Brevet FR2605361A1 — publié le 19880422

La présente invention concerne une machine à engrenages destinée à être utilisée en tant que pompe ou mo- teur. On sait que les machines à engrenages actuelle- ment disponibles comprennent un carter de machine à l'inté- rieur duquel sont installées deux roues d'engrenage dont l'une est la roue entraînée et dont l'autre est la roue motrice. Le carter de la machine est fermé sur ses deux côtés axiaux par des plaques de fermeture respectives, dans lesquelles des garnitures d'étanchéité annulaires respectives sont installées de manière à délimiter latéralement un espace entre les pla- ques et les manchons de support pour les roues d'engrenage. Un fluide sous pression est présent dans cet espace et ceci permet d'équilibrer et de compenser des zones de jeu entre les manchons et les extrémités des roues d'engrenage. Certains fabricants réalisent la garniture d'étan- chéité d'un seul tenant en un matériau mou tel que du caout- chouc. Malheureusement dans de telles machines, si la pres- sion de fonctionnement est élevée, il apparaît des intersti- ces entre les manchons et les plaques de fermeture, en parti- culier le long de la partie de la garniture qui sépare l'es- pace contenant le fluide à haute pression de l'espace conte- nant le fluide à basse pression, ce dernier espace étant tou- jours défini entre les plaques et les manchons respectifs. Dans le cas o de tels interstices sont présents, une garni- ture réalisée en un matériau mou pénètre par extrusion à l'intérieur des interstices et risques d'être arrachée et sectionnée. On ne peut pas installer une garniture réalisée en un matériau dur étant donné qu'elle n'établirait pas une étanchéité et c'est pourquoi d'autres fabricants pallient ledit inconvénient en combinant la garniture réalisée en un matériau mou et une seconde garniture annulaire réalisée en un matériau dur comme par exemple le produit connu sous l'appellation Téflon. Ceci élimine totalement l'inconvénient d'une extrusion, mais ac- croît les coûts de montage et les coûts totaux de production des machines en question. A cet égard, lorsque de telles gar- niture anti-extrusion sont réalisées avec le matériau désigné sous l'appellation Téflon, il faut les usiner à l'aide de ma- chines-outils. En outre les sièges des garnitures, qui sont prévus dans les plaques de fermeture, possèdent un contour périphérique très variable, consistant en des parties rectilignes et des parties courbes mélangées entre elles. Aucune des gar- nitures n'est conformée, avant son montage, de manière à coin- cider avec le siège, dans lequel elle doit être logée, et c'est pourquoi son installation doit être exécutée manuelle- ment, ce qui requiert l'utilisation d'une main d'oeuvre appropriée pour un tel montage. C'est pourquoi, bien que d'une part l'uti- lisation d'une garniture anti-extrusion élimine l'inconvé- nient de l'extrusion, ceci conduit d'autre part à des coûts relativement élevés consistant en le coût de la garniture anti- extrusion plus le coût de la main d'oeuvre requise pour son installation. Le but de la présente invention est de fournir une machine à engrenages destinée à être utilisée en tant que pompe ou moteur et qui ne présente pas les inconvénients men- tionnés ci-dessus en empêchant l'extrusion de la garnitu- re d'étanchéité, à un coût considérablement réduit. Cet objectif est atteint conformément à la pré- sente invention à l'aide d'une machine à engrenages destinée à être utilisée en tant que pompe ou moteur, du type compor- tant - deux roues d'engrenage engrenant réciproque- ment et comprenant des moyeux- respectifs, dont l'un est rac- cordé à l'arbre de sortie d'un moteur; - deux manchons supportant lesdits moyens et disposés sur les côtés desdites roues d'engrenage de manière à définir des zones respectives de jeu; - un carter à l'intérieur duquel l'ensemble com- portant les roues d'engrenage et les manchons est installé;et - deux plaques de fermeture pour ledit carter de la machine, caractérisée en ce qu'entre lesdites plaques et lesdits man- chons se trouvent définis deux espaces intercalaires respec- tifs, dont un premier est délimité latéralement par une gar- niture d'étanchéité annulaire réalisée en un matériau relati- vement mou,et logée dans un siège ménagé dans lesdites plaques et est en communication hydraulique avec l'orifice intérieur d'une première ouverture traversée par un fluide sous haute pression, et dont le second est en communication hydraulique avec l'orifice intérieur d'une seconde ouverture traversée par un fluide à basse pression, une première partie de ladite garniture d'étanchéité annulaire, qui est accouplée à une gar- niture anti-extrusion réalisée en un matériau relativement dur et s'étendant uniquement le long de la zone limite entre lesdits espaces intercalaires, étant disposée entre ces der- niers. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, qui représen- tent un exemple non limitatif d'une forme de réalisation pré- férée de l'invention et sur lesquels: - la figure 1 représente une coupe d'une pompe à engrenages réalisée conformément à la présente invention; - la figure 2 représente une coupe prise sui- vant la ligne II-II sur la figure 1; - la figure 3 représente une coupe, à échelle réduite, prise suivant la ligne III-III sur la figure 1; - la figure 4 est une vue en plan d'un disposi- tif d'étanchéité prévu pour la pompe de la figure 1; et - la figure 5 est une coupe, à plus grande échel- le, prise suivant la ligne V-V sur la figure 4. Sur la figure 1, le chiffre de référence 1 dé- signe dans son ensemble une pompe à engrenages réalisée con- formément à la présente invention. La pompe 1 comporte un carter 2 fermé sur ses deux côtés par des plaques respectives de fermeture 3 et 4 et comportant deux roues d'engrenage 5 et 6 engrenant réciproquement et installées à l'intérieur de ce carter. La roue d'engrenage 5 est la roue entraînée et com- porte un noyau 7 sensiblement aussi long que le carter 2 de la machine. La roue d'engrenage 6 est la roue motrice et com- porte un moyeu 8 qui, à l'une de ses extrémités, s'étend au- delà de la plaque 3 et est raccordée en cet endroit d'une quel- conque manière à l'arbre de sortie d'un moteur non représenté. A cet effet la plaque 3 comporte un perçage 11 traversant le moyeu 8 et logeant un dispositif d'étanchéité hydraulique 12. Les moyeux 7 et 8 sont supportés par deux manchons de support 13 disposés sur des côtés opposés des roues d'engrenage 5 et 6 de manière à définir, avec les extrémités des dents desdi- tes roues, des zones respectives de jeu 14. En référence aux figures 1, 2 et 3, on voit que le carter 2 de la machine possède une forme intérieure qui reproduit le contour périphérique de l'ensemble formé par les deux roues à engrenage 5 et 6, à savoir un contour en forme de "8". Des manchons 13 possèdent des formes analogues, cha- que manchon comportant deux perçages parallèles 15 traversés par les moyeux 7 et 8. Dans le carter 2 de la machine il est pré- vu, en correspondance avec la zone d'engrènement réciproque des roues d'engrenage 5 et 6, une ouverture d'aspiration 16 d'un côté et une ouverture de refoulement 17 sur le côté op- posé. Les roues d'engrenage 5 et 6 comportent des dents res- pectives possédant une forme connue, de sorte qu'à l'inté.- rieur de la zone d'engrènement, il n'existe aucune communica- tion directe entre les ouvertures 16 et 17, et qu'à l'inté- rieur de la zone de contact entre les dents et la paroi inté- rieure du carter 2 de la machine, il n'existe aucune pénétra- tion de fluide entre une zone sous-tendue par un couple de dents et les zones situées des deux côtés de ces dents. La pompe 1 est du type équilibré à auto-compensation comme cela ressortira clairement ci-après. Cela signifie qu'il n'existe aucune pénétration de fluide le long des zones de jeu 14. En référence aux figures 1, 2, 3 et 4, on voit que, lorsque le fluide est introduit A une pression prédétermi- née et est refoulé à une pression supérieure à la précéden- te, les zones de jeu 14 sont soumises A une pression hydrostatique répartie de façon non uniforme, qui possède une valeur minimale en correspondance avec l'orifice intéri- eur de l'ouverture d'aspiration 16 et une valeur maximum en correspondance avec l'ouverture de refoulement 17. Pour faciliter la compréhension, on a utilisé des hachures pour repérer la surface du manchon 13 soumise à une pression, désignée ci-après sous le terme de pression interne et qui dépasse la valeur minimale, c'est-A-dire est supérieure à la pression d'aspiration. Lorsque le barycentre de la pression interne ne se situe pas sur l'axe de symétrie du manchon 13 en raison du fait que la surface soumise à cet- te pression interne est conformée différemment de la face (zone 14) du manchon 13, ce dernier tend à osciller autour des moyeux 7 et 8 ce qui entraîne une pénétration de fluide le long des zones de jeu 14. Les manchons 13 sont équili- brés en compensant sur la face opposée des manchons 13 la pression interne qui s'exerce sur ces derniers. A cet ef- fet, dans la face intérieure des plaques 3 et 4 se trouve ménagé un espace intercalaire respectif qui est délimité latéralement par une garniture d'étanchéité annulaire 18 et est en communication hydraulique avec l'orifice intérieur de l'ouverture de refoulement 17. On peut obtenir cette communication en ménageant, le long de la partie centrale de la surface extérieure des manchons 13, une cavité 21 re- pérée par des lignes formées de tirets sur'la figure 2. Sur le côté de cet espace intercalaire se trouve défini un se- cond espace intercalaire raccordé a l'embouchure intérieure de l'ouverture d'aspiration 16 au moyen d'une seconde cavité également repérée par la référence 21 et ménagée dans la face du manchon 13, opposée A la pre- mière face. Ce second espace intercalaire comporte deux cavi- tés circulaires 22 ménagées dans la plaque 4 en correspondan- ce avec les moyeux 7 et 8, et une cavité 23 qui relie les ca- vités 22 l'une à l'autre et comporte une partie tournée vers la cavité correspondante 21. Cependant seule une cavité 22 est ménagée dans la plaque 3 étant donné que le trou 11 est prévu en correspondance avec l'autre cavité. Comme cela est représenté sur les figures 2 et 4, la garniture annulaire 18 comporte une première partie 25 qui épouse étroitement le contour du manchon 13, et une se- conde partie qui épouse étroitement les deux cavités 22. C'est pourquoi la garniture 18 possède une forme semblable à celle du chiffre "3". Dans la plaque 3, la partie 26 épouse étroi- tement la cavité 22 et le perçage 11. Le contour de la garni- ture 18 et par conséquent de la surface du manchon 13 tourné vers l'espace intercalaire délimité par la garniture 18 est tel que le barycentre résultant de la contre-pression appli- quée au manchon 13 est aussi proche que possible du barycen- tre résultantde la pression interne. Comme représenté sur les figures 1 et 2, la partie 25 de la garniture 18 est interca- lée entre les plaques 3 et 4 et les faces d'extrémité corres- pondantes du carter 2 de la machine. La seconde partie 26 re- présente la région limite entre les deux espaces intercalai- res, c'est-à-dire qu'elle subdivise l'espace intercalaire con- tenant le fluide à haute pression de celui contenant le flui- de à basse pression. Les points d'intersection des formes géo- métriques de la garniture 18 et du manchon 13 sont repérés par 26a et 26b et représentent les extrémités de la zone li- mite entre les deux espaces intercalaires. Des interstices, qui pourraient permettre une extrusion de la garniture 18, sont présents uniquement le long de cette zone limite. Afin de surmonter ce problème,-une seconde garniture 27 du type anti- extrusion est accouplée à la partie 26, le long de cette zone limite. La garniture 18 est réalisée en un matériau mou tel que du caoutchouc ou une matière plastique de type élastique, tandis que la garniture 27 est réalisée en un matériau dur moyennant de préférence l'utilisation de matières plastiques éventuellement du type en silicone ou bien du type connu sous la désignation Nylon. Les deux garnitures 18 et 27 sont for- mées par moulage et sont par conséquent déjà conformées avant leur montage. Un siège 28 est ménagé dans les plaques 3 et 4 de manière à loger la garniture 18 et possède la même forme que cette dernière. Comme cela est représenté sur les figures 4 et 5, la partie 25 de la garniture 18 possède une section transversale sensiblement rectangulaire, dont les deux angles inférieurs sont arrondis, tandis que la partie 26 possède une section transversale qui diffère de celle de la partie 25, par le fait que se trouve ménagée, le long de son côté exté- rieur, par rapport à l'espace intercalaire qui l'entoure, une encoche 31 dans laquelle la garniture 27, qui possède une for- me sensiblement complémentaire de celle de l'encoche 31, est repoussée à force de sorte que l'ensemble comportant la partie 26 plus la garniture 27 possède une section transversale sen- siblement semblable à celle de la partie 25. L'encoche 31 com- porte, dans la partie latérale de la partie 26, une face su- périeure 32 qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la garniture 18, et une face inférieure 33 qui est oblique par rapport à cet axe. La partie de la garniture 27, qui est logée dans l'encoche 31, possède également une face supérieu- re 34 perpendiculaire à l'axe longitudinal de la garniture 27 et une face inférieure 35 qui est oblique par rapport à cet axe. Lorsque, dans la position non active re- présentée sur la figure 5, les faces supérieures 32 et 34 des garnitures 18 et 27 sont adaptées l'une à l'autre, tandis que les faces inférieures 33 et 35, qui possèdent des inclinai- sons différentes, possèdent une zone de contact uniquement en correspondance avec leur extrémité inférieure. Pendant l'as- semblage et ultérieurement lorsque la pompe 1 est en ser- vice la garniture 18 tend à se déformer et les faces infé- rieures 33 et 35 tendent à s'ajuster l'une sur l'autre. Comme cela est représenté sur la figure 2, pour obtenir une isola- tion correcte entre lesdits deux espaces intercalaires, la partie 26 de la garniture 18 et par conséquent les extrémités de la garniture 27 s'étendent sur une très faible distance au-delà des points d'intersection 26a et 26b. En référence à la figure 1, on voit que le long des faces du carter 2 de la machine, qui sont en vis-à-vis des plaques 3 et 4, il est prévu un siège respectif 36 pour une garniture d'étanchéité annulaire correspondante 37 qui, étant donné que le fluide à haute pression est situé à l'intérieur de la garniture 18, n'est pas soumise à l'action de cette pression. Le fonction- nement de la pompe 1 est entièrement semblable à celui des pompes déjà existantes du même type et a déjà été décrit dans la description donnée précédemment. Les avantages de la présente invention ressor- tent clairement de la description qui précède. En particulier la garniture anti-extrusion est accouplée à la garniture d'étanchéité uniquement le long de la zone limite entre les espaces intercalaires ménagés entre les plaques 3 et 4 et les manchons 13. On notera que c'est seulement le long de cette zone limite qu'une extrusion de la garniture d'étanchéité pourrait se produire, si l'on ne prévoyait pas la garniture anti-extrusion. C'est pourquoi cet- te dernière n'est pas annulaire et peut être par conséquent fabriquée par moulage. Une garniture anti-extrusion possédant cette forme et fabriquée selon ce procédé permet un assem- blage des deux garnitures par des robots et ne requiert au- cun usinage par des machines-outils. Ceci entraîne une réduc- tion de l'ensemble du coût dela pompe et des coûts de main- tenance, étant donné que les garnitures sont aisément rem- plaçables. Enfin il ressortira clairement que l'on peut apporter des modifications à la pompe 1 décrite et illustrée précédemment, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Machine à engrenages destinée à être utili- sée en tant que pompe ou moteur, du type comportant - deux roues d'engrenage (5 et 6) engrenant ré- ciproquement et comprenant des moyeuX respectifs (7 et 8), dont l'un est raccordé à l'arbre de sortie d'un moteur; - deux manchons (13) supportant lesdits moyeux (7 et 8) et disposés sur les côtés desdites roues d'engrenage (5 et 6) de manière à définir des zones respectives de jeu (14); - un carter (2), à l'intérieur duquel l'ensem- ble comrnenant les roues d'engrenage (5 et 6) et les manchons (13) est installé; et - deux plaques de fermeture (3 et 4) pour le- dit carter (2) de la machine, caractérisée en ce qu'entre lesdites plaques (3 et 4) et les- dits manchons (13) se trouvent définis deux espaces interca- laires respectifs, dont un premier est délimité latéralement par une garniture d'étanchéité annulaire (18) réalisée en un matériau relativement mou, et logée dans un siège (28) ménagé dans lesdites plaques (3 et 4) et est en communication hydrau- lique avec l'orifice intérieur d'une première ouverture (17) traversée par un fluide sous haute pression, et dont le se- cond est en communication hydraulique avec l'orifice intérieur d'une seconde ouverture (16) traversée par un fluide à basse pression, une première partie (26) de ladite garniture d'étan- chéité annulaire, qui est accouplée à une garniture anti-ex- trusion (27) réalisée en un matériau relativement dur et s'éten- dant uniquement le long de la-zone limite entre lesdits espa- ces intercalaires,étant disposée entre ces derniers. 2. Machine selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ladite garniture d'étanchéité annulaire (18) comporte une première partie (26) et une seconde partie (25), qui épouse étroitement le contour périphérique dudit manchon (13) et est par conséquent intercalée entre lesdites plaques (3 et 4) et les faces correspondantes dudit carter (2) de la machine. 3. Machine selon la revendication 2, caractéri- sée en ce que ladite seconde partie (25) possède une section transversale sensiblement rectangulaire, et que ladite premiè- re partie (26) possède une section transversale sensiblement rectangulaire dont le contour comporte, le long de la partie latérale tournée vers ledit second espace intercalaire, une encoche (31) dans laquelle est logée ladite garniture anti- extrusion (17). 4. Machine selon la revendication 3, caractéri- sée en ce que ladite garniture anti-extrusion (27) possède une section transversale sensiblement semblable à celle de ladite encoche (31) de sorte que la garniture anti-extrusion (27) et la première partie (26) forment ensemble une section transversale sensiblement semblable à celle de ladite seconde partie (25). 5. Machine selon la revendication 4, caracté- risée en ce que ladite encoche (31) comporte, dans la partie latérale de ladite première partie (26),une face supérieure (32) qui est perpendiculaire à l'axe longitudinal de cette partie(26),etune face inférieure (33) qui est oblique par rapport audit axe,en ce que la partie de ladite garniture anti-extrusion (27), qui est logée dans ladite encoche 31, possède une face supérieure (34) parallèle à la face supérieure de ladite première partie (26) et une face inférieure (35) qui est oblique dans la mê- me direction que celle de ladite première partie (26), mais avec une inclinaison légèrement différente de sorte que, à l'état, lesdites faces supérieures (32 et 34) s'adap- tent parfaitement et lesdites faces inférieures (33 et 35) sont en contact uniquement au niveau de leur extrémité infé- rieure, tandis que, pendant le fonctionnement, lesdites faces inférieures (33 et 35) tendent à s'ajuster sous l'effet de la déformation à laquelle est soumise ladite première partie (26). 6. Machine selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisée en ce que ledit second es- pace intercalaire comporte deux premières cavités (22) ména- gées dans lesdites plaques (3 et 4) en correspondance avec les extrémités desdits moyeux (7 et 8), et une seconde cavité (23),qui raccorde les premières cavités l'une à l'autre et est en communication hydraulique avec ladite seconde ouver- ture (16); ladite première partie (26) épousant étroitement lesdites premières cavités (22). 7. Machine selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisée en ce que ladite garniture anti- extrusion (27) est réalisée par moulage d'une matière plasti- que comme par exemple le matériau connu sous le nom de Nylon. 8. Machine selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisée en ce que ladite garniture d'étan- chéité (18) est réalisée en caoutchouc par exemple par mouZage. 9. Garniture d'étanchéité utilisable dans une machine à engrenages selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour délimiter un espace intercalaire dans lequel se trouve disposé un fluide à haute pression, caractérisée en ce qu'elle comporte une première partie (26) servant à isoler ledit espace intercalaire vis-à-vis d'un second espace inter- calaire dans lequel un fluide à basse pression est présent, ainsi qu'une encoche latérale (31) servant à recevoir une gar- niture anti-extrusion (27) réalisée en un matériau relative- ment dur.