Brevet FR2514079A1 — publié le 19830408

L'invention concerne une machine à pistons radiaux, notamment une pompe à pistons à bille comportant au moins un piston radial avec bille qui roule contre une bague de levée ou un stator extérieur et coopère avec un élément de piston qui glisse dans un alésage radial d'un rotor monté à rotation sur un tourillon de commande qui est fixé et muni de canaux d'admission et de sortie. Une machine à pistons à bille du genre précité est connue par la demande de brevet allemand DE-OS 29 08 096 La douille cylindrique, déplaçable par coulissement, qui se trouve en condition d'ajustement dans l'alésage radial du rotor et qui possède un passage intérieur axial allant à la bille, réalise une étanchéité de surfaces entre rotor et douille et entoure la bille de façon qu'il y ait également une étanchéité de surfaces entre cette bille et cette douille L'agencement est réalisé de façon qu'après assemblage, la bille soit solidarisée à la douille, de sorte qu'un remplacement éventuel n'est possible que s'il porte sur l'ensemble. La présente invention a pour objet de réaliser une machine à pistons à bille de structure simple, ayant un excellent rendement. Ceci est obtenu par le fait que la bille est guidée à coulissement direct, par sa surface extérieure, dans l'alésage radial. La bille est avantageusement constituée par un composant standardisé fabriqué avec une grande précision Grâce à l'ajustement précis de l'assise de la bille dans l'alésage, on obtient une excellente étanchéité d'interstice L'action étanchéifiante de la bille complète celle de l'élément de piston, de sorte que l'on obtient un excellent rendement volumétrique Le fait d'utiliser la bille conduit, de façon avantageuse, à une plus faible influence du frottement due au frottement visqueux Bille et élément de piston sont libres l'un par rapport à l'autre et peuvent donc être remplacés séparément. Dans un développement avantageux, l'invention prévoit que l'élément de piston est une deuxième bille Outre une plus faible influence du frottement due au frottement visqueux, on obtient une bonne étanchéité grâce à la présence de deux billes. Il y a avantageusement, entre les billes, un élément inter- médiaire par lequel les deux billes sont en liaison fonctionnelle Le comportement en fonctionnement peut être influencé favorablement par le choix de la matière de l'élément intermédiaire et par sa forme. L'élément intermédiaire est avec profit réalisé sous la forme d'une douille dont les extrémités tournées vers les billes ont des configurations identiques Il en résulte que la douille est sollicitée de façon uniforme La fabrication de la douille est simplifiée du fait de la similitude de configuration de ses parties extrêmes. La douille peut très avantageusement être composée de deux éléments individuels, de sorte qu'un seul élément de ce type peut être utilisé comme élément intermédiaire dans le cas o l'élément de piston n'est pas constitué par une bille et est cylindrique. Dans un développement intéressant, les surfaces de la douille qui sont au contact des billes sont inclinées Cela permet d'influencer de façon simple la répartition des forces appliquées à l'ensemble bille-piston. La surface de douille au contact de la bille est très avantageusement une surface de glissement en une matière à faible coefficient de frottement La douille peut, par exemple, être faite entièrement d'une telle matière On assure ainsi de façon très simple le roulement de la bille, située radialement à l'extérieur, sur la bague de levée, à condition que le couple d'entratnement (frottement contre la bague de levée) soit supérieur au couple de freinage (frottement de la bille contre l'alésage du rotor et contre la surface conique de la douille) La bille située radialement à l'intérieur peut, du fait du faible frottement, accomplir facilement les mouvements de compensation éventuellement nécessaires. Un agencement particulièrement avantageux s'obtient si la surface de glissement est formée par un corps glissant annulaire qui est inséré datis l'extrémité de la douille à laquelle il est intégré. Il est opportun que ce corps glissant et/ou la douille soit en une matière atténuant les bruits. Une fabrication simple en même temps qu'un fonctionnement correct d'une machine à pistons à bille peuvent être obtenus si la section génératrice du corps glissant est un triangle rectangle dont l'hypoténuse est au contact de la bille Les deux côtés orthogonaux de ce triangle rectangle peuvent avoir même longueur. Dans un autre développement, l'invention prévoit de réaliser la douille en une matière ayant un coefficient de dilatation thermique 14079 supérieur à celui de la matière du rotor entourant la douille Moyennant une précision d'ajustement appropriée, permettant à la douille de se dilater, on obtient, à forte température de fonctionnement, avec un fluide de travail à viscosité faible appropriée, une étanchéité accrue dans la zone d'étanchéité de surfaces entre douille et rotor, et le rendement est accru. Dans un autre développement de l'invention, la surface extérieure cylindrique de la douille occupe toute la longueur axiale de celle-ci Ainsi, l'étanchéité de surfaces, ou par interstice, entre douille et rotor est encore accrue. L'étanchéité de surfaces entre douille et rotor est améliorée si le diamètre extérieur de la douille est sensiblement égal à celui de la ou des billes. Du fait de l'agencement du passage axial central et du trou radial, il règne à l'intérieur de la douille, entre les billes, une pression égale à la pression de travail existant entre bille intérieure et bille extérieure. Dans un développement avantageux, il est prévu que les billes ont même diamètre Comme les billes ont une assise bien ajustée dans l'alésage radial, il s'établit, au droit de chacune d'elles, une perte de pression sensiblement identique, de sorte que chaque bille n'est chargée que par la moitié de la pression de travail Le piston a bille est de structure simple et économique grâce à l'utilisation de deux billes standardisées Pour le remplacement, il suffit alors d'avoir en réserve un composant seulement: la bille. Si la bille, constituant l'élément de pistonest agencée dans l'alésage rotorique avec moins de jeu que la bille située radialement à l'extérieur, on obtient alors, au droit de la bille radialement située à l'intérieur, une chute de pression plus importante et, par conséquent, un effet d'étanchéité plus important qu'au droit de la bille extérieure, et la bille située radialement à l'intérieur assume l'essentiel de l'étanchéité, tandis que la bille radialement à l'extérieur, ayant un jeu plus important, roule avec moins de frottement contre l'alésage rotorique. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints ou: la figure l représente une vue en coupe axiale d'une pompe à pistons à bille; la figure 2 représente une coupe transversale de la pompe de la figure 1, vue dans la région de l'axe du piston à bille; et la figure 3 représente schématiquement, à une échelle agrandie, un détail de la pompe selon les figures I et 2. La pompe à pistons à billeselon les figures I et 2,comporte un carter 18 du genre pot dont une face frontale est fermée et qui est doté d'un raccord d'aspiration 16 -et d'un raccord de pression 17 sur son pourtour. A l'intérieur du carter 18, se trouve un ensemble rotor-stator qui prend appui contre le carter par l'intermédiaire d'éléments d'appui 5, élastiques et étanchéifiants, réalisés sous la forme d'anneaux toriques, afin d'autoriser un fonctionnement silencieux ou peu bruyant de la pompe En plus du soutien qu'il reçoit des éléments élastiques 5, l'ensemble est immobilisé en rotation, par rapport au -15 carter 18, par une pièce d'insertion 15 qui est insérée dans le raccord de pression, entre le carter 18 et le stator 4 Comme d'autres éléments de soutien élastiques, ayant un effet d'étanchéité, sont interposés, il en résulte qu'il n'y a aucun contact métallique entre la pièce -d'insertion 15 et le stator 4. L'ensemble rotor-stator est constitué, pour l'essentiel, d'un stator extérieur 4 et d'un rotor intérieur 1 qui est monté, avec possibilité de rotation, sur une première extrémité (située à droite sur la figure 1) d'un tourillon de commande central 8, lequel est reçu dans un alésage intérieur du stator 4 et possède un canal-d'admission 12 allant à l'intérieur du rotor et un canal de sortie 13 sortant de l'intérieur du rotor. Par sa première paroi frontale,le rotor I est accouplé à la première extrémité d'un arbre de raccordement 22 d'un moteur électrique 19, cela par l'intermédiaire d'un accoupiement 2 qui est élastique à la fois en rotation et axialement L'arbre de raccordement se trouve dans le prolongement coaxial du rotor 1. A l'intérieur du rotor 1, est aménagé un alésage radial tra- versant dans lequel sont agencés des pistons à bille 11, diamétralement opposés, qui peuvent coulisser radialement et dont les billes extérieures 9 roulent sur une bague excentrique de commande 10 montée avec possibilité de coulissement axial sur le stator extérieur 4 Lors du fonctionnement de cette pompe à pistons à bille, du fluide hydraulique est aspire, lors d'une rotation du rotor 1, par le 14079 raccord d'aspiration 16 du côté aspiration 7 de la pompe, puis comprimé le long de la chambre périphérique 21 (représentée sur la figure 2) et, du côté pression 6 de la pompe, le fluide est amené, via un trou longi- tudinal 23 du stator 4, une chambre 24, le canal d'admission 12, la chambre d'aspiration 25, au côté radialement à l'intérieur du piston à bille 11, puis, après un demi-tour supplémentaire du rotor 1, le fluide est évacué de la pompe via la chambre de pression 26, le canal de sortie 13 du tourillon de commande 8 et le raccord de pression 17 Au cours de ce processus, les pistons à bille 11 sont sollicités vers l'extérieur, contre la bague de levée 10 Pendant le fonctionnement de- cet ensemble, la pression engendrée par la pompe, dans la chambre 6, 6 a, sollicite le rotor axialement, contre l'accouplement élastique 2 de l'arbre de raccordement 22, l'ensemble restant maintenu dans une position centrée axialement par rapport au carter, sans contact avec celui-ci. Dans l'alésage radial-du rotor 1, est agencé un piston à bille Il qui est représenté schématiquement, à plus grande échelle, sur la figure 3. Ce piston à bille Il est constitué d'une bille extérieure 9 et d'une douille 3 à symétrie axiale ayant un passage axial central 14, ainsi que d'une bille intérieure 40 Les billes 9, 40 ont le même diamètre La douille 3 est une pièce tournée et présente une périphérie extérieure cylindrique sur presque toute sa longueur axiale Le passage axial central 14 communique, par un trou radial 41, avec la périphérie extérieure Les extrémités frontales de la douille 3 possèdent des évidements. Dans la zone évidée des extrémités frontales de la douille 3,- sont insérés des corps glissants 30 qui y sont intégrés Chaque corps glissant 30 possède la forme d'un anneau dont la section génératrice est un triangle isocèle rectangle Dans la région des côtés de son angle droit, chaque corps glissant 30 est lié, avec étanchéité, à la douille 3 Chaque corps glissant 30 est constitué d'une matière atténuant les bruits et possédant un faible coefficient de frottement, cette matière étant par exemple le polytétrafluoréthylène. Lorsque l'ensemble est monté, les corps glissants 30 touchent les billes 9, 40 sensiblement le long d'un cercle de partage ayant le diamètre D 4, ce contact ayant lieu côté hypoténuse des corps glissants 30. 225 14079 Le diamètre extérieur D 3 de la douille cylindrique 3 peut être obtenu simplement, avec de faibles tolérances Le diamètre extérieur D 3 est choisi de façon qu'un déplacement axial de la douille 3 dans l'alé- sage du rotor ayant un diamètre D 1 soit possible dans chaque cas de fonctionnement. Le diamètre D 2 des deux billes 9, 40 correspond sensiblement, dans cet exemple, au diamètre extérieur D 3 de la douille Comme la majeure partie de chacune des billes 9, 40 se trouve à l'intérieur de l'alésage rotorique, des étanchéités sont réalisées entre le rotor 1 et les billes 9, 40 le long d'un grand cercle de chaque bille 9, 40. Lorsque la pompe fonctionne, la chambre de pression 25 se trouve sous une pression hydraulique qui sollicite la bille 40, la douille 3 et la bille 9 radialement vers l'extérieur, contre la bague extérieure de levée 10 Comme les billes 9, 40 s'ajustent exactement dans l'alésage rotorique, il y a pour chacune d'elles une perte de pression qui est sensiblement la même que pour l'autre, de sorte que chaque bille n'est sollicitée que par la moitié de la pression de travail Au cours d'une rotation du rotor 1, la force centrifuge des billes 40 renforce la force créant l'étanchéité entre corps glissants 30 et billes 9, 40 Au cours de ce processus, la bille extérieure 9 roule sur la bague de levée 10 tout en étant en prise de glissement avec le corps glissant 30 Les pertes par frottement sont faibles puisque le corps glissant 30 est en une matière à faible frottement. Par rapport à une pompe à pistons à bille dans laquelle un piston ne comporte qu'une seule bille (brevet allemand DE-PS 873 207), on obtient, avec la forme de réalisation selon l'invention, pour de grandes pressions et/ou de faibles viscosités du fluide de travail, une meilleure, étanchéité et donc une amélioration du rendement volumétrique ainsi qu'un accroissement du débit, grâce à une plus grande longueur de recouvrement En outre, la bille extérieure, du fait de la force centri- fuge plus importante de l'ensemble, est pressée plus fortement contre la bague de levée, de sorte que le roulement de cette bille sur cette bague est plus sûr. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. 14079 REVENDICATIONS 1 Machine à pistons radiaux, notamment pompe à pistons à bille, comportant au moins un piston radial avec bille qui roule contre une bague de levée ou un stator extérieur et coopère avec un élément de piston qui glisse dans un alésage radial d'un rotor monté à-rotation sur un tourillon de commande qui est fixé et muni de canaux d'admission et de sortie, caractérisée en ce que la bille ( 9) est guidée à coulissement direct, par sa surface extérieure, dans l'alésage radial. 2 Machine selon la revendication 1, caractérisee en ce que l'élément de piston est une deuxième bille ( 40). 3 Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'entre les billes ( 9, 40) est agencé un élément intermédiaire ( 3) avec lequel les deux billes ( 9, 40) sont en liaison fonctionnelle. 4 Machine selon l'une quelconque des revendications l à 3,- caractérisée en ce que l'élément intermédiaire est une douille ( 3) dont les extrémités tournées vers les billes ( 9, 40) ont des configurations identiques. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la douille ( 3) est en deux parties. 6 Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les surfaces de la douille ( 3) qui sont au contact des billes ( 9, 40) sont inclinées par rapport à l'axe de cette douille ( 3). 7 Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la surface par laquelle la douille ( 3) est au contact de la bille ( 9, 40) est une surface de glissement faite en une - matière à faible coefficient de frottement. 8 Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que la surface de glissement est formée par un corps glissant annulaire ( 30) qui est inséré dans l'extrémité de la douille ( 3) à laquelle il est intégré. 9 Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisee en ce que le corps glissant ( 30) et/ou la douille ( 3) sont en une matière atténuant les bruits. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la section génératrice du corps glissant ( 30) est un triangle rectangle dont l'hypoténuse est au contact de-la bille ( 9, ). 11 Machine selon l'une quelconque des revendications I à 10, caractérisée en ce que la douille ( 3) est en une matière ayant un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui du rotor ( 1) entourant la douille ( 3). 12 Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la' périphérie extérieure de la douille ( 3) est cylindrique sur toute la longueur axiale de celle-ci - 13 Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le diamètre extérieur (D 3) de la douille ( 3) correspond sensiblement au diamètre (D 2) des billes - 14 Machine selon l'une quelconque des revendications I à-13, caractérisée en ce que la douille ( 3), ayant une symétrie axiale, présente un passage axial central ( 14). Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la douille ( 3) présente un trou radial traver- sant ( 41) qui communique avec ledit passage axial ( 14). 16 Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que les billes ( 9, 40) ont même diamètre. 17 Machine selon l'une quelconque des revendications I à 16, caractérisée en ce que la bille ( 40) constituant l'élément de piston est agencée dans l'alésage rotorique avec moins dejeu que la-bille ( 9) située radialement à l'extérieur.