Brevet FR2619865A1 — publié le 19890303

L'invention concerne les pompes & fluide et plus particulièrement un ensemble à plateau de distribution contenant des clapets de retenue d'entrée et de sortie à utiliser dans de petites pompes à piston à mouvement alternatif, telles que de petits compresseurs d'air utilisés à des fins médicales. Dans des compresseurs à piston à mouvement alternatif à pression et capacité relativement basses, une plaque de distribution présentant des orifices d'entrée et L0 de sortie est bridée entre un cylindre et une culasse. Des clapets à lames sont rivetés ou autrement fixés sur des côtés opposés de la plaque de distribution de façon à former des clapets de retenue qui permettent à l'air de pénétrer par l'orifice d'entrée dans le cylindre pendant la L5 course d'admission ou d'aspiration du piston et de s'écouler par l'orifice de sortie pendant la course de compression. - On rencontre souvent des problèmes pendant la fabrication de compresseurs comportant des clapets à lames. Les plateaux de distribution de l'art antérieur sont relativement coûteux à fabriquer et tendent à fuir, ce qui a pour conséquence de réduire le débit du compresseur. Les lames métalliques des clapets sont soumises à des flexions pendant la manipulation du plateau. Par conséquent, il est nécessaire d'essayer chaque compresseur après qu'il a été assemblé et il est souvent nécessaire de démonter partiel- lement un compresseur venant d'être fabriqué pour remplacer un plateau de distribution défectueux. De plus, les lames des clapets peuvent flêchir en utilisation normale et elles tendent & être bruyantes en cours de fonctionnement. L'art antérieur décrit aussi des plateaux de distribution dans lesquels un élément élastique et plat est bridé au-dessus d'orifices. Des pattes ou lamelles circulaires ou de forme quelque peu parabolique sont découpées dans l'élément élastique pour former des clapets reliés & l'élément par des charnières élastiques. Les clapets sont disposés de façon à recouvrir les orifices. Cet agencement élimine certains des problèmes posés par les clapets à lames. Cependant, la fermeture des lamelles des clapets est limitée par la force limitée exercée par la charnière élastique. De plus, des éléments supplémentaires tels qu'une seconde plaque rigide sont nécessaires pour former les clapets d'admission et d'échappement. L'invention concerne un plateau de distribution perfectionné à utiliser dans de petites pompes à fluide à piston à mouvement alternatif, telles que des compresseurs d'air à faible capacité. L'ensemble comporte une plaque à clapet similaire à la plaque ou plateau à clapet de l'art antérieur, présentant des ouvertures qui définissent des orifices d'entrée et de sortie. Une pièce moulée de distribution en caoutchouc est enroulée autour du bord de la plaque à clapet pour former un joint étanche entre cette plaque et une culasse. La pièce moulée de distribution est réalisée d'une seule pièce avec une première lamelle ou patte qui recouvre l'orifice d'entrée, ne s'ouvrant que du côté cylindre de la plaque de distribution pour former un clapet de retenue d'admission, et elle est réalisée d'une seule pièce avec une seconde patte ou lamelle qui recouvre l'orifice de sortie ne s'ouvrant que du côté culasse de la plaque de distribution pour former un clapet de retenue de sortie. Du fait de l'élasticité naturelle du caoutchouc de la pièce moulée de distribution, les clapets sont normale- ment fermés, mais s'ouvrent avec une chute minimale de pression. En supprimant le contact métal sur métal des lames de clapet de l'art antérieur, on réduit sensiblement le niveau de bruit du compresseur. La pièce moulée de distribution en caoutchouc remplace à la fois les lames de clapet et une garniture rapportée en caoutchouc normalement utilisée pour assurer l'étanchéité entre les chambres d'entrée et de sortie dans la culasse à proximité immédiate de la plaque de distribution. Le travail demandé pour l'assemblage de la plaque de distribution est notablement réduit, avec la diminution du nombre de pièces et la plus grande simplicité d'assemblage. De plus, on augmente le rendement du compresseur. L'invention a donc pour objet de proposer un plateau de distribution perfectionné à utiliser dans de petites pompes à fluide à piston à mouvement alternatif telles que de petits compresseurs d'air. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un plateau de distribution de l'art antérieur à utiliser dans une petite pompe à fluide à piston à mouvement alternatif; la figure 2 est une coupe longitudinale partielle d'un compresseur d'air à piston à mouvement alternatif, montrant un cylindre, une culasse, un piston et un plateau de distribution selon l'invention; la figure 3 est une vue en plan de dessous d'une pièce moulée de distribution en caoutchouc à utiliser dans un plateau de distribution selon l'invention; la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3; la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 3; la figure 6 est une coupe partielle similaire à celle de la figure 2, mais montrant le piston se déplaçant vers le bas et le clapet d'admission en position ouverte; et la figure 7 est une cdupe partielle analogue celle de la figure 2, mais montrant le piston se déplaçant vers le haut et le clapet de sortie en position ouverte. En référence aux dessins et en particulier à la figure 1, un exemple de plateau 10 de distribution de l'art antérieur, d'un type parfois utilisé dans un petit compresseur à piston & mouvement alternatif (non représen- té) est illustré. Le plateau 10 de distribution est conçu pour être fixé à une culasse au-dessus d'un piston. Le plateau 10 comprend de façon générale une plaque métallique circulaire plane 11 qui définit un orifice d'entrée 12 et un orifice de sortie 13. Une lame métallique plane 14 de clapet est fixée à une surface inférieure 15 de la plaque 11 au moyen d'un rivet ou d'une vis 16 et est disposée de façon à recouvrir l'orifice d'entrée 12. Une seconde lame métallique plane 17 de clapet est fixée à une surface supérieure 18 de la plaque 11 au moyen d'un rivet ou d'une vis 19 de façon à recouvrir l'orifice de sortie 13. Le plateau 10 de distribution est fixé à une culasse de compresseur (non représentée) au moyen d'une vis (non représentée) passant dans une ouverture centrale 20 de la plaque 11. Une garniture plate 21 d'étanchéité s'étend le long de la périphérie de la surface supérieure 18 pour assurer l'étanchéité entre la plaque 11 et la culasse du compresseur. La garniture 21 comprend un voile diagonal 22 qui assure également l'étanchéité avec la culasse pour séparer une chambre d'admission, située dans la culasse au- dessus de l'orifice 12 d'entrée, d'une chambre de sortie située dans la culasse au-dessus de l'orifice 13 de sortie. Enfin, la plaque 11 de distribution et la garniture 21 présentent des encoches 23 et 24 de positionnement, respectivement, pour positionner de façon appropriée la garniture 21 sur la plaque 11 de distribution et pour positionner l'ensemble 10 par rapport à la culasse. En fonctionnement, la lame 14 de clapet fléchit pour permettre à l'air de passer par l'orifice d'entrée 12 et de pénétrer dans le cylindre durant la course d'admis- sion ou d'aspiration du piston. Lorsque le mouvement du piston s'arrête, la lame 14 de clapet se déplace sous L0 l'effet de son élasticité de façon à fermer l'orifice 12. Pendant la course de compression, la pression de l'air dans le cylindre dévie la lame 17 de clapet pour permettre à l'air comprimé de s'écouler par l'orifice 13 de sortie. A la fin de la course de compression, la lame 17 de clapet L5 revient vers sa position normale, fermant l'orifice 13. A chaque fois que l'une des lames de clapet 14 ou 17 se ferme, le contact métal sur métal émet un bruit. Les lames métalliques 14 et 17 de clapet sont également sujettes à la fatigue et à une flexion au bout d'une utilisation prolongée et peuvent ne pas s'appliquer de façon bien étanche contre la plaque 11 de distribution, réduisant ainsi le rendement du compresseur. En référence à présent aux figures 2 à 5, il est représenté un plateau perfectionné 25 de distribution selon l'invention. Sur la figure 2, une partie d'un compresseur 26 comprenant le plateau 25 de distribution est représentée. La partie illustrée du compresseur 26 comprend un cylindre 27, une culasse 28 et un piston 29 à mouvement alternatif. Le plateau 25 de distribution comprend une plaque circulaire 30 de distribution qui définit un orifice d'entrée 31 et un orifice de sortie 32. Une pièce moulée 33 de distribution en caoutchouc entoure partiellement un bord extérieur 34 de la plaque 30 et s'étend le long de la périphérie d'une surface supérieure 35 de la plaque 30. Ainsi qu'on peut mieux le voir sur les figures 2 et 3, la pièce moulée 33 de distribution comporte un voile 36 qui s'étend le long d'un diamètre de la pièce moulée 33. Le plateau 25 de distribution est fixé & la culasse 28 au moyen d'une vis 37 passant dans une ouverture centrale 38 de la plaque 30. Lorsque la plaque 30 est fixée & la culasse 28, la pièce moulée 33 de distribution forme un joint étanche entre la plaque 30 et la culasse 28 afin d'isoler une chambre d'admission 39, une chambre de sortie et une chambre de compression 41 au-dessous de la plaque 30. La plaque 30 de distribution est sensiblement identique à la plaque 11 de distribution de l'art anté- rieur, sauf que des trous de rivets ou de vis ne sont pas nécessaires avec la suppression des lames de clapet 14 et 17. De plus, grâce & l'élimination des lames de clapet, la plaque 30 peut être fabriquée en une matière moins coûteuse, par exemple une résine.synthétique. Les figures 3 à 5 représentent en détail la pièce moulée 33 de distribution en caoutchouc. La pièce moulée 33 de distribution présente une surface supérieure globalement plane 42 qui porte contre la surface supérieure de la plaque 30, un bord extérieur cylindrique 43 qui porte contre le bord 34 de la plaque et une surfacé inférieure plane 44 qui porte contre une surface inférieure 45 de la plaque 30 (voir figure 2). La surface supérieure 42 définit une ouverture semi-circulaire 46 entre le voile central 36 et une partie annulaire 47 adjacente au bord extérieur 43. Une seconde ouverture 48, située sur le côté opposé du voile 36, s'étend jusqu'à une patte ou lamelle 49 de clapet de sortie. Le voile 36 présente une ouverture centrale 50 dans laquelle passe la vis 37. Une encoche 51 de positionnement est formée dans le bord extérieur 43 à proximité immédiate d'une extrémité du voile 36 pour être associée à une encoche correspondante de positionnement (non représentée) de la plaque 30. Sur la surface in- férieure 44 de la pièce moulée 33 de distribution, une patte ou lamelle semi-circulaire 52 de clapet d'entrée s'étend à partir du bord extérieur 43, en opposition à une partie de l'ouverture 46, pour porter contre la surface inférieure 45 de la plaque. Lorsque la pièce moulée 33 de distribution est positionnée sur la plaque 30, la lamelle 52 du clapet d'entrée recouvre l'orifice d'entrée 31 et la lamelle 49 du clapet de sortie recouvre l'orifice de sortie 32, comme montré sur la figure 2. 0 En observant les dessins, on notera que les deux lamelles 49 et 52 des clapets sont de forme semi- circulaire et sont maintenues le long de leur bord incurvé. En conséquence, lorsque l'une des lamelles de clapet s'ouvre, la matière élastique formant cette lamelle est étirée et soumise à une tension. La tension de la lamelle du clapet augmente notablement la force tendant à fermer le clapet par rapport à celle qui s'exerce dans un clapet globalement similaire, articulé uniquement par un bord. La forme des lamelles de clapet et la tension tendant à fermer 0 les lamelles permettent l'utilisation d'orifices de distribution plus grands pour augmenter le rendement de la pompe, et permettent aussi l'utilisation de formes non circulaires pour les orifices de distribution, par exemple une forme semi-circulaire. S Les figures 6 et 7 illustrent le fonctionnement du compresseur 26. Sur la figure 6, le piston 29 se déplace vers le bas, s'éloignant du plateau de distribution 25 lors d'une course d'admission. L'aspiration à l'intérieur du cylindre 41 a pour effet d'éloigner la lamelle 52 du clapet O d'entrée de la surface 45 de la plaque de distribution et de l'air est aspiré de la chambre d'entrée 39, à travers l'orifice d'entrée 31, dans le cylindre 41. La pièce moulée 33 de distribution est de préférence formée en un caout- chouc élastique et une très faible chute de pression a lieu lorsque de l'air est aspiré en passant par la lamelle 52 du 8 6619865 clapet d'entrée. Pendant la course d'aspiration, l'air comprimé dans la chambre 40 de sortie et l'élasticité de la lamelle 49 de clapet maintiennent un joint étanche aux fluides entre la lamelle 49 du clapet de sortie et la surface supérieure 35 de la plaque 30 afin d'empêcher toute fuite par l'orifice 32 de sortie, A la fin de la course d'admission ou d'aspiration, la lamelle 52 de clapet est repoussée contre la surface inférieure 45 de la plaque pour fermer de nouveau de façon étanche l'orifice d'entrée 31. Pendant la course de compression du piston 29, comme montré sur la figure 7, l'air comprimé se trouvant dans le cylindre 41 éloigne la lamelle 49 du clapet de sortie de la surface supérieure 35 de la plaque et l'air comprimé s'écoule de la chambre 41 par l'orifice de sortie 32 dans la chambre de sortie 40. Pendant la course de compression, la pression de l'air et l'élasticité de la lamelle 52 du clapet maintiennent un joint étanche aux fluides entre la lamelle 52 du clapet d'entrée et la surface inférieure 45 de la plaque afin d'empêcher toute fuite par l'orifice d'entrée 31. Le plateau 25 de distribution présente de nombreux avantages sur le plateau 10 de distribution de l'art antérieur. Les coûts de fabrication sont notablement réduits, car le nombre de pièces et le nombre d'étapes d'assemblage demandés sont moindres. De plus, la plaque 30 peut être fabriquée en des matières moins coûteuses que la plaque 11. Le bruit de fonctionnement est notablement réduit, car le contact métal sur métal entre les lames 14 et 17 des clapets et la plaque 11 est remplacé par un contact caoutchouc sur métal entre les lamelles 49 et 52 des clapets et la plaque 30. Les lames métalliques 14 et 17 des clapets de l'art antérieur sont sujettes aux fuites. Aucun problème de fuite n'est apparu au cours d'essais de la pièce moulée 33 de distribution. En l'absence de fuite, le rendement du compresseur est amélioré. Bien que le plateau 25 de distribution ait été décrit dans son utilisation dans un compresseur, on appréciera qu'il fonctionne de façon aussi efficace lorsqu'il est mis en oeuvre dans d'autres types de pompes à fluide tels qu'une pompe d'aspiration ou une pompe à vide. Il va de soi que de;nombreuses modifications peuvent être apportées au plateau de distribution décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Plateau de distribution pour petite pompe à fluide (26), caractérisé en ce qu'il comporte une plaque (30) globalement plane présentant des première et seconde surfaces (35, 45) et un bord (34) s'étendant entre lesdites surfaces, la plaque définissant des premier et second orifices (31, 32) s'étendant entre lesdites surfaces, et une pièce moulée élastique (33) de distribution comprenant un bord extérieur (43) entourant ledit bord de la plaque, une première lamelle (49) de clapet s'étendant à partir du bord extérieur le long d'une partie de la première surface et recouvrant le premier orifice et une seconde lamelle (52) de clapet s'étendant à partir du bord extérieur le long d'une partie de la seconde surface et recouvrant le second orifice. 2. Plateau de distribution selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que.la plaque est globalement circulaire et en ce que les première et seconde lamelles de clapet sont semi-circulaires. 3. Plateau de distribution selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que chacune des première et seconde lamelles de clapet est soumise à une tension lorsqu'elle est écartée de la surface adjacente de la plaque pour permettre le passage d'un fluide par l'orifice adjacent. 4. Plateau de distribution selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que la pièce moulée de distribu- tion présente une surface de garniture annulaire d'étan- chéité s'étendant à partir dudit bord extérieur le long du périmètre de la première surface de la plaque. 5. Plateau de distribution selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que la pièce moulée de distribu- tion est réalisée d'une seule pièce avec un voile (36) s'étendant diamétralement de manière que, lorsque le plateau de distribution est monté dans la pompe, le voile forme une garniture d'étanchéité séparant des chambres à fluide (39, 40) qui sont adjacentes à la première face de la plaque et qui communiquent séparément avec les premier et second orifices.