Brevet FR2611000A1 — publié le 19880819

Il est connu notamment par le brevet français n 2 148 677 de réaliser des compresseurs, pompes ou machines de détente à vis globique comprenant une vis munie de plusieurs filets, tournant à l'intérieur d'un carter fixe muni d'orifices de basse et haute pression, et coopérant avec au moins un pignon muni de dents, ce pignon étant constitué d'un pignon en plastique au contact de la haute pression et d'un support métallique égale- ment muni de dents; seules les dents plastiques sont au contact des filets de la vis. Une telle disposition est représentée figure 1 o l'on voit un pignon plastique 1 muni de dents 2 reposant sur un pignon support métallique 3 également muni de dents 4, solidaire d'un axe de rotation 5. Suivant le brevet précité, ce pignon plastique 1 est dispo- sé à rotation sur le support 3 comme visible sur la figure 2, coupe de la figure 1 par l'axe de rotation 6; il comporte à cet effet un alésage 7 concentrique avec le bossage 8 du pignon support métallique 3. Cette disposition permet au pignon plastique de tourner au- tour du pignon support. Suivant le brevet 2 148 677, le pignon support est solida- risé angulairement avec le pignon plastique par des moyens élas- tiques. Le brevet décrit ainsi une réalisation constituée d'un pion 9 fixé dans le support portant un joint torique 10disposé dans un trou 11 du plastique. La différence de diamètre entre le pion 9 et le trou 11 autorise un certain débattement, le joint torique par compres- sion élastique ramenant la position relative du pion 9 au milieu du trou 11. Cette disposition a été très largement utilisée industriel- lement et se retrouve sur presque tous les compresseurs monovis. La présente invention a pour objet un perfectionnement de la disposition ci-dessus consistant à remplacer le joint torique par un ressort disposé au rmoins partiellement autour de l'axe de rotation. De façon plus précise la présente invention a pour ob- jet un compresseur, pompe ou machine de détente du type compre- nant une vis globique coopérant avec au moins un pignon tournant dans un carter fixe, ledit pignon étant constitué d'un pignon plastique muni de dents coopérant avec la vis, -2- l'une des faces des dents étant au contact du fluide sous pres- sion lors de son passage dans les filets de la vis, l'autre s'appuyant sur les dents d'un pignon support métallique; le pignon plastique étant disposé à rotation sur le pignon support métallique, l'axe de rotation coïncidant avec l'axe de rotation dudit support et caractérisé en ce que la liaison en rotation entre le pignon plastique et le pignon support est assurée par un ressort disposé entre le pignon support et le pignon plas- tique et entourant au moins partiellement l'axe de rotation du pignon. On s'est en effet aperçu qu'un compresseur de réfrigération avec fluide fluocarboné et joint torique muni d'une injection d'huile de lubrification et de refroidissement suivant par exemple le brevet français 2 148 677 subissait une perte de dé- bit progressive, minime certes, mais mesurable de quelques pour cent après quelque 50.000 démarrages; alors qu'un compresseur similaire ayant la vis et le pignon en matériaux identiques ne subissait aucune perte de débit mesurable après le même nombre de démarrages, alors que ce compresseur n'était même pas refroi- di par injection d'huile mais par une injection de réfrigérant liquide, en l'occurence du R 22, qui est en soi un très mauvais lubrifiant. Des mesures d'accélération angulaire au moment du démarrage ont alors confirmé que le choc d'accélération avec un moteur donné et l'effort transmis par les filets de la vis au pignon support par l'intermédiaire du pignon plastique étaient environ 3 fois plus élevés dans le cas du montage avec pion et joint torique que dans le cas du ressort circulaire; cette réduction de l'effort est à elle seule suffisante à expliquer la dispari- tion de l'usure. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple non limitatif et du dessin annexé o: - la figure 3 montre une vue en perspective éclatée d'un dis- positif de liaison entre pignon plastique et support conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe partielle suivant IV-IV' de la figure 3, - la figure 5 est une vue en perspective éclatée montrant un autre ressort de liaison entourant complètement l'axe, - la figure 6 est une vue en perspective d'un ressort préférentiel - la figure 7 est une coupe suivant VII - VII' de la figure 6 - la figure 8 est une vue d'un ressort différent. On voit sur la figure 3 un montage suivant l'invention o un support 3a comporte une gorge 12 dans laquelle est disposé un ressort 13 qui est solidarisé du support 3a par 2 pions 14 et 15 passant dans les trous 16 et 17 ménagés dans le ressort et 18, 19 percés dans le fond de la gorge. L'autre extrémité du ressort porte un trou 20 dans lequel est emmanché un pion 21 qui s'encastre également dans un trou 22 ménagé dans le pignon plastique la et s'étend jusque dans un trou 23 ménagé dans le support 3a. On remarquera sur la figure 4 que si le pion 21 est monté sans jeu dans le ressort 13 et le plastique la, il présente par contre un jeu 24 avec le trou 23, ce jeu définissant le débattement donné aux pignons plastiques et métalliques pour leur déplacement relatif angulaire. L'on donne de préférence au ressort 13 une raideur telle que le couple nécessaire pour réduire, dans un sens ou dans l'autre, le jeu 24 à zéro, soit sensiblement égal au couple maximum fourni au support de pignon 3a au moment du démarrage de la machine pour la lancer en rotation ou au moment de l'arrêt pour le freiner; cette égalité est irès approximative et l'effet amortisseur du ressort est encore très net pour des raideurs 30 pour cent plus faibles ou 60 pour cent plus élevés. A titre d'exemple, pour un compresseur semi-hermétique pour réfrigérant R22 équipé d'une vis et de pignons de diamètre extérieurs millimètres, le support de pignon a une inertie de 12 000 cgs et avec un débattement angulaire maximum de plus ou moins 3,5 x 10-3 radians, le couple de rappel en position extrême, donné par le ressort, est d'environ 2 mètres- Newton; ce couple est précisément atteint lorsque le pignon est soumis à une accélération d'environ I 700 radians/ seconde au carré ce qui correspond à lancer le compresseur pleine vitesse (3 000 ou 3 600 tours/minute) en un peu plus d'un dixième de seconde. Une deuxième disposition du ressort est visible sur la figure 5 o le ressort 13a entoure cette fois complètement l'axe de rotation 25 du pignon. Le ressort 13a est solidarisé du support par 2 pions 14a et 15a passant dans les trous 16a et 17ae ménagés dans le ressort et 18a, 19a dans le support. De même il est solidarisé du pignon plastique non représenté par un pion 21a passant dans le trou 20a. On peut bien entendu permuter les pions et avoir 2 pions dans le plastique, un dans le support sans changer l'invention, mais la dispo- sition avec tenue angulaire du ressort par deux pions dans le-.support métallique est préférable car le métal résiste mieux aux efforts de cisaillement créés par les pions 14a et 15a. On peut bien entendu, couper le ressort comme visible sur la figure 7 et avoir les points d'ancrage dans le support 16c et 20c dans le plastique très proche angulairement l'un de l'autre; mais pour obtenir la raideur voulue il faut alors épaissir et élargir la lame de ressort, donc accroître la section de la gorge dans le support. C'est pourquoi un ressort entourant totalement l'axe de rotation est préférable. On remarquera que comme dans le cas de la figure 3 oi de celui de la figure 5, le ressort est logé dans une gorge 12a qui lui assure d'avoir très peu de jeu dans le sens axial, parallèle à l'axe de rotation du pignon, avec le support ou le plastique. Ceci a pour résultat de réduire au minimum le porte-à-faux des pions tels que 14a ou 15a et donc les efforts de torsion, notamment dans le pignon plastique,qui auraient tendance à créer un jeu ou même à faire éclater le plastique. On remarquera également que la gorge est disposée à une distance radiale du centre plus petite que la distance radiale des racines des dents du support métallique ce qui évite d'affaiblir cette racine et d'accroître la flexion de la dent sous charge. On remarquera que ces dispositions,en enroulant le ressort autour de l'axe,donnemtau ressort une assez grande longueur et permettent donc des débattements angulaires du pignon plastique et du support, assez important sans imposer au ressort des contraintes excessives qui affecteraient se durée de vie. -5 - Ceci ne serait pas le cas si l'on avait par exemple essayé de monter un ressort autour d'un pion remplaçant le joint torique comme dans le cas du montage de la figure 1. Le résultat de ces dispositions est assez remarquable: comme indiqué dans le préambule, un compresseur de réfrigération équipé avec une vis d'environ 140 millimètres de diamètre et des pignons de même diamètre a pu subir des dizaines de milliers de démarrages sans usure alors que ce compresseur était refroidi par injection de réfrigérant liquide R 22 qui est un très mau- vais lubrifiant; alors qu'un compresseur pratiqement identique, utilisant les mêmes matériaux, refroidi par injection d'huile mais muni d'un dispositif de liaison du-type représenté figure 1 voyait son débit baisser progressivement après quelques milliers de démarrages même si la baisse du débit restait industrielle- ment acceptable. La raison de cet écart remarquable est proba- blement la suivante, la présente explication étant donnée à titre d'hypothèse raisonnable sans affecter la portée de l'invention. Il est vraisemblable que le joint torique est trop sollicité du fait de la faible course de compression pour garder très long- temps ses caractéristiques élastiques; comme tout ressort dont on dépasse la limite de fatigue élastique, il tend à se déformer de façon permanente, ce phénomène étant en outre favorisé par la présence de réfrigérant qui pénètre dans le matériau du joint et en diminue les propriétés mécaniques. Au bout d'un certain temps, il est vraisemblable que le joint torique ne rappelle plus le pion au centre du trou. Dans ces conditions, au moment de l'arrêt du compresseur, l'inertie du support amène le pion 10 d'un côté du trou 11, le trou freinant en quelque sorte le pion. Au redémarrage de la machine, le pignon plastique est entraîné en rotation par la vis et le pion traverse alors tout l'espace laissé libre entre le pion 10 et le trou et ce n'est que lors- qu'il arrive sur l'autre côté du trou qu'il commence à entraîner le support métallique en rotation; mais à ce point, le pignon plastique a déjà atteint une certaine vitesse angulaire alors que le support est encore arrêté et la mise en vitesse du sup- port se fait sur une distance nulle, introduit donc un choc important. 26 11000 Au contraire avec le ressort objet de l'invention la mise ne vitesse du support se fait progressivement au fur et à mesure que le plastique s'écarte de sa position moyenne et l'on peut en prenant une valeur convenable pour le ressort arriver à ce que les vitesses angulaires s'égalisent au moment o plastique et support arrivent en butée. L'on voit sur les figures 6 et 7 une réalisation préférentielle du ressort dans lequel celui-ci au lieu d'être fait d'une seule lame est fait de deux lames 26 et 27 soudées par exemple par les points 28 et 29. La lame 27 porte 2 trous 16b et 19b dans lesquels s'enfilent les pions 14b, 15b qui s'ancrent dans des trous correspondants dans le support métallique. La lame 26 porte un pion 30 dont une extrémité 31 est enfoncée sans jeu dans le pignon plastique et l'autre extrémité 32 peut se débattre dans un trou 33 ménagé dans la lame 27, l'extrémité 32 et le trou 33 formant ainsi la butée qui limite le débattement angulaire. L'intérêt de cette disposition est purement pratique; elle évite d'avoir à positionner angulairement avec précision les différents trous autour de l'axe du pignon - comme dans le cas de la figure 5 - le ressort portant en lui-même sa butée. On a représenté la présente invention dans le cas d'un compresseur à pignon plan mais elle s'appliquerait sans changement au cas des compresseurs à pignons cylindriques tels que décrits dans le brevet français 1 586 832. Un avantage subsidiaire de la présente invention est que le diamètre du trou à effectuer dans le plastique pour assurer la liaison avec le ressort est beaucoup plus petit que celui nécessaire dans le cas de la figure 1; et ceci augmente considérablement la résistance du pignon plastique au choc, par exemple au "coup de liquide" dans le cas des applications frigorifiques. 2 6 1 1000 REVENDICATIONS 1. Compresseur, pompe ou machine de détente du type comprenant une vis globique coopérant avec au moins un pignon tournant dans un carter fixe, ledit pignon étant constitué d'un pignon plastique (1) muni de dents (2) coopérant avec la vis, l'une des faces des dents étant au contact du fluide sous pression lors de son passage dans les filets de la vis, l'autre s'appuyant sur les dents d'un pignon support métallique (3); le pignon plastique étant disposé à rotation sur le pignon support métallique, 1o l'axe de rotation coïncidant avec l'axe de rotation dudit support et caractérisé en ce que la liaison en rotation entre le pignon plastique (1) et le pignon support (3) est assurée par un ressort (13) disposé entre le pignon support et le pignon plastique et entourant au moins partiellement l'axe de rotation du pignon. 2. Compresseur, pompe ou machine de détente selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ressort (13) entoure complètement l'axe de rotation du pignon. 3. Compresseur, pompe ou machine de détente selon la revendication 2 caractérisé en ce que le ressort (13) est constitué de deux lames (26, 27) soudées sur une partie angulaire,t en ce que l'une des lames est liée au pignon plastique (1) par des moyens de liaison (30) et l'autre au pignon support métallique (3) par des moyens de liaison (14b, 15b) et en ce que ces moyens de liaison sont disposés de façon sensiblement en vis-à-vis et sur une partie angulaire des lames sensiblement diamétralement opposée, par rapport à l'axe de rotation, à la partie soudée. 4. Compresseur, pompe ou machine de détente suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la rotation relative du pignon plastique (1) et du pignon support (3) est limitée par des moyens (32,33) formant butée et que dans la position de butée, le couple créé par le ressort est sensiblement égal au couple le plus élevé subi par le support pour le lancer en rotation au démarrage du compresseur, pompe ou machine de détente ou l'arrêter en rotation au moment de l'arrêt.