stator 5 le stator non représente et constitué par les deux flasques 5a et 5b assembles. Selon l'invention, les blocs pistons 2 et 3 sont munis chacun d'une partie en retrait 6a et 6b respectivement, autorisant la pénétration partielle des pistons l'un dans l'autre ainsi que les coulissements simultanés F2 et F3 de l'un par rapport à l'autre. Ces coulissements F2 et F3 sont guidés lors de la rotation F1 du rotor, par la presence d'un épaulement rectangulaire 7a et 7b dessiné respectivement sur la partie hémicylindrique des pistons 2 et 3 transversalement à leur axe et évoluant à l'intérieur d'un espace carré creux 7'a et 7'b ménage respectivement au centre des plateaux la et lb et dont le côté est égal au diamètre des cylindres dans lesquels évoluent lesdits pistons. A l'intérieur des épaulements 7a et 7b sont pratiquées deux mortaises rectangulaires 8a et 8b dans lesquelles vient se loger un maneton à section carre 9. traversant le plateau lb par une ouverture 10 centrée sur 1 taxe de rotation XX' du rotor 1 et le flasque 5b, par une ouverture li excentrée par rapport audit axe. Ce maneton est monté en libre rotation à l'intérieur d'un palier 12 muni sur son enveloppe externe d'une extrémité 12a préformée pour E s'engager dans l'ouverture 11 du flasque 5b sur lequel est fixé ledit palier. Ainsi lors de la rotation F1 du rotor 1, le maneton 9 entrainé par les mortaises 8a et 8b suit le même mouvement de rotation mais commande, de par sa position excentrée, les déplacements alternatifs F2 et F3 des pistons 2 et 3. Et réciproquement, les déplacements alternatifs F2 et F3 des pistons 2 et 3 entraient la rotation F1 du rotor 1. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, la distance séparant le maneton excentré 9 de l'axe de rotation XX' est égale à la moitié de la course des pistons 2 et 3 afin d'amener ces derniers à effectuer chacun un aller et retour complet par cycle de rotation du rotor. L'ensemble-rotor 1, pistons 2 et 3, maneton excentre 9 constitue la partie active de la machine M et le stator 5 constitue le support de cet ensemble et des pieces permettant le fonctionnement de cette machine en moteur ou en pompe. On remarquera ainsi que le flasque 5a du stator comporte en son centre d'une part, un coussinet 13 qui supporte et guide un arbre 14 solidaire du plateau la et destiné à transmettre ou à recevoir le mouvement de rotation F1 du rotor 1, et sur son rebord périphérique 5'a d'autre part, deux lumières 15 et 16 d'admission et d'echappement du fluide sous pression sur lesquelles sont connectées des conduits d'arrivée 15a et de sortie 16a dudit fluide.La position (diamétralement opposée) des lumières 15 et 16 annule les poussées axiales et la durée de vie de la machine en tant que moteur et ses performances sont accrues. Si la machine M reçoit sur son arbre 14 un mouvement de rotation F1 son fonctionnement est celui d'une pompe jouant le rôle de compresseur du fluide amene par le conduit 15a. Si la machine M reçoit par ledit conduit 11 un fluide souspression, son fonctionnement est celui d'un moteur fournissant une force motrice rotative transmise par son arbre de sortie 14. Il va de soi, que la machine M a été représentée et décrite dans sa forme la plus élémentaire, ignorant les accessoires de fonctionnement tels que segments, bagues d'étanchéité, organes de couplage sur l'arbre de transmission, lubrifiants, ..., qui seront judicieusement adoptés par un homme de metier. Il est également utile de préciser que les différents organes de cette machine M (plateaux du rotor 1, flasques du stator 5, pistons 2 et 3, épaulements 7a et 7b, espaces creux 7'a et 7'b) ont été etudiés dans leur forme géométrique pour répondre à des exigences d'usinage. De plus, l'assemblage, le montage et l'entretien de la machine M sont simples et cette dernière est particulièrement indiquée pour des fabrications en série d'une certaine importance, sans que pour autant la liberté d'agencement du côte externe ne soit restreinte. Il est également possible d'employer des pistons de differents diamètres, en substituant au rotor en place et à ses pistons un autre rotor avec des pistons appropriés. De ce fait, la machine M offre, sans modification de son stator et des organes périphériques, une gamme de puissances utiles allant de la basse pression et à gros débit à la haute pression et faible débit, pour une même puissance appliquée sur son arbre 14 (fonctionnement en pompe). Compte tenu de ces avantages, la machine de l'invention possède un vaste domaine d'applications industrielles. En tant que pompe volumetrique, elle peut notamment être utilisée pour un comptage de débit de distributeurs d'essence, d'huile, d'alcool, etc... En tant que moteur hydraulique, elle peut être utilisée sur des engins de travaux publics (tracto-pelles, bouteurs, ...) équipés d'une installation hydraulique sous pression. En tant que moteur actionné par air comprimé ou vapeur, elle peut être utilisée pour actionner du matériel d'usine (machines-outils, perceuses, perforatrices rotatives, matériel de mines grisouteuses, etc...). On comprendra que les réalisations et pratiques spécifiques décrites dans le present mémoire ne l'ont été qu'en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation et que de nombrez ses modifications, combinaisons et substitutions peuvent être effectuées par l'homme de l'art sans s'éloigner ni de l'esprit ni de la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Machine rotative à fluide sous pression comprenant - un rotor cylindrique dans lequel au moins un bloc piston est animé radialement d'un mouvement de translation alternatif, commande par un maneton excentré par rapport à l'axe de rotation du rotor et s'engageant dans une mortaise pratiquée au centre dudit bloc piston, - et un stator alésé au diamètre du rotor cylindrique qui peut tourner librement à l'intérieur dudit stator lequel comporte deux lumières diamétralement opposées, destinées à assurer l'admission et l'échappement du fluide sous pression et dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par le mouvement de rotation du rotor, ladite machine étant CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE le susdit rotor comporte, deux blocs pistons cylindriques, traver sés en leur milieu par un même maneton excentré et munis sur leur face en contact d'une partie en retrait autorisant une penétration partielle de l'un des blocs pistons dans l'autre ainsi que les coulissements simultanés de l'un par rapport à l'autre dans deux cylindres, disposés en croix perpendiculairement à l'axe du rotor. 2. Machine rotative selon la revendication 1, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE le rotor est constitué par l'assemblage de deux plateaux cylindriques comportant sur leurs faces en regard les deux demi-cylindres en croix, l'un de ces plateaux étant percé en son centre pour autoriser le passage du maneton et l'autre étant muni sur la face opposée à celle comportant les demicylindres d'un arbre destiné à transmettre ou à recevoir le mouvement de rotation du rotor. 3. Machine rotative selon la revendication 1, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE les mortaises pratiquées au centre desdits blocs pistons sont des ouvertures rectangulaires disposées perpendiculairement à l'axe desdits pistons, et PAR LE FAIT QUE le susdit maneton dont la partie extrême introduite dans les susdites mortaises est de section carrée, est montée en libre rotation autour de son axe. 4. Machine rotative selon les revendications 1 et 2, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE la partie hémicylindrique de chaque bloc piston est munie d'un épaulement rectangulaire entourant la susdite mortaise et la partie centrale de chaque plateau du rotor est munie d'un espace carré creusé dans les faces portant les susdits demi-cylindres, cet espace creux dont le côté est égal au diamètre des cylindres servant de guide, lors de la rotation du rotor, aux déplacements rectilignes alternatifs de l'épaulement venant s'y loger. 5. Machine rotative selon les revendications 1, 2 et 3, et dans laquelle le stator est composé par l'association des deux flasques circulaires, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE l'un des flasques dont le centre est occupé par le coussinet de l'arbre de transmission du rotor comporte un rebord péripherique perpendiculaire au plan du flasque et dans lequel sont ménagées les deux lumières d'entree et de sortie de fluide, alors que l'autre flasque, à deux faces parallèles lisses et muni d'une ouverture excentrée dans laquelle est logé et fixé le palier du maneton, est plaqué contre le susdit rebord périphérique du premier et définit avec celui-ci l'enceinte dans laquelle le rotor est anime d'un mouvement rotatif à frottement doux. 6. Machine rotative selon la revendication 5, CARACTERISEE PAR LE FAIT QUE la distance séparant l'axe excentre du maneton de l'axe de rotation du rotor est égale à la moitié de la course des susdits blocs pistons dans leurs cylindres.