Brevet FR2587064A1 — publié le 19870313

DEMARREUR A AIR COMPRIME A ENGRENAGE, POUR LA MISE EN MARCHE D'UN MOTEUR D'ENTRAINEMENT La présente invention se rapporte à un démarreur à air comprimé à engrenage, comprenant un rotor menant et un rotor mené relié en permanence, par l'intermédiaire d'un tourillon de sortie à denture externe, à un arbre creux qui est monté dans le carter du démarreur et peut être accouplé, par l'intermédiaire d'un accouplement à course libre, à un levier d'enclenchement pouvant coulisser axialement, ce levier d'enclenchement, en appui dans l'arbre creux par l'intermédiaire de paliers, logeant à rotation, mais sans aucune faculté de coulissement axial, la tige du piston d'un vérin d'enclenchement dont le piston peut être sollicité pneumatiquement d'un côté et par une force élastique de l'autre côté. Dans l'art antérieur matérialisé par le brevet DE-C- 3 020 930, le tourillon de sortie à denture externe du rotor mené engrène avec la denture interne d'un arbre creux prenant appui, dans le carter du démarreur, par l'intermédiaire de deux roulements à billes disposés à distance l'un de l'autre. Il est prévu, dans l'arbre creux, un levier d'enclenchement qui est pourvu à une extrémité d'un pignon de démarreur, et peut accomplir aussi bien une rotation qu'un coulissement axial. Ce levier d'enclenchement est soumis à l'influence 2 d'un vérin d'enclenchement actionnable pneumatiquement, ins- tallé dans la région longitudinale de l'arbre creux et dont la tige du piston s'engage dans le levier d'enclenchement, certes avec faculté de rotation, mais sans aucune possibi- lité de coulissement axial. Du fait que le tourillon de sortie engrène avec une den- ture interne de l'arbre creux, trois axes s'étendent dans une certaine mesure à travers le carter du démarreur, c'est- à-dire l'axe du rotor menant, celui du rotor mené et celui du levier d'enclenchement (ou respectivement de l'arbre creux), ce qui implique également un nombre total de trois axes d'usinage. En outre, la denture interne de l'arbre creux soulève des difficultés concernant le façonnage mé- canique, la trempe ainsi que le meulage-rectifiage. C'est pourquoi la faculté de l'engrenage d'enclenchement à subir des efforts se cantonne dans des limites déterminées. Cet engrenage d'enclenchement, comprenant l'arbre creux et le levier d'enclenchement pouvant être accouplé à ce dernier par l'entremise d'un accouplement à course libre, est d'une réalisation relativement longue, du fait que le vérin d'en- clenchement est encore intercalé entre les rotors et le levier d'enclenchement. Le moyen de rappel du vérin d'enclen- chement, constitué par un ressort hélicoïdal de pression, ne peut être conçu qu'avec une dimension limitée si l'on ne veut pas donner au carter du démarreur des cotes inadmissi- bles. Un système obturateur périphérique sert à commander le mouvement de coulissement et de rotation du levier d'en- clenchement, ce qui permet de déterminer fiablement les entredents lors de l'engrènement du pignon de démarreur dans la couronne dentée d'une machine ou moteur d'entraînement, les rotors du démarreur ne pouvant alors tourner à plein ré- gime qu'après l'engrènement complet dudit pignon. Le systè- me obturateur est d'une conception simple et d'un fonction- nement fiable. Il se compose d'unités constitutives en général directement fixées au carter du démarreur, ce qui exige seulement la présence de jonctions par canaux avec les chambres rotoriques et avec le vérin d'enclenchement. Toutefois, il s'est avéré que ces jonctions par canaux ne peuvent être établies qu'avec de grandes difficultés et une complexité de fabrication considérable, plus d'une forme de réalisation de démarreurs à air comprimé exigeant même la présence de conduits externes. En principe, la cause de ces problèmes consiste en ce que les jonctions par canaux avec le vérin d'enclenchement doivent franchir la région de l'engrenage d'enclenchement, en nécessitant au moins un canal pour solliciter le vérin d'enclenchement, un canal de rappel de la position engrenée, ainsi qu'un canal d'évent. Le vérin d'enclenchement, y compris son dispositif de rappel formé par le ressort hélicoïdal de pression, exige de sur- croit un espace d'incorporation non négligeable à l'inté- rieur de l'engrenage d'enclenchement. Cela se répercute défavorablement sur les possibilités de réalisation tant de l'engrenage d'enclenchement que du vérin d'enclenchement. Par exemple, l'utilisation d'un engrenage d'enclenchement présentant exclusivement une denture externe n'est possible que moyennant une complexité n'ayant aucun intérêt dans la pratique. Par ailleurs, le dimensionnement optimal du dispo- sitif de rappel soulève des difficultés. L'invention a pour objet un démarreur à air comprimé. à engrenage du type décrit-ci-avant, perfectionné de maniè- re que plus aucun canal ne soit nécessaire dans la zone den- tée de l'engrenage d'enclenchement, et qu'à la fois cet engrenage d'enclenchement et le vérin d'enclenchement puis- sent être dimensionnés d'une manière simple et, simultanément, d'une manière optimale à l'intérieur du carter du démarreur. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que l'axe médian du levier d'enclenchement s'étend concentriquement à l'axe médian du rotor menant, l'arbre creux étant pourvu d'une denture externe permettant la venue en prise du tourillon de sortie, et le vérin d'enclenchement étant disposé à la face frontale du rotor menant qui est tcurnée à l'opposé de l'arbre creux. Un avantage considérable de l'invention réside dans le fait que seuls deux axes de rotation, et par conséquent aussi leux axes d'usinage demeurent désormais présents dans le -arter du démarreur. La suppression du troisième axe d'usi- nage réduit globalement la complexité de réalisation, si bien que le démarreur peut présenter des cotes plus modestes, et peut par conséquent aussi être fabriqué à des coûts consi- dérablement moindres. Du fait que le vérin d'enclenchement est prévu sur la face frontale du rotor menant qui est tournée à l'opposé de l'arbre creux, l'engrenage d'enclenchement peut être d'une réalisation plus courte. Plus aucun espace d'incorporation du vérin d'enclenchement n'est nécessaire. Un tel agencement de ce vérin d'enclenchement offre l'avan- tage supplémentaire consistant en ce que les jonctions par canaux, du système obturateur périphérique au vérin d'enclen- chement, peuvent être conçues directes et par conséquent courtes. Ainsi, les canaux délivrant l'air comprimé ne se trouvent plus dans la zone dentée de l'engrenage d'enclen- chement. L'on peut ainsi se dispenser de la plaque interca- laire, jusqu'à présent nécessaire. Le système de montage des rotors peut, lui aussi, être conçu plus simplement. L'on obtient ainsi, globalement, une réalisation compacte dont la fabrication et le montage sont aisés. De surcroît, l'on considère désormais comme avantageux que l'arbre creux soit muni d'une denture externe. Une telle denture externe est considérablement plus simple à produire mécaniquement, à tremper et à rectifier par meulage. Outre la fabrication simplifiée, il en résulte -l'avantage supplé- mentaire d'une plus grande faculté à subir des contraintes. La tige du piston du vérin d'enclenchement traverse le rotor menant sur toute la longueur de ce dernier, seul étant réalisé au voisinage de l'engrenage d'enclenchement l'accou- plement avec le levier d'enclenchement qui, certes, peut tourner, mais ne peut pas coulisser axialement. Il en résul- te une simplification de la maintenance du démarreur à air comprimé, ainsi que d'éventuelles réparations. Conformément à l'invention, l'arbre creux peut prendre appui à une extrémité, par l'intermédiaire d'un roulement à billes, contre la face interne du carter du démarreur et, à l'autre extrémité, par l'intermédiaire d'un roulement à billes, sur la périphérie d'un tourillon de portée du rotor menant. En outre, l'arbre creux peut être espacé du levier d'enclenchement par l'entremise de paliers à aiguilles. Ces systèmes de montage tant de l'arbre creux que du levier d'en- clenchement sont liés à l'avantage consistant en ce que les paliers à aiguilles, prévus entre l'arbre creux et le levier d'enclenchement, sont certes chargés par une force radiale lorsque le démarreur fonctionne à plein régime, mais n'ac- complissent cependant aucune rotation. Seuls les roulements à billes pouvant présenter un grand dimensionnement, situés d'une part entre l'arbre creux et le carter du démarreur et, d'autre part, entre cet arbre et le tourillon de portée du rotor menant, effectuent une rotation lorsqu'ils subis- sent une contrainte radiale. Une fois le moteur d'entraî- nement mis en marche, l'accouplement libre prend de la maniè- re bien connue sa position de dépassement, et les paliers à aiguilles peuvent tourner à de très grandes vitesses angu- laires. Cependant, ces paliers ne sont désormais plus con- traints par des forces radiales. La vitesse angulaire des rou- lements à billes soutenant l'arbre creux demeure limitée à la vitesse angulaire du démarreur. Globalement, il en ré- suite une association extraordinairement positive entre les forces radiales qui se manifestent et les roulements à billes soutenant l'arbre creux et pouvant être soumis à de fortes contraintes, ainsi qu'entre les grandes vitesses angulaires relatives et les paliers à aiguilles dont les vitesses an- gulaires sont fixes. Conformément à l'invention, l'arbre creux et le levier d'enclenchement peuvent être incorporés dans un couvercle en forme de cuvette du carter du démarreur. Le démontage et le remontage de ce démarreur s'en trouvent ainsi facilités. Le vérin d'enclenchement peut être ménagé dans un cou- vercle obturateur du carter du démarreur, ce qui confère une autre simplification de ce démarreur. Un espace d'incorpo- ration particulier devient superflu. 0 D'après l'invention, la force élastique chargeant le piston du vérin d'enclenchement peut être développée par un ressort hélicoidal de pression qui entoure la tige dudit piston et qui, d'autre part, prend appui contre une douille de ressort s'engageant dans un interstice annulaire entre la *5 tige du piston et le rotor menant. Ces caractéristiques of- frent l'avantage de permettre désormais une conception opti- male des moyens de rappel du vérin d'enclenchement. Il est possible à cette fin, relativement sans aucun problème, de réaliser d'une grande dimension correspondante l'interstice annulaire entre la tige du piston du vérin et le rotor me- nant, de sorte qu'un espace d'incorporation suffisant est disponible. La fixation, sur la face frontale de réalisation plane du couvercle obturateur, d'un obturateur de synchronisation influençant optimalement le processus de démarrage, diminue le nombre total des surfaces planes devant être usinées. Ce nombre est réduit davantage encore lorsque le disque d'étanchement d'une valve d'évent prend également appui sur cette face frontale. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale verticale d'un démarreur à air comprimé à engrenage; la figure 2 est une vue en bout du démarreur de la fi- gure 1, dans le sens de la flèche II, lorsque la valve d'évent et la valve principale sont démontées; et la figure 3 est une coupe à échelle agrandie du démar- reur de la figure 2, selon la ligne III-III. Sur les figures 1 à 3, la référence 1 désigne un démar- reur à air comprimé à engrenage, tel qu'utilisé pour mettre en marche une machine ou moteur d'entraînement se présen- tant sous la forme d'un moteur à combustion interne ou d'une turbine à gaz. Le démarreur 1 présente un moteur 2 à piston rotatif, comprenant un rotor menant 3 et un rotor mené 4 (figure 1). Ces deux rotors 3 et 4 prennent appui, par l'intermédiaire de tourillons 9 a 12 dépassant de leurs faces frontales 5 à 8, dans des roulements à billes 13 insérés dans des flasques 14 et 15 des rotors, qui délimitent frontalement un carter rotorique 16. Le tourillon de sortie 11 du rotor mené 4 est pourvu d'une denture externe 17 qui engrène avec une denture exter- ne 18 d'un arbre creux 19 prenant appui, par l'intermédiaire d'un roulement à billes20, dans un couvercle 21 en forme de cuvette du carter 22 du démarreur et, par l'entremise d'un autre roulement à billes 23, sur la périphérie du tou- rillon de portée 9 du rotor menant 3. A l'intérieur de l'arbre creux 19 (figure 1), il est prévu un levier d'enclenchement 24 rotatif et mobile axia- lement, qui est espacé de l'arbre 19 par l'intermédiaire de paliers 25 à aiguilles. Un accouplement 26 à course libre sert à solidariser l'arbre creux 19 et le levier d'enclen- chement 24. Ce levier 24 possède un évidement 27, dans lequel un pignon de démarreur peut être engagé avec faculté de rem- placem ent. Camme le montre par ailleurs la figure 1, un axe médian 28, commun au levier d'enclenchement 24 et à l'arbre creux 19, s'étend concentriquement à un axe médian 29 du rotor menant 3. De la sorte, seulement deux axes de rotation, et par conséquent aussi deux axes d'usinage franchissent le dé- marreur 1: d'une part l'axe de rotation 29, 28 commun au rotor menant 3, au levier d'enclenchement 24 et à l'arbre creux 19 et, d'autre part, un axe de rotation 30 du rotor mené 4. L'extrémité interne du levier d'enclenchement 24 ren- ferme, avec possibilité de rotation mais sans faculté de cou- lissement axial, la tige 31 du piston d'un vérin d'enclen- chement 33 incorporé dans un couvercle obturateur 32 du car- ter rotorique 16. Le montage est assuré par l'entremise d'un roulement à billes 34 verrouillé à demeure, à l'aide d'un circlip 35, dans un évidement 36 du levier d'enclenchement 24. La tige 31 parcourt un alésage longitudinal étagé 37 du rotor menant 3 et elle est reliée amoviblement, grâce à un boulon 39, à un piston 38 du vérin d'enclenchement 33. Ce piston 38 peut être sollicité pneumatiquement en direction lu evier d'enclenchement 24 (voir les figures 1 et 3). Un ressort hélicoïdal de pression 40, en appui de l'autre coté sur le piston 38, vient à son tour buter contre une douille 41 de ressort s'engageant dans un interstice annulaire 42 entre la tige 31 du piston et le rotor menant 3. Un obturateur de synchronisation 44 est fixé sur une face frontale 43, de réalisation plane, du couvercle obtu- rateur 32. Un réseau de canaux 45, s'étendant entre l'obtu- rateur 44 et le rotor 2 ou le vérin 33, respectivement, est illustré plus en détail sur la figure 3. - De plus, comme il ressort de la figure 3, le disque d'étanchement 46 d'une valve d'évent 47 peut être en appui contre la face plane 43. La valve d'évent peut obturer un orifice d'évent 48 pratiqué dans le carter 22 du démarreur. Grâce à l'incorporation de l'obturateur de synchroni- sation 44 dans le réseau de canaux 45 délivrant l'air com- primé au moteur 2 du démarreur et au vérin d'enclenchement 33, le mouvement axial du levier d'enclenchement 24 est provoqué, au cours du démarrage, par une force agissant sur le pignon de démarreur, avec une intensité variable, jusqu'à ce que ce pignon engrène dans la denture du volant d'inertie. Cette force engendrant la rotation est appliquée, au moins jusqu'à l'engrènement partiel dans la denture du volant d'inertie, avec une intensité variant périodiquement et déphasée à cette fin. De la sorte, une courte rotation lente est imprimée par saccades au pignon de démarreur lors- que la force d'avance est faible ou inexistante, cette rota- tion étant ensuite de nouveau stoppée par suppression de la force de rotation tandis que la force d'avance est simulta- nément accrue. De la sorte, l'accouplement libre 26 éven- tuellement embrayé débraie aussitôt de nouveau, en parti- culier lorsque les saccades se produisent dans le sens in- verse de la rotation, si bien que la force d'avance axiale ne doit pas surmonter de résistances supplémentaires. Du fait que l'application de force est partiellement interrom- pue, des mouvements forcés ne peuvent pas se produire lors de l'engrènement. Bien au contraire, le pignon de démarreur glisse en douceur dans la denture du volant d'inertie étant donné que, dans une certaine mesure, il recherche le trajet opposant la plus faible résistance. Des phénomènes d'usure ne se produisent plus. Dans ces conditions, la longévité du pignon de démarreur et, par conséquent aussi, de la denture du volant d'inertie, est considérablement augmentée. Cela revêt par exemple une importance particulière dans les cas o l'entretien et la réparation d'un démarreur 1 et d'un moteur d'entraînement sont liés à des difficultés. L'on pense alors en tout premier lieu à l'accessibilité de ces groupes, compte tenu par exemple de la position qu'ils occupent sur des navires de haute mer. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au démarreur décrit et représenté, sans sor- tir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Démarreur à air comprimé à engrenage, comprenant un rotor menant et un rotor mené relié en permanence, par l'in- termédiaire d'un tourillon de sortie à denture externe, à un arbre creux qui est monté dans le carter du démarreur et peut être accouplé, par l'intermédiaire d'un accouplement à course libre, à un levier d'enclenchement pouvant coulisser axia- lement, ce levier d'enclenchement, en appui dans l'arbre creux par l'intermédiaire de paliers, logeant à rotation, mais sans aucune faculté de coulissement axial, la tige du piston d'un vérin d'enclenchement dont le piston peut être sollicité pneumatiquement d'un côté et par une force élastique de l'au- tre côté, démarreur caractérisé par le fait que l'axe médian (28) du levier d'enclenchement (24) s'étend concentriquement à l'axe médian (29) du rotor menant (3), l'arbre creux (19) étant pourvu d'une denture externe (18) permettant la venue en prise du tourillon de sortie (11), et le vérin d'enclen- chement (33) étant disposé à la face frontale (6) du rotor menant (3) qui est tournée à l'opposé de l'arbre creux (19). 2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'arbre creux (19) prend appui à une extrémité, par l'intermédiaire d'un roulement à billes (20), contre la face interne du carter (22) du démarreur et, à l'autre extrémité, par l'intermédiaire d'un roulement à billes (23), sur la pé- riphérie d'un tourillon de portée (9) du rotor menant (3). 3. Démarreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'arbre creux (19) est espacé du levier d'en- clenchement (24) par l'intermédiaire de paliers à aiguilles (25). 4. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'arbre creux (19) et le levier d'enclenchement (24) sont incorporés dans un couvercle (21) en forme de cuvette du carter (22) du démarreur. 5. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le vérin d'enclenchement (33) est ménagé dans un cou- vercle obturateur (32) du carter (22) du démarreur. 6. Démarreur selon la revendication 1 ou 5, caractérisé par le fait que la force élastique chargeant le piston (38) du vérin d'enclenchement (33) est développée par un ressort hélicoïdal de pression (40) qui entoure la tige (31) du pis- ton et qui, d'autre part, prend appui contre une douille (41) de ressort s'engageant dans un interstice annulaire (42) entre la tige (31) du piston et le rotor menant (3). 7. Démarreur selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un obturateur de synchronisation (44) est fixé sur la face frontale (43), de réalisation plane,du couvercle obturateur (32). 8. Démarreur selon la revendication 5 ou 7, caractérisé par le fait que le disque d'étanchement (46) d'une valve d'évent (47) prend appui sur la face frontale (43), de réali- sation plane,du couvercle obturateur (32).