Brevet FR2504208A1 — publié le 19821022

t 2504 Zog L'invention concerne un bloc d'étanchéité pour pompes ou moteurs à engrenages utilisant une paire d'engre- nages montés sur des arbres et venant en prise par leurs dents périphériques Chaque arbre d'engrenage est monté, par ses deux extrémités, dans des trous percés dans le carter. Ltétanchéité des deux engrenages est assurée, aux sommets de leurs dents et du coté sortie de la pompe, par un bloc d'étanchéité monté du coté haute pression et se conformant au profil extérieur des engrenages, la charge de pression étant appliquée par la face arrière sous l'action du coté haute pression Ce bloc d'étanchéité est supporté radialement du coté de la face intérieure, et de manière à glisser en contact avec les sommets des dents d'engrenage, par des plaques latérales montées de manière à assurer l'étanchéité des deux surfaces latérales par des engrenages du coté haute pression. Ces plaques latérales sont supportées radialement, par leurs faces périphériques intérieures opposées aux faces périphé- riques extérieures venant en contact avec le bloc d'étanchéité, de manière à venir en contact avec les faces périphériques extérieures de coussinets supportant les arbres des engrenages. Une-pompe ou un moteur à engrenages de ce type ont déjà été proposés par Hideo Teruyama auteur de la présente invention, dans le Brevet U S A No 06 227 772 ou dans le Brevet Britannique N 02 067 667 Cependant, le problème le plus important posé par les pompes ou moteurs à engrenages de ce type est que, comme leur structure est telle que le bloc d'étanchéité est supporté par les faces périphériques extérieures des coussinets, au moyen d'une paire de plaques latérales, les erreurs de montage ou de fabrication peuvent conduire à un écart des quatre coins du bloc d 8 étanchéiti par rapport aux faces périphériques extérieures des plaques latérales, cet écart pouvant entrainer non seulement des fuites d'huile active, dans cette partie, avec pour conséquence une dégradation du rendement en volume, mais encore des vibra- tions ou des bruits intérieurs provoqués par le bloc d'étanchéité pendant le fonctionnement de la pompe ou du moteur à engrenages - Par suite, pour éviter ces inconvénients, il est nécessaire d'augmenter la profondeur de la rainure haute pression formée dans la partie centrale de la face intérieure 2504 208 du bloc d'étanchéité, de manière à amincir l'épaisseur de la paroi centrale du bloc d'étanchéité et à augmenter la zone de pression située à l'arrière du bloc d'étanchéité, de manière à rendre légèrement excessive la charge de pression appliquée au bloc d'étanchéité Ainsi, pendant le fonctionne- ment de la pompe ou du moteur à engrenages, le bloc d'étanchéité peut ployer élastiquement dans sa partie centrale de paroi mince, sous l'action de la charge de pression appliquée à ce bloc d'étanchéité, et par conséquent les quatre coins du bloc d'étanchéité peuvent rester en permanence en contact avec les faces périphériques extérieures des plaques latérales. Cependant ces palliatifs ne permettent pas d'éviter l'inconvénient que des efforts importants sont appliqués dans la partie centrale du fond de la rainure de pression du bloc 1.5 d'étanchéité ce qui risque de provoquer des fissures partant de cette partie pour se propager vers la partie de paroi mince en entrainant éventuellement la destruction du bloc d'étanchéité en cours d'utilisation. L'invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus en créant des pompes ou moteurs à engrenages du type décrit ci-dessus dans lesquels, par de simples modifications de structure on fixe le support en quatre points au moyen des plaques latérales, de manière à améliorer le rendement volumétrique des pompes ou moteurs tout en réduisant le bruit produit et en améliorant la durée de vie du bloc d'étanchéité. A cet effet l'invention concerne un dispositif de pompe ou de moteur à engrenages utilisant une paire d'engrenages venant en prise par leurs dents périphériques et dont les arbres sont supportés chacun des deux cotés par des coussinets logés dans des trous du carter, l'étanchéité des sommets des dents de ces engrenages étant réalisée au moyen d'un bloc d'étanchéité monté entre les parois intérieures du carter du coté haute pression, ce bloc d'étanchéité étant muni dans sa partie centrale d'une rainure de pression disposée du coté de sa face intérieure et s'étendant sur toute sa largeur dans la direction axiale, cette rainure étant soumise à la charge de pression, ce bloc d'étanchéité étant supporté axialement du coté de sa face intérieure, et de manière à pouvoir glisser 4 o en contact avec les sommets des dents des engrenages, par des 3 2504 208 plaque latérales ou par les coussinets, afin d'assurer l'étan- chéité des deux surfaces latérales des engrenages du coté haute pression, dispositif caractérisé en ce que le bloc d'étan- chéité est muni d'une rainure de cavité correspondant à la rainure de pression de sa face latérale intérieure, cette rainure de cavité étant disposée axialement dans la partie centrale de la face latérale extérieure du bloc d'étanchéité et sur toute la largeur de celui-ci, de manière à former une partie de paroi mince entre la rainure de pression et la rainure de cavité. Par suite, pendant le fonctionnement de la pompe ou du moteur à engrenages, le bloc d'étanchéité se courbe élastiquement à l'endroit de sa paroi mince, sous l'action de la charge de pression appliquée sur sa face arrière, de façon que le bloc d'étanchéité soit fixé par ses quatre coins et maintenu en contact avec les faces périphériques extérieures des plaques latérales, de manière à pouvoir ainsi 4 tre supporté par ces quatre points. Cela permet ainsi d'améliorer le rendement volumétrique de la pompe ou du moteur à engrenages tout en l'emp 4 chant de produire du bruit En même temps, le moment de la force appliquée à la partie de paroi mince par l'huile haute pression travaillant alors sur les faces de parois supérieure et inférieure de la rainure de pression, compense réciproquement le moment de la force appliquée à la partie de paroi mince par l'huile haute pression travaillant sur les faces de parois supérieure et inférieure de la rainure de cavité Cela permet donc de supprimer les efforts violents dans les parties centrales des fonds de rainures de pression et de cavité en améliorant ainsi considérablement la durée de vie du bloc d'étanchéité. L'invention sera décrite en détail-en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est une vue de coté, en élévation, représentant en coupe une pompe à engrenages selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 1; 4 2504 208 la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 1; la figure 5 est une vue en diagonale du bloc d'étanchéité; la figure 6 est un croquis représentant les forces instantanées agissant autour de la partie de paroi mince du bloc d'étanchéité; la figure 7 est une vue en coupe correspondant à celle de la figure 2, mais relative à un autre exemple de pompe ou de moteur à engrenages selon l'invention; et la figure 8 est une vue en diagonale représentant un autre exemple de relation entre le bloc d'étanchéité et l'une des plaques latérales. Sur la figure 1, une pompe à engrenages selon l'invention comporte un carter 11 constitué d'un boitier 12, d'un capot d'extrémité 13, et d'une joue de monture 14 Le boitier 12 est un cylindre à paroi épaisse solidement boulonné, de manière à former des joints étanches au liquide, par des boulons 17 vissés d'un coté au capot d'extrémité 13 et de l'autre à la joue de monture 14, cette fixation étant réalisée en utilisant les éléments d'étanchéité respectifs 15 et 16 Le capot d'extrémité 13 et la joue de monture 14 sont reliés aux deux extrémités du boitier 12 par des joints de monture 18, 19 bloquant respectivement les éléments d'étanchéité 15 et 16 Ces joints 18, 19 permettent au boitier 12 de se conformer au capot d'extrémité 13 et à la joue de monture 14 sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des fiches ou autres. Le boitier 12 loge, parmi les éléments fonctionnels de la pompe, deux engrenages 20, 21 venant en prise Ces engrenages 20, 21 sont montés sur les arbres 22, 23 et 24, 25 disposés respectivement des deux cotés des engrenages correspondants Les arbres 22 à 25 sont montés, de manière à pouvoir tourner librement, dans des coussinets 26, 27 et 28, 29 constitués par des bagues logées respective- ment dans le capot d'extrémité 13 et dans la joue de monture 14 L'arbre 25 de l'engrenage 21 fait saillie à l'extérieure de la joue de monture 14 et peut se relier à une source de puissance située à l'extérieur de la pompe à engrenages 10. 2504 208 La partie de la joue de monture 14 à travers laquelle passe l'arbre 25 est munie d'un joint d'étanchéité d'huile 30 destiné à assurer l'étanchéité de l'intervalle laissé libre entre ltarbr et la joue de monture 14. Comme indiqué sur la figure 2, un bloc d'étanchéité 31 est monté entre les parois intérieures du boitier 12 et les sommets des dents des engrenages 20, 21 du coté sortie de la pompe à engrenages 10 La face extérieure de ce bloc d'étanchéité 31 se conforme à la face de paroi intérieure du boitier 12, tandis que sa face intérieure se conforme au profil extérieur des engrenages 20, 21. Le bloc d'étanchéité 31 est muni, dans la partie centrale de sa face intérieure, d'une rainure de pression 32 orientée axialement sur toute la longueur du bloc d'étanchéité 31 et, dans la partie centrale de sa face arrière, d'une rainure de cavité 33 correspondant à la rainure de pression 32 et également orientée axialement sur toute la longueur du bloc d'étanchéité 31, de façon qu'on obtienne une partie de paroi mince 34 entre la rainure de pression 32 et la rainure de cavité 34. La face extérieure du bloc d'étanchéité 31 comporte une zone de pression 36 cloisonnée par un élément d'étanchéité 25 Cette zone de pression 36 est reliée au coté sortie des engrenages 20, 21 par l'intermédiaire de la g 5 rainure de pression 32 et de la rainure de cavité 33, grâce à la présence d'un trou radial d'alimentation haute pression 34 percé dans le bloc d'étanchéité 31 Les faces périphériques extérieures des engrenages 20, 21 autres que les parties tournées vers la face intérieure du bloc d'étanchéité 31, ne sont pas en contact avec les parois intérieures du boitier 12, et sont reliés au coté admission des engrenages 20, 21. Comme indiqué sur la figure 4, la hauteur totale du bloc d'étanchéité 31 est pratiquement identique à celle de la chambre logeant les engrenages 20, 21 dans le boitier 12, de sorte que le mouvement du bloc 31 se trouve limité axialement par le capot d'extrémité 13 et la joue de monture 14. Radialement cependant, le bloc d'étanchéité peut se déplacer librement jusqu'à venir en contact avec la face intérieure du boitier 12 et les sommets des dents des 6 2504 208 engrenages 20, 21 La hauteur totale des engrenages 20, 21 est légèrement plus petite que celle de la chambre du boitier 12 et l'intervalle ainsi laissé libre permet de loger les plaques latérales 38, 39 du coté sortie. La plaque 38 est montée entre le capot d'extrémité 13 et la face latérale correspondante des engrenages 20, 21, tandis que la plaque latérale 39 est montée entre la joue de monture 14 et la face latérale correspondante des engrenages 20, 21. Comme les deux plaques latérales 38, 39 sont identiques, on ne décrira en détail que la plaque latérale 38 Comme indiqué sur la figure 2, la plaque latérale 38 comporte une partie centrale 38 a et des parties latérales 38 b, 38 c partant en sens inverses La partie centrale 38 a vient se loger entre les coussinets 26, 28 supportant en rotation libre les arbres 22, 24 des engrenages 20, 21, tandis que les bords périphériques intérieurs des parties 38 b, 38 c viennent en contact avec les faces périphériques des coussinets 26, 28. Ainsi, les coussinets 26 à 29 font saillie sur une certaine distance à partir du capot d'extrémité i 3 et à partir de la paroi intérieure de la joue de monture 14, pour pénétrer dans la chambre du boitier 12 en formant les projections 26 a, 27 a, 28 a, 29 a. Dans les plaques latérales 38, 39, la partie faisant sailllie aux deux extrémités latérales de la partie centrale 38 a pour rejoindre les bords intérieurs des parties 38 b, 38 c, s'adapte approximativement aux faces périphériques extérieures des projections 26 a à 29 a des coussinets 26 à 29, ce qui permet à ces projections de supporter les plaques latérales 38, 39 à l'endroit des faces latérales intérieures Chaque bord extérieur des sections 38 b, 38 c, 39 b, 39 c des plaques latérales 38, 39 se conforme également au profil extérieur des engrenages 20, 21 et par conséquent à la surface intérieure du bloc 31, ce qui permet ainsi aux bords périphériques extérieurs de ces parties 38 b, 38 c, 39 b, 39 c de supporter le bloc d'étanchéité 31 par sa surface intérieure. Les dimensions des plaques latérales 38, 39 sont choisies de façon que les faces des bords 4 o périphériques extérieurs supportant la surface intérieure 2504 208 du bloc d'étanchéité 31, forment un arc un peu plus petit que le profil extérieur des engrenages 20, 21, à condition que leurs faces de bord périphérique intérieur soient supportées par les faces périphériques correspondantes des projections 26 a à 19 a des coussinets 26 à 29. Pour assurer l'étanchéité des faces de sortie des deux engrenages 20, 21 au moyen des plaques latérales 38, 39, les zones de pression 42, 43 sont cloisonnées par des éléments d'étanchéité 40, 41 montés dans les parôis intérieures du capot d'extrémité 13 et de la joue de monture 14 du coté des plaques latérales respectives 38, 39 La figure 3 représente la zone de pression 42 du coté du capot d'extrémité 13 L'autre zone de pression 43 située du coté de la joue de monture 14 est parfaitement identique. Ainsi, lorsque la pompe à engrenages commence à fonctionner, le fluide hydraulique se trouve aspiré du coté admission de la chambre du boitier 12 en passant par le passage 45 (voir figure 1 et figure 3), et en traversant radialement un orifice d'admission 44 pour arriver d'un coté du capot d'extrémité 13 et passer du coté sortie sous l'action des engrenages 20, 21 tournant en sens inverses Le fluide hydraulique est ensuite envoyé au dispositif utilisateur (non représenté sur les figures) en passant par la rainure de pression 32 du bloc d'étanchéité 31, par le passage 44 traversant axialement le capot d'extrémité 13, et par un orifice de sortie 4 (voir figure 1 et figure 3) débouchant de l'autre coté du capot d'extrémité 13. La haute pression produite du coté sortie des engrenages 20, 21 agit sur les zones de pression 42, 43, derrière les plaques latérales 38, 39, par l'intermédiaire de la rainure de pression 32 du bloc d'étanchéité 31 Ainsi, la haute pression appliquée sur les surfaces arrières des plaques latérales 38,-39 pousse celles-ci en contact avec les deux faces de sortie des engrenages 20, 21, ce qui permet d'obtenir une excellente étanchéité. Simultanément, la haute pression agit également sur la zone de pression 36, à l'arrière du bloc d'étanchéité 31, par l'intermédiaire de la rainure de pression 32, du trou d'alimentation haute pression 37 et de la rainure de cavité 33, de sorte que le bloc d'étanchéité 31 se trouve 8 25 t 4 208 également pousse contre les sommets des dents des engrenages , 21 Comme les sommets des dents des engrenages 20, 21 viennent balayer la face intérieure du bloc d'étanchéité 31, ces sommets de dents tendent à produire une légère dépression sur le bloc d'étanchéité, ce qui contribue encore à améliorer l'étanchéité. Cette action des sommets des dents des engrenages 20, 21 sur le bloc d'étanchéité 31 se poursuit jusqu'à ce que la surface intérieure du bloc d'étanchéité 31 vienne en contact avec les surfaces de bord extérieur des plaques latérales 36, 37 et se trouve supportée par celles-ci. Ce résultat est obtenu pendant le démarrage de la pompe à engrenages 10 Par suite, pendant le fonctionnement normal de la pompe àengrenages 10, le bloc d'étanchéité 31 se trouve supporté en permanence par les faces périphériques extérieures des projections 26 a à 29 a des coussinets 26 à 29, par l'intermédiaire des plaques latérales 36, 37. Dans le cas décrit ci-dessus, même si l'un des quatre coins du bloc d'étanchéité 31 peut se trouver écarté des bords périphériques extérieurs des plaques latérales 38, 39, la pression appliquée à la zone de pression 36 pousse la face arrière du bloc d'étanchéité 31 et le fait plier à l'endroit de sa paroi mince 34, ce qui force les quatre coins de sa face intérieure à venir s'appuyer fortemeht contre les faces périphériques extérieures des plaques latérales 38, 39, de façon que l'huile haute pression de fonctionnement ne puisse s'échapper par les surfaces de contact entre le bloc d'étanchéité 31 et les plaques latérales 38, 39 Cela permet d'améliorer le rendement volumétrique tout en empêchant :30 le bloc d'étanchéité de produire des vibrations et du bruit pendant le fonctionnement de la pompe à engrenages 10. En même temps, comme indiqué sur la figure 6, l'huile haute pression de fonctionnement agit, par les forces respectives F 1, F 1 et Ftl, Ftl, sur les parois supérieures et inférieures de la rainure de pression 32 et de la rainure de cavité 33 du bloc d'étanchéité 31 Ces forces F 1, F 2 appliquées du coté de la rainure de pression 32, produisent alors sur le bloc d'étanchéité 31 des moments M 1, M 2 agissant autour de la partie de paroi mince 34, et ces moments M 1, M 2 tendent à produire un effort important dans le fond de la partie centrale 2504 208 A de la rainure de pression 32. D'autre part, les forces Ft'y FI 2 agissant sur la rainure de cavité 33, produisent simultanément des moments Mtl, Mi 2 appliqués autour de la même partie de paroi mince 34 du bloc d'étanchéité 31 Comme ces moments Mi 1, M'2 agissent en sens inverse des moments M 1, M 2 produits par les forces F 1, 2 appliquées du coté de la rainure de pression ? 2, l'effort résultant dans le fond de la partie centrale A de la rainure-de pression 32 se trouve réduit, ce qui permet d'augmenter considérablement la durée de vie du bloc d'étanchéité 31. L'exemple représenté sur la figure 7 est identique à celui décrit cidessus à l'exception près que le bloc d'étanchéité correspondant 131 est muni de trous d'alimen- tation haute pression 137 a, 137 b percés non pas dans la partie de paroi mince 34 du bloc d'étanchéité 131, mais dans les parties supérieure et inférieure de celui-ci La raison de cette disposition des trous haute pression 137 a, 137 b à l'exté- rieur de la partie de paroi mince 34 est que, s'ils étaient formés dans cette partie de paroi mince 34, la concentration des efforts qui en résulterait serait nuisible à la durée de vie du bloc d'étanchéité 131 et pourrait poser des problèmes. Il faut remarquer que, dans le cas de la figure 7, l'un des trous haute pression 137 b est fermé par rapport à la rainure de pression 32, et que seul l'autre trou d'alimentation haute pression 137 a est relié à cette rainure de pression 32 De plus, lorsque les engrenages correspondants , 21 tournent de j pas par rapport à la position ci-dessus, le trou d'alimentation haute pression 137 b se trouve relié- à la rainure de pression 32 et la liaison de l'autre trou d'alimentation haute pression 137 a se trouve coupée. Ainsi, les deux trous d'alimentation haute pression 137 a, 137 b se trouvent branchés alternativement à la rainure de pression 32 Il serait en effet impossible, en n'utilisant qu'un seul trou d'alimentation haute pression, d'égaliser les pression entre la zone de pression 36 et la rainure de pression 32 C'est la raison pour laquelle on utilise ici les deux trous d'alimentation haute pression 137 a, 137 b. De plus, l'utilisation de deux trous 4 o 2504 208 d'alimentation haute pression, comme décrit ci-dessus, présente les avantages supplémentaires ci-après. Comme l'huile haute pression de fonction- nement sort dans la zone de pression correspondante 36 en passant alternativement par les trous 137 a, 137 b, l'air retenu dans la zone de pression 36 avant le fonctionnement peut s'échapper facilement ide sorte qu'il faut moins de temps pour parvenir à la stabilisation de la puissance de charge. Dans l'exemple représenté sur la figure 8, le trou d'alimentation haute pression 237 est percé à tra- vers l'une des faces courbes du bloc,d'étanchéité 231, et les plaques latérales 238, 239 sont chaufreinées de leur coté intérieur de manière à former des fentes 248 a, 248 b servant de passages de guidage. Comme ces fentes 248 a, 248 b sont reliées en permanence à la rainure de pression 32, l'huile haute pression de fonctionnement se trouvant dans la rainure de pression 32 passe dans les intervalles entre dents se situant en face de ces fentes 248 a, 248 b Par suite, l'huile active haute pression se trouve amenée dans la zone de pression % 6 par le trou d'alimentation haute pression correspondant 137. Dans une variante de réalisation de cet exemple de la figure 8, on peut également utiliser deux trous d'alimentation haute pression semblables à ceux de l'exemple de la figure 7, et les fentes des plaques latérales peuvent être situées aux endroits correspondants aux deux trous d'alimentation haute pression. De plus, on peut remplacer la fente ci-dessus par une rainure de guidage pour former le passage de guidage décrit ci-dessus Ainsi, lorsqu'on utilise une rainure de guidage formée sur la face intérieure du bloc d'étanchéité 231, pour relier le trou d'alimentation haute pression 237 à la rainure de pression 32, cette rainure fonctionne de la même manière que la fente décrite ci-dessus. Il est évident que l'invention peut également s'ppliquer sans modifications à des pompes àengrenages du type décrit dans le Brevet U S A NO 3847519 utilisant un bloc d'é- tanchéité supporté par les faces périphériques extérieures de bague de coussinets s'adaptant sur les arbres d'engrenages. il 2504 208 REVENDICATIONS 1 Dispositif de pompe ou de moteur à engrenages ( 10) utilisant une paire d'engrenages ( 20, 21) venant en prise par leurs dents périphériques et dont les arbres ( 22 à 25) sont supportés chacun des deux cotés par des coussinets ( 26 à 29) logés dans des trous du carter ( 11), l'étanchéité des sommets des dents de ces engrenages étant réalisée au moyen d'un bloc d'étanchéité ( 31) monté entre les parois intérieures du carter du coté haute pression, ce bloc dtétan- chéité ( 31) étant muni dans sa partie centrale d'une rainure de pression ( 32) disposée du coté de sa face intérieure et s'étendant sur toute sa largeur dans la direction axiale, cette rainure ( 32) étant soumise à la charge de pression, ce bloc d'étanchéité ( 31) étant supporté axialement du coté de sa face intérieure, et de manière à pouvoir glisser en contact avec les sommets des dents des engrenages, par des plaques latérales ( 38, 39) ou par les coussinets, afin d'assurer l'étanchéité des deux surfaces latérales des engrenages du coté haute pression, dispositif caractérisé en ce que le bloc diétanchéité ( 31) est muni d'une rainure de cavité ( 33) correspondant à la rainure de pression ( 32) de sa face latérale intérieure, cette rainure de cavité étant disposée axialement dans la partie centrale de la face latérale extérieure du bloc d'étanchéité ( 31) et sur toute la largeur de celui-ci, de manière à former une partie de paroi mince ( 34) entre la rainure de pression ( 32) et la rainure de cavité ( 33). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc d'étanchéité ( 31) est muni d'un trou d'alimentation haute pression ( 37) destiné à assurer la charge de pression, et passant de sa face intérieure à sa face extérieure. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le trou d'alimenta- tion haute pression ( 37) traverse la partie de paroi mince 4 o ( 34) du bloc d'étanchéité ( 31) eh passant de la rainure de pression ( 32) à la rainure de cavité ( 33). 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des trous d'alimentation haute pression ( 137 a, 137 b) sont percés au-dessus et audessous de la partie de parôi mince ( 34) du bloc d'étanchéité ( 31). 12 2504 208 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le trou d'ali- mentation haute pression ( 237) est placé à l'extérieur de la partie de paroi mince ( 34), et en ce qu'en face de ce trou d'limentation haute pression ( 237) sont percés des passages de guidage ( 248 a, 248 b) traversant les plaques latérales ou les coussinets ( 238, 239).