Brevet FR2613432A1 — publié le 19881007

MACHINE A PISTON ROTATIF, EN PARTICULIER MACHINE A ENGRENAGE DU TYPE A COURONNE DENTEE L'invention se rapporte à une machine à piston rotatif et de façon plus particulière à une machine à engrenage du type à cou- ronne dentée. La présente invention se rapporte aussi bien à des machines du type à couronne dentée utilisées comme pompes ou comme moteurs. Une machine à engrenage du type à couronne dentée est constituée d'une couronne extérieure fixe par rapport au carteret à denture intérieure, comportant par exemple sept dents, et d'un rotor à denture extérieure comportant six dents. La denture inté- rieure de la couronne extérieure peut également être formée par des rouleaux. La forme des dents y est telle qu'il se fait une étanchéité entre la couronne extérieure et le rotbr;-Une moitié des chambres de denture, ou chambres de déplacement, existant entre la couronne ex- térieure et le rotor est respectivement reliée au côté haute pres- sion et l'autre moitié, au c6té basse pression. Une vanne rotative de répartition (tiroir rotatif de commande) sert à commander la machine. Pendant le déplacement d'une dent du rotor pour passer d'un entredent de la couronne extérieure au suivant, chaque chambre de denture se remplit et se vide une fois. A partir du document DE-PS 12 93 601, on connaft déjà une machine à piston rotatif dans laquelle dans un tiroir ro- tatif sont prévus des canaux- de commande radiaux et également des canaux de commande sous forme de rainures dirigées axialement. A ces canaux de commande sont reliés des canaux de passage qui sont formés dans le carter, qui, d'un côté, débouchent dans un alésage du carter -et qui, de l'autre côté, sont reliés aux chambres de denture. En ou- tre, dans le carter est prévu-un canal annulaire qui est relié aux canaux de commande conçus sous forme de rainures. Les canaux de com- mande radiaux conduisent par ailleurs à l'intérieur d'un tiroir ro- tatif et, en passant par l'espace intérieur du tiroir rotatif, réa- lisent la liaison avec un autre canal annulaire du carter. De leur 26 1 3432 côté, les canaux annulaires disposés dans le carter sont reliés, par des alésages du carter, au raccord du fluide sous pression. Une telle pompe nécessite une dépense notable de fabrication et produit en outre un niveau de bruit élevé. A partir du document DE-PS 26 08 887, on connait déjà une machine à piston rotatif pour liquide dans laquelle des ouvertures de commande prévues dans une partie principale du ti- roir rotatif de commande sont dirigées sous un angle faible d'envi- ron 3 à 8 , obliquement par rapport à la directrice, parallèle à l'axe, de la surface de commande en question, étant précisé en ou- tre que l'obliquité et la largeur des ouvertures de commande diri- gées obliquement sont calculées de façon telle que les ouvertures de commande reliées aux cellules du piston rotatif sont à peu près exactement recouvertes par une sur deux des barrettes d'étanchéité qui subsistent entre les autres ouvertures de commande, et, par con- tre, sont recouvertes avec une marge de recouvrement par les bar- rettes d'étanchéité situées entre les précédentes. Grâce à cette dis- position, on doit pouvoir éviter largement les chocs de pression dans les conduites de raccordement, et ceci, sans que soit néces- saire un usinage supplémentaire. De ce point de vue, il faut se rapporter au document IT-PS 42 50 494 o, sur la figure 5, sont in- diquées des découpes en forme de toit ou de rein qui donnent le même résultat que des ouvertures de commande obliques. Sur la page 1, li- gnes 58 à 70 du brevet italien mentionné, on indique que la section choisie augmente successivement le débit, de façon que ce ne soit pas la totalité de la section qui soit libérée d'un seul coup. Du document DE-OS 19 06 445 on peut retenir l'enseigne- ment consistant à concevoir une machine à piston rotatif avec des ouvertures de commande et des barrettes d'étanchéité de largeurs différentes de façon telle qu'une partie des ouvertures de commande soit exactement recouverte par les barrettes d'étanchéité et qu'une autre partie en soit recouverte avec une marge de recouvrement. Le but de la présente invention est de concevoir une machine à piston rotatif du type mentionné au début de façon à obte- nir une fabrication simple et donc d'un coût favorable sans employer de processus d'usinage compliqués, sans qu'il faille renoncer aux avantages d'une production minimale de bruit lors de l'exploitation de la machine. Selon l'invention, on prévoit une machine à piston ro- tatif pour fluides liquides sous pression que l'on peut utiliser comme pompe ou comme moteur. Le carter de la machine forme une pre- mière roue dentée, ou bien guide des rouleaux qui forment cette roue dentée. Cette première roue dentée, ou bien les rouleaux qui forment cette roue dentée, entourent une seconde roue dentée qui présente une dent de moins que la première roue dentée. La seconde roue dentée est reliée à l'arbre de sortie par l'intermédiaire d'un arbre articulé. La seconde roue dentée peut exécuter, par rapport à la première roue dentée, un mouvement de roulement et un mouvement de rotation, de sorte qu'entre la première et la seconde roues den- tées se forment des chambres de denture ou chambres du piston rota- tif. Un tiroir rotatif de commande (vanne rotative de répartition) tourne avec l'arbre de sortie 6 et réalise la liaison avec les cellules du piston rotatif. Selon l'invention, des rainures dirigées parallèlement à l'axe longitudinal du carter sont prévues dans le tiroir rotatif et la largeur des barrettes existant entre ces rai- nures est choisie différente. Une largeur de barrette plus petite alterne avec une largeur de barrette plus grande. La largeur de barrette plus grande réalise un recouvrement positif au moyen d'une marge de recouvrement, de sorte que pour la dimension maximale de la chambre du piston rotatif, une ouverture de commande en forme d'ellipse peut, par son petit axe, se trouver entièrement dans le domaine de la barrette large et donner lieu, des deux estés, à une marge de recouvrement. Pour la dimension minimale de la chambre du piston rotatif, l'ouverture de commande en forme d'ellipse se trouve, par son petit axe, presque exactement dans le domaine d'une barrette étroite. De préférence, l'ellipse, dont le grand axe est dirigé, dans le tiroir de commande, parallèlement aux rainures parallèles à l'axe, se trouve, pour la position appropriée du tiroir rotatif, en- tièrement dans le domaine d'une rainure longitudinale. Des deux côtes 26 1 3 4 3 2 de ces rainures longitudinales sont disposées des rainures radiales, de façon à éviter les rainures radiales correspondantes dans le car- ter. Tous les canaux de passage, qui réalisent la liaison entre les chambres de denture et le tiroir rDtatif, se terminent dans la zone du tiroir rotatif en ouvertures de commande en forme d'ellipse. De préférence, les canaux de passage présentent un alésage oblique qui se termine au tiroir rotatif et les relie à un alésage dirigé axialement. D'autres avantages, buts et détails de l'invention res- sortent de la description d'un exemple d'exécution à l'aide du des- sin. La figure 1 représente une coupe longitudinale d'une machine à couronne dentée, donforme à l'invention. La figure 2 est une coupe selon essentiellement la li- gne 2-2 de la figure 3. La figure 3 est une vue latérale de l'arbre de sortie avec vanne de répartition incorporée. La figure 4 est une coupe partielle de la vanne de ré- partition selon la figure 3. La figure 5 est une représentation schématique dévelop- pée d'une vue de dessus de la vanne de répartition, étant précisé que ne sont représentées que quelques-unes des ouvertures de commande prévues dans le carter de l'arbre de sortie. A l'aide des figures 1 à 5, on décrit une machine à pis- ton rotatif réalisée sous forme d'une machine à couronne dentée 1. Les machines à couronne dentée peuvent être utilisées aussi bien comme pompes que comme moteurs. Mais Alles sont principa- lement utilisées comme moteurs. C'est pourquoi la présente descrip- tion emploie à l'occasion des expressions qui se rapportent plut6t à l'exploitation en moteur, bien que l'invention puisse également s'appliquer aux pompes. La machine à couronne dentée 1 conforme à l'invention présente un carter 2 qui est constitué d'un carter 3 de l'arbre de sortie et d'un carter 4 de la couronne dentée. Dans le carter 3 de l'arbre de sortie tourillonne un arbre de sortie 6, avec utilisation d'un dispositif 44 de palier et de graissage. Une vanne de répartition rotative (tiroir rotatif de commande) 9 est conçue d'une pièce avec l'arbre de sortie 6. Entre le carter 3 de l'arbre de sortie et le carter 4 de la couronne dentée est prévu, avec emploi de garnitures d'étan- chéité non représentées en détail, un disque intermédiaire 10 qui présente plusieurs ouvertures 12 disposées sur un cercle. Un cou- vercle 13 obture le carter 4 de la couronne dentée. Des vis 14 pas- sent dans les alésages 14a et se vissent dans le carter 3 de l'arbre de sortie pour fixer l'un contre l'autre le carter 3 de l'arbre de sortie, le disque intermédiaire 10 et le carter 4 de la couronne dentée ainsi que le couvercle 13. Dans le couvercle 13 est prévu un alésage 17 dans lequel est vissé un bouchon 16. La vanne de répartition 9 présente des rainures annu- laires 18 et 19 qui sont formées sur la périphérie extérieure de l'arbre de sortie 6 et sont disposées à une certaine distance l'une de l'autre le long de l'axe longitudinal 52. La rainure annulaire 18 est en liaison, d'une façon représentée schématiquement, et non détaillée, sur la figure 1 au moyen d'une ligne en tireté-ponctué, avec un raccord 61 de fluide sous pression. Pour la rainure annu- laire 19, le raccord 62 de fluide sous pression est également indi- qué sur la figure 1 au moyen d'une ligne en tireté-ponctué. La rai- nure annulaire 18B est également repérée par B et la rainure annu- laire 19 par A. Dans le cas de l'exploitation en pompe, c'est, se- lon chaque fois le sens de rotation, soit la rainure annulaire 18, soit la rainure annulaire 19 qUi est alimentée en fluide sous pres- sion, de préférence un liquide hydraulique, et le fluide sous pres- sion peut alors être envoyé, depuis la rainure annulaire 19 ou 18, à un récepteur. Dans le cas de l'exploitation en moteur, selon cha- que fois le sens de rotation désiré, le fluide sous pression est amené soit à la rainure -annulaire 18, soit à la rainure annulaire 19. L'arbre de sortie 6, y compris la vanne de répartition 9, d'une pièce avec lui, est représenté en détail sur les figures 3, 4 et 5. Dans l'exemple d'exécution représenté, sur la périphérie extérieure de l'arbre de sortie 6 sont formées douze rainures longi- tudinales 20 à 31 qui sont dirigées parallèlement à l'axe longitu- dinal 52. Ces rainures longitudinales sont alternativement en liai- son avec les rainures annulaires 18 ou 19 comme cela est représenté en détail sur les figures 3-5. A l'intérieur de l'arbre de sortie 6 est formé un alé- sage 32 qui est muni de dents et qui engrène avec les dents d'un arbre articulé 47. L'arbre articulé 47 s'étend dans l'espace inté- rieur d'un rotor 49 qui tourillonne dans le carter 4 de la couron- ne dentée. De façon connue, le rotor 49 forme, par sa denture ex- térieure, qui présente six dents non représentées en détail, six chambres de denture, également non représentées en détail, avec la denture intérieure d'un composant qui entoure le rotor 49. Dans le cas représenté, la denture intérieure est formée par sept rouleaux représentant des dents et dont l'un est indiqué en 50. Il est égale- ment possible et connu, au lieu des rouleaux, de munir de dents, sur sa périphérie intérieure, le carter 4 de la couronne dentée lui- même. Faisons encore remarquer qu'une douille d'écartement 48 sert à l'appui de lParbre articulé 47 contre le couvercle 13. On voit en particulier sur la figure 1 que dans le car- ter 3 de l'arbre de sortie sont au total formés sept canaux de pas- sage 33 qui relient les rainures 20 à 31 avec les sept chambres de denture qui se forment entre les rouleaux 50 et la denture exté- rieure du rotor 49. Dans l'exemple d'exécution représenté, comme mentionné, sont prévues douze rainures longitudinales 20 à 31 et de même il y a sept canaux de passage 33. Ces canaux de passage 33 sont reliés aux chambres de denture par également sept ouvertures 11 pré- vues dans le disque intermédiaire 10. Les canaux de passage 33, formés dans le carter 3 de l'arbre de sortie, présentent respectivement un alésage 5 dirigé parallèlement à l'axe longitudinal 52 (et aligné avec une ouverture 11 du disque intermédiaire 10) et présentent en outre un alésage de commande 34 qui est en liaison avec l'alésage dirigé axialement et 26 1 3432 qui est conçu sous forme d'alésage oblique. Du fait que l'alésage oblique 34 se termine contre une surface du cylindre circulaire, il apparaît une ouverture de commande 35 en forme d'ellipse. Cette ouverture de commande 35 en forme d'ellipse, conforme à l'invention, est désignée brièvement cidessous sous le nom d'ellipse de commande 35. Dans le cas de l'exemple d'exécution représenté, il y a sept ellipses de commande dont deux sont indiquées sur la figure 5. A chaque instant, chacune des ellipses de commande 35 se trouve en liaison, par l'intermédiaire des rainures 20 à 31, soit avec le ca- nal annulaire 18 soit avec le canal annulaire 19, à l'exception toute- fois de quelques cas particuliers qui sont encore à décrire. Voyons en détail, en particulier à l'aide de la figure , la conception, conforme à l'invention, de la vanne de répartition rotative 9. La largeur de fente ou de rainure 37 est de préférence la même pour toutes les rainures 20 à 31. Les barrettes 54 et 55 qui se trouvent entre les fentes ou rainures 20 à 31, présentent des largeurs différentes et, de façon plus précise, les barrettes 54 ont une largeur de barrette 38 et les barrettes 55 ont une largeur de barrette 39 qui est donc supérieure à la largeur 38. Entre les bar- rettes 54 et 55, alternativement étroites et larges, il y a des en- tretoises de barrettes 59 (voir figure 5) qui présentent une lar- geur 58 d'entretoises de barrettes. La plus grande largeur de barrette 39 est la somme de la plus petite largeur de barrette 38 plus deux fois la marge derecou- vrement 42 et 43 (voir figure 5). Par "marge de recouvrement 42 et 43" on désigne la valeur dont la largeur de la barrette 55 est supé- rieure à la valeur du petit axe 40 de l'ellipse de commande. La va- leur du grand axe de l'ellipse de commande est désignée par 41. On reconnaît sur la figure 5 que la plus petite largeur de barrette 38 correspond à peu près à la valeur du petit axe 40 de l'ellipse de commande 35. De préférence, la longueur totale de l'ellipse de com- mande 35 reste à l'intérieur de la longueur 57 de la rainure. Grâce à la forme en ellipse des ouvertures de commande 35, on obtient que, en collaboration avec le fait que les rainures 261343z2 à 31 sont dirigées parallèlement à l'axe longitudinal 52, il se fait une liaison progressivement croissante ou décroissante entre les canaux de passage 33 et les rainures annulaires 18 et 19, ce qui conduit à une exploitation du moteur ou de la pompe 1 sans choc. On obtient de façon simple la forme elliptique désirée pour l'ouvertu- re de la commande 35 grâce à l'emploi de l'alésage oblique, qui con- duit automatiquement à la forme elliptique. Grâce à l'emploi simultané d'ellipses de commande avec le recouvrement positif représenté sur la figure 5 et obtenu au moyen de la marge de recouvrement, on obtient un autre amortisse- ment du bruit, de sorte qu'au total on obtient une exploitation extraordinairement peu bruyante pour la machine à piston rotatif 1 conforme à l'invention. En complément, mentionnons encore, en ce qui concerne le recouvrement, que le cas, représenté sur la figure 5, d'un recou- vrement positif, pour lequel l'ellipse de commande 35 se trouve dans le domaine de la barrette située entre les deux fentes 22 et 23, est prévu pour le cas o la chambre de denture présente son volume maxi- mal. Lorsque par contre la chambre de denture présente son volume minimal, on se trouve dans la situation o l'ellipse de commande 35 est représentée entre les fentes ou rainures 27 et 28 sur la figure , c'est-à- dire o l'ellipse de commande correspond presque exacte- ment au domaine de la barrette située entre-les rainures 27 et 28. 2 6 1 3 4 3 2 Z613432 REVENDICATIONS 1. Machine à piston rotatif (1), en particulier pour liquides sous pression, dans laquelle sont prévus un car- ter (2), un arbre de sortie (6) qui peut tourillonner dans le carter, une:disposition formant des chambres de denture et constituée d'une roue dentée extérieure présentant des dents ou des rouleaux et d'une roue dentée intérieure qui présente une dent de moins que la roue dentée extérieure, un arbre articulé pour relier l'arbre de sortie et la disposition de chambres de denture, une vanne de répartition en liaison positive avee l'arbre de sortie, pour amener le fluide sous pression dans les chambres de denture ou l'en évacuer, des rac- cords (61, 62) dans le carter (2) de la pompe pour amener le fluide sous pression à la machine et l'en évacuer, des canaux de commande dans la vanne de répartition (9) pour relier, par l'intermédiaire de canaux de passage (33) prévus dans le carter (2), les raccords (61, 62) avec les chambres de denture, étant précisé que les canaux de passage (33) présentent, près de la vanne de répartition (9), des ouvertures de commande en forme d'ellipse (ellipses de commande) (35), caractérisée en ce que la vanne de répartition (9) est conçue d'une pièce avec l'arbre de sortie (6); en ce que tous les canaux de com- mande sont formés dans la périphérie extérieure de la vanne de répar- tition (9) sous forme de rainures(20-31) parallèles à l'axe et ayant des barrettes (54, 55) entre elles; et en ce que la lar- geur des barrettes qui limitent les rainures dans la direction périphé- rique est choisie de façon telle que chaque fois et alternativement une barrette (54) présente une largeur correspondant à peu près à la valeur (40) du petit axe de l'ellipse de commande, tandis qu'une au- tre barrette (55) présente une largeur qui est supérieure, de la va- leur d'une marge de-recouvrement (42, 43), à la valeur (40) du petit axe de l'ellipse de commande. 2. Machine à piston rotatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que la valeur (41) du grand axe de l'ellipse de commande (35) correspond à peu près à la longueur totale (55) de la 26 1 3432 rainure. 3. Machine à piston rotatif selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisée en ce que les canaux de pas- sage (33) présentent un alésage oblique (34) qui forme l'ouverture de commande (35) en forme d'ellipse et un alésage (5) dirigé paral- lèlement à l'axe longitudinal de la pompe (52).