Brevet FR2586063A1 — publié le 19870213

La présente invention concerne une pompe et en par- ticulier une pompe & pistons axiaux d'un type convenant particulièrement bien & une direction hydraulique destinée à commander les déplacements d'un moteur hors-bord ou d'un gouvernail sur un bateau en mer. On a déjà utilisé des pompes à pistons axiaux dans diverses conditions et elles conviennent bien dans les ensembles de direction utilisés en mer, des canalisations hydrauliques étant disposées entre l'emplacement de con- duite sur le navire et un gouvernail ou un moteur hors- bord, afin qu'un organe de manoeuvre destiné à faire pivoter le gouvernail ou le moteur hors-bord soit commandé et règle la direction du bateau. Dans un exemple de situation, un volant ou analogue est relié à un arbre d'une pompe à pistons axiaux si bien que, lors de la rotation de la pompe à pistons axiaux, du fluide hydraulique est transmis par la pompe d'un côté ou de l'autre de l'organe de manoeuvre qui dirige le bateau. Une telle pompe est connue d'après le brevet des Etats-Unis d'amérique n 4 092 905. En général, les pompes du type que concerne l'inven- tion comprennent un boîtier ayant une première et une seconde partie raccordées l'une à l'autre, avec un corps cylindrique porté dans le boîtier et plusieurs pistons supportés dans plusieurs cavités afin qu'ils puissent se déplacer en trans- lation dans le corps. Une came coopère avec les pistons de manière que ceux-ci se déplacent en translation lorsque le corps ou la came tournent. La came coopère avec les pis- tons et déplace ceux-ci entre une position dans laquelle les cavités dans lesquelles ils sont disposés correspondent au volume minimal de pompage et une position d'admission dans laquelle les cavités ont leur volume maximal. Pendant la course de compression des pistons, assurant l'effet de pompage, il existe une force de réaction étant donné la pression du fluide créée par les pistons qui réagit entre les pistons et le corps des cylindres, formant les cavités. Ces forces de réaction sont transmises aux deux parties de boîtier qui sont raccordées l'une à l'autre de manière que les deux parties de boîtier s'écartent ou soient mises sous tension. Des pistons à bille ont déjà été utilisés dans divers cas, dans des pompes à fluide. Par exemple, les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 735 248 et 2 095 553 décrivent des pompes comprenant des clapets de retenue à bille. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 941 475 décrit une pompe hydraulique dans laquelle des billes coopè- rent avec une surface de came. Des ensembles connus à pistons à bille comportent un corps ayant une entrée à la partie supérieure du piston et une sortie à l'autre extrémité. Un système à clapet à bille est disposé entre l'entrée et la sortie et règle la circulation du fluide entre les orifices d'entrée et de sortie. Dans les circuits de pompage hydraulique, surtout ceux qui sont commandés à la main et qui sont utilisés pour la direction des bateaux, il est important que tout l'air soit retiré du fluide hydraulique afin que le fonctionnement soit convenable. L'utilisation de soupapes ou clapets tels que des clapets de retenue qui renvoient directement le fluide hydraulique dans le réservoir et de clapets d'admis- sion qui envoient le fluide dans chaque piston facilite l'évacuation de l'air du circuit. La configuration optimale a les clapets de retenue places dans la partie supérieure du piston et la sortie à l'extrémité de l'alésage de logement du piston. Le piston est toujours orienté de manière que l'entrée soit au même niveau que la sortie ou au-dessous. De cette manière, l'air est chassé directement hors de l'alésage du piston puisqu'il n'existe pas de piège pouvant garder de l'air comme dans les circuits dans lesquels les clapets de retenue d'entrée sont formés dans l'alésage du piston. Une autre caractéristique importante des circuits hydrauliques manuels de direction est leur douceur de fonc- tionnement. Des circuits contenant des pistons ayant des billes chromées ou trempées dans la partie supérieure du piston donnent le fonctionnement le plus régulier. Les réalisations actuelles de pistons contenant des clapets de retenue d'entrée dans la partie supérieure comportent un trou au centre de la partie supérieure. Cette disposition présente plusieurs inconvénients. Le point de contact du piston et du siège ou de la bague de coopération avec la bille est décalé par rapport & l'axe central du piston si bien que les forces latérales augmentent et le rendement et la durée du circuit sont réduits. La surface latérale du trou formé dans la partie supérieure du piston ne glisse pas aussi régulièrement sur la bague qu'un piston plus classique à extrémité arrondie. Les caractéristiques de dureté et de frottement de la matière, au point de contact, sont limitées à celles de la matière du piston ou de systèmes coûteux de revêtement. Comme l'angle de la bague est habi- tuellement compris entre 10 et 150, la surface d'entrée est limitée si bien que la perte de charge est accrue et un phénomène de cavitation peut apparaître. L'extrémité du piston doit être usinée de manière que la surface de contact, pour l'angle voulu, soit lisse, si bien que le coût est accru. L'invention concerne une pompe à piston ayant un boîtier et un corps formant des cylindres, ayant un axe de rotation. Le corps est supporté dans le boîtier afin qu'il puisse tourner autour de l'axe de rotation. Le corps comporte plusieurs cavités de logement de pistons. La pompe comporte en outre une came et un piston supporté afin qu'il puisse se déplacer en translation dans chacune des cavités et qu'il puisse réagir avec la came, afin que le piston se déplace en translation. Le piston a une partie formant un corps, ayant un trou longitudinal central dont une extré- mité délimite une entrée de fluide et dont l'autre extrémité délimite une sortie de fluide. L'ensemble se caractérise en ce que l'entrée de fluide a un siège d'une bille et une bille est logée sur le siège, pratiquement sur l'entrée de fluide, la bille coopérant avec la came par rapport à laquelle elle peut tourner. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe avec des parties arrachées d'un mode de réalisation de pompe selon l'invention; la figure 2 est une coupe agrandie suivant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la figure 2; et la figure 4 est une coupe d'un second mode de réali- sation de pompe selon l'invention. Une pompe à pistons axiaux réalisée selon l'invention porte la référence générale 10 sur les figures. La pompe a un boîtier qui comprend une première partie 12 en forme de coupelle assurant une fermeture et une seconde partie 14 de boîtier sous forme d'une plaque de fermeture ou cou- vercle. La première et la seconde partie 12 et 14 du boîtier sont raccordées par des boulons 16. La partie 12 en forme de cuvette constitue un réservoir de fluide hydraulique et entoure un corps 18. Le corps 18 a un axe de rotation et il est supporté de manière qu'il puisse tourner dans le boîtier, autour de l'axe de rotation. Le corps 18 a plu- sieurs cavités 20 dans lesquelles plusieurs pistons portant la référence générale 22 peuvent se déplacer en translation. Le corps 18 est supporté par un bout mâle 26 afin qu'il puisse tourner, ce bout mâle étant lui-même fixé rigidement à la plaque 14 de fermeture. Une partie 28 formant un arbre est supportée dans le boîtier 12 et en dépasse, et elle est solidaire du corps 18. La face interne du couvercle 14 constitue une surface 30 de came. L'arbre 26 formant un bout mâle a un canal 32 d'entrée de fluide et un canal de sortie de fluide du côté opposé (non représenté). Les canaux d'entrée et de sortie communiquent avec des passages de fluide formés dans l'arbre 26 et rejoignant des raccords formés dans la pompe. Un canal 34 de fluide part de chaque cavité 20 et rejoint l'arbre 26 afin qu'il communique avec les canaux d'entrée et de sortie de fluide pendant la rota- tion du corps 18 et que du fluide soit dirigé vers les cavités 20 et à partir de celles-ci. Lorsque le corps 18 tourne et lorsque les pistons 22 coopèrent avec la surface 30 de came afin que le fluide des cavités 20 soit mis sous pression, une force de réaction apparaît entre les pistons 22 et le corps 18 si bien que le corps 18 est repoussé vers la gauche, contre une butée 36. Cette force de réaction met sous tension la partie 12 de boîtier en forme de cuvette, le long de ses parois laté- rales, si bien que la partie 12 de boîtier doit être résis- tante. Un autre joint 38 est placé entre le couvercle 14 et la partie 12 de boîtier, et un joint annulaire 40 est disposé autour de la partie d'arbre 28, dans une gorge annu- laire 42 formée dans la partie 12 en forme de cuvette. Un piston 22 est supporté dans chaque cavité 20 afin qu'il puisse coulisser, c'est-à-dire qu'il se déplace en translation parallèlement à l'axe de rotation autour de l'arbre 26 et coopère avec la surface 30 de came, si bien que le piston 22 se déplace en translation. Le piston 22 a un corps 44 qui a un trou central longitudinal 46. Une première extrémité du trou 46 délimite une entrée 48 de fluide débouchant dans le trou 46, et l'autre extrémité du trou 47 délimite une sortie 51 de fluide. La pompe 10 se caractérise en ce que l'entrée 48 comporte un siège 50 et une bille 52 coopère avec ce siège, pratiquement sur l'entrée 48 de fluide, la bille 52 pouvant coopérer par roulement avec la surface de came 30. Plus précisément, la surface 50 formant un siège a plusieurs gorges 54 partant de l'entrée 48 de fluide et rejoignant le reste du trou 46 afin que la circulation du fluide autour de la bille 52 soit facilitée. Comme l'indique la figure 2, le siège 50 de la bille a trois gorges 54 régu- lièrement espacées. Les gorges 54 forment un trajet de circu- lation du fluide hydraulique autour de la bille 52, vers un trou central 56 qui constitue le siège 50 de la bille à son extrémité interne. Le piston peut être formé à partir d'une poudre métallique, mais d'autres opérations, par exemple le forgeage, peuvent aussi être utilisées. L'utilisation du procédé de fabrication à partir d'une poudre métallique donne un siège de bille terminé. La seule opération ultérieure néces- saire peut être la finition de la partie supérieure du piston, par emmanchement à force de la bille 52 en place avec formation d'une lèvre 58. La région du siège de la bille peut être réalisée de manière qu'un simple enfonce- ment direct soit nécessaire. Etant donné la simplicité de ces opérations, le coût total d'une pompe selon l'inven- tion est à peu près égal au coût des pompes réalisées avec des trous cylindriques uniformes. Les caractéristiques obtenues selon l'invention sont cependant fortement amélio- rées. Ceci est dû au fait que le contact de la bille 52, avec un faible frottement et près de l'axe central, permet la réalisation d'une pompe à fonctionnement plus régulier, pendant une plus longue durée et permettant l'utilisation de pressions accrues. Lors d'une utilisation dans des pompes de direction hydraulique, l'invention présente les avantages combinés d'un piston ayant une bille à une extrémité et de la purge optimale de l'air. Le trou 46 a une partie principale élargie 60 placée le long du piston 22 et une partie secondaire 62 comprenant le trou 56 formé suivant l'axe central, à une extrémité. La partie secondaire 62 communique avec le trou principal 60 et l'entrée 48 de fluide. La partie secondaire 62 a un diamètre inférieur à celui de la partie principale 60 du trou. Le trou principal 60 a une paroi 64 d'extrémité qui a une ouverture 66 délimitant le trou secondaire 62. La pompe 10 a des clapets de retenue, portant la référence générale 68, disposés au niveau de la paroi terminale 64 afin que le fluide ne puisse s'écouler que dans un sens, du trou secondaire 62 au trou principal 60. En d'autres termes, le clapet de retenue 68 est placé dans la partie 48 d'extrémité d'entrée du fluide du piston 22. Le clapet 68 comporte une bille 74 placée près du trou secondaire 62 et un dispositif de rappel de la bille 74 contre le second trou 22, destiné à permettre une circu- lation dans un seul sens dans le trou secondaire 62, vers le trou principal 60. Plus précisément, le dispositif de rappel comporte un organe 70 de support ayant une partie 76 formant moyeu et une partie 78 formant un rebord, ainsi qu'un ressort externe 80 placé dans le trou principal 60 et coopérant avec le rebord 78 afin qu'il repousse l'organe de support contre la paroi d'extrémité 64. Un ressort interne 82 est placé entre la partie 76 formant moyeu et la bille 84. Du fluide sous pression transmis par l'entrée 48 repousse la bille 74 contre le ressort 82 et permet la circulation du fluide dans le moyeu 76 et- dans le trou principal 60. En d'autres termes, le piston 22 comprend un ressort 80 placé dans le trou principal 60 et destiné à repousser le rebord 78 contre la paroi 64. Le piston 22 a en outre plusieurs nervures 86 disposées radialement dans le trou principal 60, près de la paroi 64, la nervure 78 se logeant dans les nervures 86 et étant alignée sur elles. Lors du fonctionnement, pendant la course d'aspiration du piston 22, le fluide hydraulique s'écoule autour de la bille 52 dans les gorges 54 et pénètre jusqu'au siège 50 puis dans le trou secondaire 62. Le clapet 68 est alors ouvert du fait de la réduction de la pression interne et le fluide hydraulique pénètre dans le trou principal 60 et remplit pratiquement la cavité. Pendant la course de retour, le clapet 68 se referme rapidement lorsque la différence de pression change de sens, et le fluide conservé dans le trou principal 60 est chassé par l'extrémité ouverte 51 de sortie du piston 22. La figure 4 représente un second mode de réalisation de l'invention. Les références identiques à celles du premier mode de réalisation mais suivies du signe prime désignent des éléments analogues. La pompe porte la référence générale 10' et comprend deux moitiés 12' et 14' de boîtier. Le corps 18' est suppor- té par des roulements à bille portant la référence générle 88. L'ensemble de la pompe a aussi plusieurs entrées de fluide 90, 92 formées dans le couvercle 14' et un capuchon 94 placé sur une sortie 96 de purge formée dans l'autre moitié 12' du boîtier. La came 30, dans ce mode de réalisa- tion, comprend un boîtier 98 comprenant un roulement à billes 100. La bille 52' de chaque piston 22' se déplace sur le boîtier 98, la bague interne du boîtier 98 se dépla- çant avec la bille 52'. En d'autres termes, la bille 52' n'a pas à tourner car la partie interne du boîtier 98 se déplace avec le cylindre rotatif 18'. Par ailleurs, le piston 22' est identique au piston 22 décrit précédemment. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Pompe à pistons (10, 10'), du type qui comprend un boîtier, un corps (18,18') ayant un axe de rotation et étant supporté afin qu'il puisse tourner dans le boîtier autour de l'axe de rotation, le corps (18,18') ayant plusieurs cavités (20,20') de logement de pistons, des cames (30, 30'), et des pistons (22,22') supportés afin qu'ils se déplacent en translation dans les cavités (20,20') tout en réagissant avec les cames (30,30') si bien que les pistons (22,22') se déplacent en translation, chaque piston (22,22') compre- nant un corps (44,44') ayant un trou central longitudinal (46,46'), une première extrémité du trou (46,46') délimitant une entrée de fluide (48, 48') dans le trou (46,46') et l'autre extrémité du trou (46,46') délimitant une sortie de fluide (51,51'), la pompe (10,10') étant caractérisée en ce que l'entrée de fluide (48,48') comporte un siège (50, 50') d'une bille, et une bille (52,52) placée dans le siège pratiquement sur l'entrée de fluide (48,48'), la bille (52,52') étant au contact de la came (30,30'). 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface (50, 50') formant un siège a au moins une gorge (54,54') partant de l'entrée de fluide (48,48') et rejoignant le reste du trou (46,46') afin que la circula- tion du fluide autour de la bille (52,52') soit facilitée. 3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le siège (50, 50') de la bille a un trou (56,56') aligné sur l'axe central et trois gorges régulièrement espa- cées (54,54') partant de l'entrée de fluide (48,48') et rejoignant le trou (56,56') placé sur l'axe central. 4. Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que le trou (46,46') a une partie principale élargie (60,60') placée pratiquement sur la toute la longueur du piston (22,22') et une partie secondaire (62,62') communi- quant avec le trou principal (60,60') et l'entrée de fluide (48,48') et ayant un diamètre inférieur à celui du trou principal (60,60'). 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le trou principal (60,60') a une paroi d'extrémité (64,64') qui a une ouverture (66,66') qui délimite le trou secondaire (62,62'), la pompe (10,10') ayant un clapet de retenue (68,68') placé au niveau de la paroi d'extrémité et destiné & permettre la circulation du fluide uniquement du trou secondaire (62,62') vers le trou principal (60,60'). 6. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le clapet (68, 68') comporte une bille (74,74') placée près du trou secondaire (62,62') et un dispositif de rappel de la bille (74,74') contre le trou secondaire (62,62') afin que le fluide puisse s'écouler uniquement du trou secondaire (62,62') vers le trou principal (60,60'). 7. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de rappel comporte un organe de support (70,70') ayant un moyeu (76,76') et un rebord (78,78') et un ressort externe (80,80') disposé dans le trou princi- pal. (60,60'), et coopérant avec le rebord (78,78') àe manière que l'organe de support (70,70') soit repoussé contre la paroi d'extrémité (64,64'), et un ressort interne (82,82') placé entre le moyeu (76,76') et la bille du clapet (74,74'). 8. Pompe selon la revendication 7, caractérisée en ce que le piston (22) a plusieurs nervures (86,86') dis- posées radialement dans le trou principal (60,60') près de la paroi d'extrémité (64,64'), le rebord (78,78') se logeant dans les nervures (86,86'). 9. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif (58) de retenue de la bille (52) dans son siège (50). 10. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le dispositif de retenue de bille comporte une lèvre périphérique (58) disposée radialement par rapport à l'entrée de fluide (48). 11. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le boîtier comporte une première et une seconde partie raccordées (12,12',14,14'). 1Z. Ensemble & piston comprenant une cavité (20,20') et un piston (22,22') supporté dans la cavité (20,20') afin qu'il s'y déplace en translation, le piston (22,22') ayant un corps (44,44') qui a un trou central longitudinal (46,46'), une première extrémité du trou (46,46') délimitant. une entrée de fluide (48,48') et l'autre extrémité du trou (46, 46') délimitant une sortie de fluide (51,51'), l'ensemble (22,22') étant caractérisé en ca que l'entrée de fluide (48,48') comporte un siège (50, 50') et une bille (52, 52') logée sur le siège pratiquement sur l'entrée de fluide (48, 48').