Brevet FR2556049A1 — publié le 19850607

La présente invention est du domaine des machines à fluide hydraulique, moteur ou pompe, destinées a transformer,de façon réversible,la pression du fluide en un couple mécanique ; elle a plus précisément pour objet une machine à pistons radiaux prenant un appui roulant sur un excentrique. L'état de la technique comprend un grand nombre de machines du type précité, machines que l'on désignera par le terme général de pompes étant entendu qu'elles sont généralement réversibles, c'est-à-dire que,recevant un fluide sous pression, de préférence un liquide hydraulique incompressible, elles fournissent un couple mécanique sur un arbre de sortie. Ainsi le Brevet Français 1 478 811 (REDERI) décrit une pompe dont cinq pistons radiaux sont montés dans.un rotor excentré par rapport à un stator sur lequel les extrémités du piston prennent appui. Le Brevet Français 2 329 158 (BOSCH) décrit lui aussi une machine à pistons radiaux.Le Brevet Français 1 493 228 (PLEIGER) dé crit une pompe à cylindres radiaux fixes comportant comme appui des pistons, un excentrique du rotor, et comme moyen de rappel des.pistons une bague entourant l'axe principat'. de l'excentrique. Les pompes de l'art antérieur sus-visées présentent d'une manière générale l'inconvénient d'une certaine complexité dans leur construction ; la pompe selon le dernier Brevet cité présente en outre l'incqnvénient d'entrainer un frottement et une usure des galets et des parties avec lesquelles ces derniers sont en contact. La présente invention se donne pour but de proposer une pompe, ou alternativement un moteur, dont la construction soit particulièrement simple et qui évite l'usure des moyens de commande des pistons. Selon la présente invention une pompe (moteur) à fluide hydraulique du type à pistons radiaux comprenant un stator, un rotor à arbre d'entralnement et un excentrique momentanément fixe par rapport au stator, ledit excentrique servant à imprimer aux pistons leur mouvement de translation radiale par 1 'intermédiaire de moyens de liaison roulants est caractérisée d'une manière générale en ce que le stator comporte des moyens de guidage de l'excentrique en translation unidirectionnelle et des moyens pour faire varier la position de l'excentrique par rapport au stator, en ce que le rotor a la forme générale d'une cur vette cylindrique à parois épaisses, une pluralité de cylindres radiaux étant ménagée dans l'épaisseur de ladite paroi, lesdits cylindres débouchant dans l'espace intérieur de la cuvette, les pistons, logés dans lesdits cylindres, faisant saillie, dans ledit espace intérieur pour venir prendre un appui roulant sur ledit excentrique lui-même lcr gé dans ledit espace intérieur, et en ce que des conduits ménagés dans l'épaisseur de la paroi du rotor relient la partie périphérique des cylindres à des lumières de rotor d'une face extérieure de la paroi du rotor, ladite face ex teieure étant en contact glissant avec une face du stator comportant des lumières de stator reliées par des conduits ménagés dans l'épaisseur du stator, à des ajutages d'entrée et de sortie du fluide hydraulique ; la section-des conduits de rotor et de stator étant de préférence au moins égale à la section du cylindre.La fonction de distribution de flur de est assurée par les lumières et les conduits du rotor et du stator. Bien entendu lue contact glissant entre lés faces respectives du stator et du rotor est un contact étanche selon les normes de l'hydraulique. De préférence les surfaces en contact, du rotor et du stator respectivement, sont des surfaces en couronne circulaire et elles sont perpendiculaires l'une et l'autre d l'axe du rotor , il résulte de cette disposition que les surfaces de contact peuvent être réalisées de façon commode et précise et ainsi donner lieu à un contact pratiquement sans fuite. La pluralité des pistons et des cylindres est de deux au moins et de préférence de quatre, et cela afin d'avoir un débit, ou inversement un couple, aussi constant que possible. Les lumières de stator sont au nombre de deux, elles ont des formes en arc de cercle et leurs ex trémité sont séparées d'une distance égale ou très legèrement supérieure au diamètre des lumières de rotor, ou à la dimension équivalente de celles-ci lorsqu'elles ont une forme autre que circulaire ; les deux points d'équidistance entre les extrémités des lumières du stator, c'est-à-dire les points situés au milieu de l'intervalle compris entre les extrémités, sont alignés avec l'axe du rotor dans la direction suivant laquelle se deplace l'excentrique ; on comprend que l'une des lumières du rotor est une lumière d'admission tandis que l'autre est une lumière d'échappement. En raison du fait que la vitesse linéai- re des pistons varie constamment et alternativement le nombre préferentiel des cylindres et pistons sera au moins de quatre, en vue d'une plus grande régularité de fonctionnement. On notera ainsi que dans le cas de l'utilisation de la pompe avec un fluide compressible, un décalage angulaire pourra exister entre la direction~de déplacement de l'excentrique et l'alignement-des-points d'é quidistance des extrémités des lumières de stator, décalage angulaire analogue à celui rencontré dans les moteurs à explosion par exemple (avance à l'allumage). Suivant une forme préférée de réalisation dans laquelle les lumières de rotor sont au nombre de quatre, ces lumières étant de forme circulaire, le centre de chacune d'elles est situé dans le plan défini par l'axe du rotor et par l'axe du cylindre, ou du piston, correspon dant à la lumière ; de façon à ce que les lumières de rotor puissent venir en regard des lumières de stator les distance ces séparant chacune d'elles.de l'axe du rotor, sontéqales; de préférence les axes de cylindres du rotor sont répartis à 90 les uns des autres. Suivant une disposition préférée chaque conduit associé à un cylindre forme deux coudes à angle droit, d'oit il résulte que l'usinage de chacune des parties d'un conduit peut être pratiquée depuis la face extérieure de la.paroi du rotor, des bouchons vissés venant obturer les trous d'usinage à l'exception de ceux constItuant les lumières de passage du fluide sur la surface des conduits et à l'intérieur des cylindres. Suivant une autre disposition préférée visant à assurer avec un minimum de frottement et d'à-coups la liaison entre les pistons et l'excentrique, chaque piston est pourvu à son extrémité voisine de l'axe de rotor d'un premier galet disposé dans un plan médian dudit piston, d'un second galet d'un diamètre extérieur plus petit que celui du premier galet, ledit second galet étant disposé à l'extérieur du piston, lesdits premiers et seconds galets étant montés sur un axe de galet traversant le piston suivant un diamètre, ledit axe comportant une tete faisant saillie sur le côté du cylindre opposé audit second galet ; en outre la paroi du fond de l'évidement du rotor comporte des rainures de guidage desdites têtes d'axe, chaque rainure étant parallèle à 1-' axe des pistons ; de préfe rence lesdites rainures de guidage, se prolongeant deux à deux, ont dans leur ensemble un plan cruciforme ; de préférence enfin un moyen de rappel des pistons en direction de l'axe de rotor est constitué par une bague circulaire entourant l'ensemble desdits seconds galets et prenant un appui roulant sur eux ; de préférence cette bague circulaire est. indépendante de l'excentrique, cependant elle pourrait aussi former avec celui-ci une pièce monobloc. Il est fait observer que la bague et l'excentrique servent de pis tes à des galets distincts et que de ce fait le jeu entre ces pistes et les galets correspondant peut être éxtrèmement réduit que possible puisque la rotation de tous les galets e?t absolument indépendante. Suivant une disposition avantageuse pour la fabrication' le rotor est constitué de deux parties séparées l'une de l'autre par un plan perpendiculaire à l'axe de rotor et passant par chacun des axes des cylindres. Il résulte de cette disposition une facilité d'usinage des conduits ménagés dans l'épaisseur de la paroi du rotor grâce au fait que chaque cylindre se compose-de deux coquilles hémicylindriques séparables. On notera toutefois qu'une telle disposition n'est pas indispensable à la fabrication de la pompe de l'invention et on décrira plus loin une autre alternative--de réalisation. La présente invention sera mieux compri- se et des détails en relevant apparaitront à la description qui va être.faite d'une forme particulière de réalisation en relation avec les figure des planches annexées dans lesquelles : ta fig.1 est une illustration en perspective d'une pompe de'l'invention donnant une idée de la formegénérale de celle-ci ta fig.2 est une coupe schématique per mettant de comprendre l'invention 'dans ses caractéristiques générales ; Les fig.3a,3b et 3c illustrent le rotor respectivement en coupe en sue en bout du côté de l'arbre et vue en bout de l'autre cté::et, La fig.4a est une coupe longitudinale du stator par un plan contenant l'axe du rotor et les axes de guidage et, La fig.4b est une coupe suivant AA de la figure précédente. Sur les fig.l et/ou 2 une pompe de l'invention, ou alternativement un moteur hydraulique, est es sentiellement constituée de parties statiques ou stator 1 et d'une partie mobile en rotation, ou rotor 2. Le rotor se prolongeant à l'extérieur du stator suivent un arbre 3 de rotor d'axe 4. Le rotor a la forme généralerd'une cuvelte cylindrique à parois épaisses ; la paroi latérale de la cuvette comporte dans son épaisseur des alésages radiaux constituant des cylindres 5 pour le logement de pistons 6 faisant saillie dans l'espace intérieur 7 de la cuvette des conduits tels que 8 mettent en communication la partie périphérique des cylindres avec des lumières de rotor telles que 9. Un excentrique 10 de forme cylindrique d'axe 11 est supporté par une platine 12 mobile unidirec tionnelle suivant les flèches 13 ; l'excentrique 10 est lui-mame logé pour servir d'appui au piston. Le stator 1, formant la cage de la pompe peut revêtir plusieurs formes extérieures diverses par exemple de forme parallèlépipédique tel que représenté sur la fig.l mais aussi de forme cylindrique ; on a représenté en pointillé sur cette dernière figure une réalisation al légée de la cage de stator ; cette cage de stator comporte un évidement intérieur pour loger le rotor. Dans l'épais- seur de la paroi du stator sont ménagés des conduits tels que 17 mettant en communication des lumières de stator telles que 18 avec des ajutages extérieurs 19 d'entrée et de sortie du fluide hydraulique. On va maintenant décrire de façon plus détaillée chacune des parties fixes èt mobiles de la pompe en se référant aux fig.3 et 4. Sur les fig.3a,3b et 3c le rotor estd'un modèle à quatre cylindres 5 et pistons 6 d'axes co-planaires radialement équirépartis autour de l'axe 4 de rotor, soit à 900 les uns des autres ; ces cylindres débouchent dans l'espace intérieur 7 du rotor. L'usinage des cylindres est réalisé depuis la face extérieure du rotor et le trou d'usinage est ultérieurement obturé par des bouchons vissés 21 qui constituent le fond du cylindre de la périphérie durotor. Des conduits de rotor tels que 8 sont usinés de la même façon dans l'épaisseur de la paroi du rotor ultérieurement rapprochés par des bouchons vissés 26 1 ces conduits 8 forment deux coudes à angle droit de façon à ce que les lumières 9 qui constituent l'orifice de ces conduits sur la face extérieure du rotor, afin de réduire au maximum les pentes de puissance engendrées par le glissement. L'usinage des parties 22 des conduits 9, parallèle à l'axe de rotor débouchant dans le cylindre sont usinés depuis la face intérieure d'un cylindre grâce aufait que le rotor est constitue de deux parties assemblées par un plan de joint 23, plan de joint perpendiculaire à l'axe 4 du rotor et contenant les axes 24 des pistons et cylindres. Suivant une autre alternative de fabrication ces par ties 22 de conduit pourraient aussi être usinées depuis la face extérieure 25 du fond de la cuvette du rotor et comporter un bouchage ultérieur au moyen de bouchons analogues au bouchon 26. En relation avec la fig. 3b on remarque que la face extérieure du fond du rotor comporte une surface 28, en léger relief par rapport à la face 25, cette surface 28, en couronne circulaire, dans laquelle débouche les lumières 9 de rotor est une surface plane d'usinage precis; elle est destinée à assurer un contact glissant étanche avec une surface correspondante du stator. En relation avec la fig. 3c il apparaît que le fond de la cuvette de rotor comporte un ensemble de rainures cruciformes 30 se prolongeant deux à deux ; ces rainures 30 dont la profondeur apparalt sur la coupe de la fig.3a servent à guider en translation des têtes 31 d'axes 32 de galets supportés par chacun des pistons 6. Les têtes 31 comportant des méplats latéraux parallèles d'écartement légèrement inférieur à la largeur des rainures, destinés à interdire la rotation des axes 32 sur eux-mêmes.Un piston 6 a été représenté en coupe au-dessus du rotor avec une re présentation en vue latérale à coté de la précédente ; chaque piston est constitué d'un cylindre comportant à son ex- trémité de pied une entaille médiane et perpendiculaire à cette dernière des alésages de passage d'un axe de galets 32 ; un premier galet 34 (roulement à bille par exemple) est disposé dans l'entaille du piston tandis qutun second galet 35 est disposé à l'extérieur du piston, les deux galets 34 et 35- étant supportés par l'axe 32 ; on remarque que le second galet a un diamètre extérieur légèrement plus petit que celui du premier pour diminuer tout risque de frottement sur l'excentrique ; on notera aussi que la rotation des galets est absolument indépendante afin -d'éviter tout frottement du au fait que la distance entre chaque axe de galet varie alternativement à chaque rotation ; bien entendu chacun des quatre piston a la meme conformation. Sur la fig.4a le stator, vu en coupe apr paraît comme une pièce creuse de l'evidement 16 destiné à loger le rotor (on a représenté en pointillé un piston du rotor). Le fond du stator comporte un alésage 37 d'axe 4 destiné au passage de l'arbre 3 de rotor, et à servir de palier à ce dernier par l'intermédiaire de roulements 40 et 41. On a représenté l'arbre 3 en pointillé. Des conduits 17, ménagés dans l'épaisseur du stator, mettent en communication des ajutages latéraux 19 avec des lumières 18 débouchant sur la face interne de fond de l'évidement 16 du stator, et débouchant plus précisément sur une surface 38 en léger relief par raz port' à la face de fond ; cette surface 38, en couronne circulaire, est une surface plane d'usinage précis ; elle correspond à la surface-28 du rotor et elle est destinée à as surer avec cette dernière un contact glissant étanche. Sur la fig. 4b la surface usinée 38 est visible en plan et l'on remarque que les lumières 18 ont une forme en arc de cercle ; leurs extrémités (inférieure et supérieure sur la figure) sont séparées les unes des au tres d'une distance au moins égale au diamètre d'une lumie- re de rotor (lumière 9 représentéeen pointillé) ; plus-pré ci sèment la distance entre les extrémités voisines des lumières 18 est telle que la lumière 9 ne puisse déboucher à la fois dans l'une et dans l'autre des lumières 18 ; il en est bien entendu ainsi de chacune des extrémités des lumières 18.Une autre caractéristique apparaît sur la fig.4b à savoir que les points d'équidistance respectivement 43,43' entre les extrémités des lumières sont alignés avec l'axe 4 du rotor dans la direction suivant laquelle se déplace l'excentrique 10 c'est-à-dire dans une direction perpendiculaire au plan de la fig. 4a. Revenant à la fig..4a l'excentrique 10 est supporté par'la platine 12 qui est guidée dans desglis sières 45 ; l'excentrique est figuré entouré d'une bague 46 qui est libre par rapport à lui, mais qui pourrait aussi faire partie intégrante de la platine 12. On voit grâce à la représentation en pointillé du piston 6 et de ses éléments de roulements que la bague 46 entoure les galets 35 précédemment définis comme seconds tandis que les galets 34 définis précédemment comme premiers prennent appui sur l'excentrique 10. On constate donc que grâce à son doublement de galets chaque piston prend de façon permanente un appui roulant sur l'excentrique et sur la bague.On doit comprendre que l'excentrique, suivant sa position plus ou moins écartée par rapport à l'axe 4 imprime au piston un mouvement d'enfoncement de plus ou moins grande amplitude dans les cylindres1 tandis que la bague rappelle les pistons dans un mouvement inverse. On n'a pas représenté, autrement que de façon schématique par un rectangle en pointillé 50 (fig.2), les moyens de manoeuvre de la platine 12 supportant l'excentrique sachant que de tels moyens (à levier, à vis, etc) peuvent être facilement imaginés par l'homme de l'art en fonction des nécessités d'utilisation. De même on n'a pas représenté autrement que de façon schématique par un rectangle en pointillé 51 (fig.2) les moyens de dosage de la force d'applicationifld- che 53) des surfaces 28 et 38 l'une contre l'autre ; le dosage de ce frottement étant réalisé et maintenu par l'intermédiaire d'fun écrou agissant sur un roulement à contact oblique pour tenir jazz la pression qui tend à écarter les faces. Bien que l'on ait décrit et représenté une forme particulière de réalisation d'une machine hydraulique de l'invention il doit être compris que la portée de cette dernière ntest pas limitée à cette forme mais qu'elle s'étend à toute machine comportant les caractéristiques générales énoncées plus haut. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Pompe-moteur à fluide hydraulique du type à pistons ra diaux comprenant un stator, un rotor à arbre d'entraîne- ment et un excentrique momentanément fixe par rapport au stator, ledit excentrique servant à imprimer aux pistons leur mouvement de translation radicale par l'intermédiai re de moyens de liaison roulants, caractérisée 1/ en ce que le stator comporte des des moyens de guidage de l'excentrique en translation /50 unidirectionnelle et des moyens pour faire varier la po sition de l'excentrique par rapport au stator, en ce que le rotor 2 a la forme générale d'une cuvette cylindrique à parois épaisses, une pluralité de cylindre s1 5radiaux étant ménagée dans l'épaisseur de ladite paroi, lesdits cylindres débouchant dans l'espace intérieur de la cuvette, les pistons 6,10- gés dans lesdits cylindres, Yaisant saillie dans ledit espace intérieur pour venir prendre un appui roulant sur ledit excentrique lui-même logé dans ledit espace int6- rieur, et /8 en ce que des conduits ménagés dans l'épaisseur de la paroi du rotor relient la partie périphérique des cylindres à des lumières ae rotor d'une face extérieure de la paroi du rotor, ladite face 28 extë- rieure étant en contact glissant avec une face stator comportant des lumibres de stator reliées par des con duits ménagés dans l'épaisseur du stator, à des ajutagesl9 d'entrée et de sortie du fluide hydraulique ;; 2.- Pompe-moteur à fluide hydraulique selon la revendication 1, caractXrisée : en ce que lesdites surfaces 28,38 en contact du rotor et du stator sont des surfaces en cou ronne circulaire perpendiculaires à l'axe du rotor ; 3.- Pompe-moteur à fluide hydraulique selon la revendication 1, caractérisée : en ce que ladite pluralité des pistons - et-des cylindreé5est de deux au moins ; 4.- Pompe-moteur à fluide hydraulique selon les:revendica tions 2 et 3, caractérisée :: en ce que les lumières de rotor sont au nombre de quatre, et en ce que ces lumières étant de forme circulaire le centre de chacune d'elles est situé dans ie plan défini par l'axe de rotor et l'axe du cy lindre ou piston correspondant à la lumière 5.- Pompe-moteur à fluide hydraulique selon la revendication 4, caractérisée : 18 en ce que les lumières de sta tor-sont au nombre de deux, en ce que, lesdites lumières de stator ayant des formes-en arc de cercle, leurs extrémi tés sont séparées d'une distance au moins égale au dia mêtre des lumières de rotor, et en ce que les deux points d'é quidistance entre les extrémités des lumières, sont alignés - avec l'axe du rotor dans la direction suivant laquelle se déplace l'excentrique ; 6.- Pompe-moteur à fluide hydraulique selon la revendication 5, caractérisée :: /8 78 en ce que chaque conduit asso cié à un cylindre forme deux coudes à angle droit, d'où il résulte que l'usinage de chacune des parties d'un con duit peut être pratiquée depuis la face extérieure de la paroi du rotor, des bouchons visses 21,26 venant obturer-les trous d'usinage & l'exception de ceux constituant les lumières-de passage du fluide sur la surface des conduits et à l'intérieur des cylindres. 7.- Pompe-moteur à fluide hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce chaque piston est pourvu à son extrémité voisine de l'axe du rotor d'un premier galet 34 disposé dans un plan médian dudit piston, d'un second ga 735 let d'un diamètre extérieur plus petit que celui du pre- mier galet, ledit second galet étant disposé à l'extérieur du piston, lesdits premiers et seconds galets étant montés sur un axe axe galet traversant le piston suivant un diamè 731 tre, ledit axe comportant une tête faisant saillie sur le côté du cylindre opposé audit second galet et, en ce que la paroi du fond de l'évidement du rotor comporte des rainures ae guidage des dites têtes d'axe, chaque rainure étant parallele à l'axe des pistons 8.- Pompe-moteur à fluide hydraulique selon les revendications 4 et 7, caractérisée en ce.que lesdites rainures 30 d guidage, se prolongeant deux à deux, ont dans leur ensem ble un plan cruciforme 9.- Pompe-moteur à fluide hydraulique selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'un moyen de rappel des pistons en direction de l'axe de rotor est constitué par une bague circulaire entourant l'ensemble desdits seconds galets et prenant un appui roulant sur eux 10.- Pompe-moteur à fluide hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor est constitué /23 de deux parties séparées l'une de l'autre par un plan per- pendiculaire à l'axe du rotor et passant par chacun des axes des cylindres,. d'où il résulte une facilité d'u sinage des conduits ménagés dans l'épaisseur de la paroi du rotor grâce au fait que chaque cylindre se compose de deux coquilles hémicylindriques séparables.