Brevet FR2569447A1 — publié le 19860228

La présente invention concerne un machine A pistons radiaux, en particulier une pompe a pistons sphériques, comprenant au moins un piston sphérique dont la bille, qui est en contact roulant avec une bague de levée, est guidée par sa surface dans l'alésage cylindrique d'un corps cylindrique tournant autour d'un pivot muni de canaux d'en- trée et de sortie. Un machine a pistons radiaux du type indiqué ci-dessus est décrit dans la demande de brevet allemand DE 873 207. Sur un axe fixé au bottier est supporté en rotation le corps cylindrique muni de pis- tons sphériques qui sont guides dans des alésages cylindriques agen- ces radialement par rapport a l'axe. Une bague de levée est disposée excentriquement par rapport a l'axe du pivot à l'intérieur du boî- tier. Lorsque le corps cylindrique tourne, les pistons sphériques sont déplacés vers l'extérieur dans leurs cylindres de guidage sous l'action de la force centrifuge, ils prennent appui sur la bague de levée et roulent normalement sur la surface de roulement de la bague de levée tout en effectuant des mouvements oscillants A l'intérieur des alésages cylindriques. La bille glisse sur la paroi de l'alésage cylindrique et, en même temps, tourne autour de son centre en raison du mouvement de roulement sur la bague de levée, ce qui provoque un autre mouvement de glissement de sa surface extérieure sur la paroi de l'alésage cylindrique. Le glissement de la bille sur la paroi in- térieure de l'alésage cylindrique est fonction du type de l'agent de pression utilisé et de son pouvoir lubrifiant. Lorsque les conditions d'exploitation sont défavorables, par exemple à des températures d'exploitation élevées et/ou avec des agents de pression présentant un faible pouvoir lubrifiant, les mouvements de glissement qui résul- tent de sa rotation à l'intérieur de l'alésage cylindrique risquent d'être difficiles, voire impossibles, ce qui peut provoquer un mouve- ment de glissement de la bille sur la surface de roulement de la ba- gue de levée. Le frottement qui en résulte entraîne une perte de ren- dement de la machine et une usure excessive. La présente invention a pour but de fournir une machine à pistons radiaux de conception simple possédant un rendement élevé. Conformément A la présente invention, ce but est atteint en 2 2569447 ce que la bague de levée prend appui sur le bottier par l'intermé- diaire de corps de révolution ou d'un palier lisse. La conception conforme à la présente invention permet de supprimer le frottement de glissement préjudiciable (bille/bague de levée) apparaissant dans des conditions d'exploitation défavorables et d'obtenir des conditions de frottement nettement plus avantageu- ses sur le plan du rendement. Plutôt qu'un appui sur le bottier, il peut être avantageux de prévoir un appui sur un stator ou, respecti- vement, sur le pivot. Un perfectionnement de la présente invention est particuliè- rement avantageux dans la mesure o il prévoit que le piston sphéri- que comprend un autre élément de piston qui coulisse dans l'alésage cylindrique et qui coopère avec la bille. Si, dans certaines condi- tions d'exploitation (température élevée, faible viscosité du milieu de travail), la bille et l'autre élément de piston sont en contact l'un par rapport à l'autre, la bille glisse sur des surfaces de l'é- lément de piston en raison de sa rotation. L'effet d'étanchéité sup- plémentaire du à l'élément de piston améliore très sensiblement le rendement volumétrique; en revanche, le rendement mécanique baisse en raison du frottement supplémentaire entre la bille et l'élément de piston. La bague de levée étant montée sur des roulements ou sur des paliers lisses à l'intérieur du bottier, il se produit un frottement de roulement ou de glissement de faible coefficient entre la bague de levée et la pièce d'appui fixée au bottier tandis que, dans le même temps, la bille n'effectue aucun mouvement de glissement sur des sur- faces de l'autre élément de piston en raison de sa rotation, ni aucun mouvement de glissement sur la bague de levée. En raison du montage à faible frottement de la bague de levée, ce perfectionnement de l'in- vention améliore également le rendement mécanique et le rendement vo- lumétrique et, par conséquent, le rendement global. Si, dans certai- nes conditions d'exploitation (basse température, viscosité élevée de l'agent de pression), la bille et l'autre élément de piston ne sont pas en contact l'un avec l'autre car, en raison de la viscosité éle- vée de l'agent de pression, l'élément de piston n'effectue par un mouvement de levage synchrone avec le mouvement de la bille, la bille ne glisse que sur la paroi de l'alésage cylindrique et non sur l'au- tre élément de piston et, en particulier, sur la bague de levée dont la rotation est freinée ou complètement empêchée par la viscosité élevée de l'agent de pression. Outre un rendement volumétrique élevé, on obtient également un rendement mécanique important. Quelles que soient les conditions d'exploitation momentanées, ce perfectionnement de l'invention contribue à améliorer le rendement global de la ma- chine. En ce qui concerne le choix des matériaux, la fabrication et le montage, il est avantageux de placer une bague de roulement entre les corps de révolution et la pièce de butée fixée au bottier. Il n'est pas nécessaire de prévoir un usinage précis de la surface de roulement des corps de révolution du bottier, du stator ni du pivot. Dans des modes de réalisation avantageux de l'invention:pos- sédant un faible encombrement, il est prévu que un ou plusieurs pis- tons sphériques et des corps de révolution sont disposés dans un plan transversal commun, ou que des pistons sphériques et des corps de ré- volution sont disposes dans des plans transversaux différents qui sont espacés axialement l'un de l'autre. En fonction du mode de réa- lisation choisi, on obtient un gain d'espace dans le sens radial ou dans le sens axial. Selon des perfectionnements particulièrement avantageux en raison de l'emploi de composants standards, il est prévu de concevoir les corps de révolution sous la forme de billes ou de rouleaux, ou d'utiliser un roulement à rouleaux complet ou un palier lisse à fai- ble frottement (par exemple avec des surfaces revêtues de téflon). Les différents objets et caractéristiques de l'invention se- ront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, une coupe longitudinale d'une pompe à pistons sphériques conforme à la présente invention, - la figure 2, une coupe transversale de la pompe conforme a la figure 1 - la figure 3, une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'une pompe a pistons sphériques conforme à l'invention, - la figure 4, une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'une pompe à pistons sphériques conforme à l'invention. La pompe à pistons sphériques représentée aux figures 1 et 2 comprend un bottier en forme de pot 1 qui est fermé sur sa face avant et qui est fixé à un mécanisme d'entraînement non représenté en dé- tail. Le bottier 1 comprend un orifice d'aspiration 2 et un orifice de refoulement non représenté en détail, débouchant dans une chambre collectrice 3. A l'intérieur du bottier 1 est prévu un ensemble rotor-sta- tor fixé au bottier 1 au moyen d'éléments de support élastiques et étanches 4 conçus sous la forme de joints toriques. L'ensemble rotor- stator se compose pour l'essentiel d'un stator extérieur 5 et d'un rotor intérieur 7 placé dans une cavité en forme de pot 12 du stator 5 et formant le corps cylindrique. Le stator 5 est immobilisé en ro- tation à l'intérieur du bottier 1 au moyen d'une cheville 6 qui est logée dans des alésages pratiqués dans les faces avant du stator 5 et du bottier 1. Le rotor 7 est monté tournant a l'extrémité d'un pivot cen- tral 20 pénétrant dans la cavité 12, ledit pivot étant quant à lui logé dans un alésage interne du stator 5. A l'intérieur du pivot 20 est prévu un canal d'entrée 21 ainsi qu'un canal de sortie 22. A l'intérieur du rotor 7 est pratiqué un alésage cylindrique radial débouchant 14 dont les parties diamétralement opposées reçoi- vent chacune un piston sphérique coulissant radialement 10. Le piston sphérique 10 se compose de deux parties, à savoir une bille 15 disposée radialement vers l'extérieur et un élément de piston 25 en forme de manchon. La bille 15 et le manchon 25 coulis- sent à l'intérieur de l'alésage cylindrique 14 et sont mobiles l'un par rapport à l'autre. Le canal d'entrée 21 et le canal de sortie 22 peuvent être reliés avec les chambres intérieures de l'alésage cylin- drique 14 lorsque le rotor 7 tourne. Une bague de levée 8 possédant une surface de roulement 9 destinée aux pistons sphériques 10 est positionnée excentriquement par rapport au pivot 20 dans la cavité 12 du stator 5. La bague de 2569447. levée 8 est montée tournante dans le stator 5 et dans le bottier 1 au moyen de corps de révolution en forme de rouleaux et d'une bague de roulement 31. Lorsque le rotor 7 tourne, les billes 15 des pistons sphériques 10 sont en contact roulant avec la surface de roulement 9 de la bague de levée 8 disposée excentriquement. Si le mouvement de glissement de la bille 15 du piston sphérique 10 d l'intérieur de l'alésage cylindrique 10 est gênê par son mouvement de roulement sur la bague de levée 8, le montage sur roulement permet è la bague de levée 8 de tourner de manière sensiblement synchrone avec le moteur 7, les billes 15 ne roulant plus sur la bague de levée 8. Entre la surface de roulement 9 de la bague de levée 8 et la partie opposée de la surface circonférentielle du rotor est prévue une chambre de travail annulaire 17 dont les dimensions radiales de sa section transversale varient le long de la circonférence. Une pla- que de fermeture 11 entoure la partie du rotor 7 dépassant de la ca- vite 12 et ferme la cavit en forme de pot 12 du stator 5 dans le sens axial, à l'exception de l'orifice d'entrée 21. Entre le fond de la cavité en forme de pot 12 et la surface avant du rotor 7 tournée vers ladite cavité est prévue une chambre annulaire 16 qui est délimitée radialement par des surfaces circonfé- rentielles du rotor 7 et du stator 5. La chambre annulaire 16 commu- nique avec la chambre de travail 17 située entre la surface de roule- ment 9 et le rotor 7 par l'intermédiaire d'un avidement 18. Une cheville 19 tenant lieu d'élément de retenue s'engage dans la chambre annulaire 16 parallèlement a son axe, le diamètre de ladite cheville 6 correspondant approximativement à la dimension radiale de la sec- tion transversale de la chambre annulaire 16. Avant l'dlément de re- tenue, lorsqu'on considère le sens de rotation, est prévu un orifice de liaison 28 qui est relié au canal d'entrée 21. Au moyen d'un accouplement a ressort élastique axialement et en torsion 23, le rotor 7 est relie à l'une des extrémités de l'arbre de liaison 24 du mécanisme d'entraînement. La pompe à pistons sphériques représentée aux figures 1 et 2 comporte trois étages au total. L'agent hydraulique arrivant par l'o- rifice d'aspiration 2 est tout d'abord amplifie en deux Etages pour 6 2569447. atteindre la pression d'amplification à laquelle il est ensuite en- voyé à l'étage de haute pression. Les pistons sphériques 10 coulis- sant à l'intérieur des alésages cylindriques 14 du rotor provoquent l'amplification de la pression dans l'étage de haute pression. La chambre de travail 17 du premier étage d'amplification est située entre la surface de roulement 9 et la surface circonféren- tielle du rotor et est divisée par les billes dépassant au-dessus du rotor. La chambre de travail du second étage d'amplification est la chambre annulaire 16 dans laquelle la cheville 19 pénètre axialement. Lors de l'utilisation de la pompe à pistons sphériques, l'a- gent de pression est délivré par l'orifice d'aspiration 2 à travers l'orifice d'entrée 13 dans la chambre de travail 17 entre la circon- férence du rotor et la surface de roulement 9 et, lorsque le rotor tourne, il est envoyé dans le sens de rotation indiqué par une flèche par'l'intermédiaire de l'évidement 18 dans la chambre annulaire 16 tandis que la pression baisse en raison de la variation de volume. La rotation du rotor 7 provoque un flux circulaire dans la chambre annu- laire 16. Au moyen de la cheville 19 recouvrant approximativement la section transversale de la chambre annulaire 16 à l'endroit o elle est montée, l'agent de pression est retenu à cet endroit et une nou- velle augmentation de pression de l'agent de pression est provoquée par la retenue. Dès lors, l'agent de pression a atteint la pression d'amplification et il est envoyé par l'intermédiaire de l'orifice de liaison 28 dans le canal d'entrée 21 du pivot 20 et, selon une plage de vitesse déterminée, par l'intermédiaire du canal d'entrée 21 du pivot 20 dans la chambre de travail à haute pression prévue à l'inté- rieur de l'alésage cylindrique 14 du rotor. Lorsque le rotor 7 pour- suit sa rotation sur une certaine distance, la chambre de travail à haute pression est reliée avec le canal de sortie 22 du pivot 20 qui, par l'intermédiaire d'un canal de liaison 27 prévu dans le stator 5, est relié à une chambre collectrice 3 située entre le stator 5 et le bottier 1 dans laquelle débouche finalement l'orifice de sortie. Lors de l'utilisation de la pompe, le rotor 7 est sollicité par la pression régnant dans la chambre annulaire 16 dans le sens axial à l'encontre de l'accouplement à ressort 23 qui est élastique dans cette direction et exerce une force de pr&contrainte sur le ro- tor et n'est donc pas en butée contre le stator 5. En raison du montage sur roulements au moyen de roulements à rouleaux ou à aiguilles ou de cages à aiguilles, ou grâce à un mon- tage non représenté sur paliers lisses, la pompe présente un faible encombrement dans le sens radial. L'encombrement radial peut être en- core réduit en montant la bague de roulement extérieure radiale du roulement à rouleaux directement sur le bottier et non, comme le mon- tre le mode de réalisation décrit précédemment, sur un stator inter- médiaire; un mode de réalisation de ce type est représenté à la fi- gure 4. La figure 3 montre une pompe à pistons sphériques semblable à celle décrite précédemment; les pièces identiques ont été désignées par les mêmes chiffres de référence. Hormis les différences relatives au mode de guidage de l'agent de pression et le fait qu'aucune amplifi- cation à une pression déterminée n'est prévue, la différence essen- tielle réside en ce que les pistons sphériques et les corps de révo- lution ne sont plus situés dans un plan transversal commun, mais dans deux plans transversaux espacés dans le sens axial. L'unité rotor-stator est montée Plastiquement à l'intérieur du bottier 1 de la pompe à pistons sphériques. L'unité rotor-stator comprend un stator en forme de pot 5 au fond duquel est placée une douille 40 qui s'engage dans la cavité 12 du stator 5 pour recevoir le pivot 20 et servir de point d'application aux corps de révolution qui, quant à eux, supportent la bague de levée 8. Le pivot 20 sup- porte le rotor 7 dont un prolongement servant à l'accouplement avec un mécanisme d'entraînement dépasse de la cavité 12 du stator 5 qui est fermée par une plaque de fermeture 11.o A l'intérieur du pivot 20, un canal d'entrée 21 conduit à l'alésage cylindrique 14 du rotor 7 qui, sur la face avant du pivot opposée au mécanisme d'entraînement, mène à une chambre 45 commu- nicant avec l'orifice d'aspiration 2 de la pompe. Le canal de sortie 22 du pivot 20 qui peut être relié avec l'alésage cylindrique 14 se prolonge à travers le stator 5 et débouche dans une chambre collec- 8 2569447. trice 3 qui communique avec un orifice de sortie. La bague de levée 8 comporte un alésage intérieur étagé. La partie de la bague de levée 8 possédant le plus grand diamètre inté- rieur entoure la surface circonférentielle extérieure du rotor 7 et s'étend dans le sens axial au-delà du centre de l'alésage cylindrique 14. La partie possédant le plus petit diamètre intérieur sert de sur- face de roulement pour les corps de révolution sphériques 30. Le plus petit diamètre intérieur a été choisi pour garantir que les corps de révolution 30 roulent sur un petit diamètre et donc pour réduire le couple de frottement. La partie possédant le plus petit diamètre s'é- tend sensiblement de la surface avant du rotor 7 tournée vers le fond du stator 5 au fond du stator 5. Les corps de révolution 30 sont en appui sur une douille 40 placée dans le stator 5 au moyen d'une bague de roulement 31; la douille 40 et le stator 5 peuvent également constituer une seule et même unité. La largeur de la bague de roule- ment 31 correspond sensiblement à l'encombrement axial de la partie de bague de levée possédant le plus petit diamètre intérieur. Les plans transversaux dans lesquels sont agencés, d'une part, les billes des pistons sphériques et, d'autre part, les corps de révolution sphériques sont espacés l'un de l'autre dans le sens axial. L'encombrement radial de la pompe à pistons sphériques re- présentée à la figure 3 est très réduit dans la mesure o il n'y a qu'une partie de la bague de levée entre le bottier 1 et le stator ; la bague de levée 8 est positionnée axialement à côté du rotor 7. Le mode de fonctionnement de la pompe à pistons sphériques représentée à la figure 3 correspond à celui de la pompe représentée à la figure 1, pour ce qui est de l'amplification de l'agent de pres- sion. Dans son principe, la pompe A pistons sphériques représentée à la figure 4 correspond à celle représentée à la la figure 1; les pièces correspondantes sont désignées par les mêmes chiffres de référence. La différence essentielle réside en ce qu'il n'y a pas de stator et en ce que la bague de roulement 31, contre laquelle la bague de levée 8 vient en appui par l'intermédiaire des corps de ré- volution 30, est fixée directement dans le bottier. La bague de rou- 2569447, lement 31 est conçue sous la forme d'une pièce en tôle entourant par- tiellement les corps de révolution en forme d'aiguilles 30. La pompe à pistons sphériques représentée à la figure 4 pos- sède sensiblement le même mode de circulation de l'agent de pression que la pompe représentée à la figure 1 et, comme elle, elle comporte trois étages de pompe au total. La chambre de travail 17 du premier Etage d'amplification est située entre la surface de roulement 9 et la circonférence du ro- tor et elle est divisée par les billes 15 qui dépassent au-dessus de la circonférence du rotor. La chambre de travail du second étage d'amplification est la chambre annulaire 16 dans laquelle la cheville 19 pénètre axialement. Les pistons sphériques 10 qui coulissent dans les alésages cylindriques 14 du rotor provoquent l'amplification de la pression dans l'étage de haute pression. 2569447. REVENDICATIONS 1. Machine à pistons radiaux, en particulier une pompe à pistons sphériques, comprenant au moins un piston sphérique dont la bille, qui est en contact roulant avec une bague de levée, est guidée par sa surface dans l'alésage cylindrique d'un corps cylindrique tournant autour d'un pivot muni de canaux d'entrée et de sortie, ca- ractérisé en ce que la bague de levée (8) prend appui sur le bottier (1) par l'intermédiaire de corps de révolution (30) ou d'un palier lisse. 2. Machine a pistons radiaux conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la bague de levée (8) prend appui sur un stator (5) monté élastiquement dans le bottier (1). 3. Machine à pistons radiaux conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la bague de levée (8) prend appui sur le pivot (20). 4. Machine à pistons radiaux conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston sphérique (10) comprend un autre élément de piston (25) qui coulisse dans l'a- lésage cylindrique (14) et qui coopère avec la bille (15). 5. Machine à pistons radiaux conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une bague de roule- ment (31) est placée entre les corps de révolution (30) et la pièce d'appui fixée au bottier. 6. Machine à pistons radiaux conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs pis- tons sphériques (10) et des corps de révolution (30) sont placés dans un plan transversal commun. 7. Machine a pistons radiaux conforme a l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ou plusieurs pis- tons sphériques (10) et des corps de révolution (30) sont placés dans des plans transversaux différents qui sont espacés axialement l'un de l'autre. 8. Machine a pistons radiaux conforme à l'une quelconque des l 2569447. revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps de révolu- tion (30) est conçu sous la forme d'une bille. 9. Machine à pistons radiaux conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps de révolu- tion (30) est conçu sous la forme d'un rouleau. 10. Machine à pistons radiaux conforme a l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des roulements à rouleaux ou des paliers lisses sont utilisés pour supporter la ha- gue de levée (8).