Brevet FR2631081A1 — publié le 19891110

Pompe à membrane annulaire La présente invention concerne une pompe à membrane annulaire avec une membrane annulaire déformable et un piston rotatif qui se trouve à l'intérieur de cette membrane, la membrane annulaire'présentant un élément de maintien ou de serrage, ou similaire, dépassant radialement vers l'extérieur et fixé dans le carter de pompe entre l'admission. et la sortie de la pompe, et la membrane présentant, éventuellement, au moins un bourrelet annulaire intérieur. On connaît déjà une pompe à membrane de ce type par le brevet allemand DE29 11 609. Dans cette pompe connue, le piston rotatif passe une fois à chaque rotation,sur l'élément de serrage, élément qui oppose alors au piston rotatif une résistance à l'affaissement plus grande que les autres régions de la membrane annulaire. La flexibilité propre de la membrane annulaire, fonction du matériau, est dimensionnée de telle sorte que la membrane puisse être déformée d'une manière satisfaisante, tout en possédant une faculté d'allongement minimale dans le sens périphérique. Mais cette adaptation du matériau aux régions de la membrane autres que l'élément de serrage a pour conséquence que ce dernier présente la flexibilité relativement faible précitée. Ceci se traduit désavantageusement, en particulier lorsqu'on fait fonctionner la pompe à haut régime, par une pompe qui "ne tourne pas rond", et par des vibrations. Afin de réduire ces inconvénients, il a été proposé, dans la demande de brevet allemand DE-28 53 916, de prévoir dans la région de l'élément de serrage un bombement vers l'extérieur de la membrane annulaire. Mais cela ne fournit pas non plus une face de roulement lisse et sans à-coups pour le piston rotatif et, en outre, la fabrication de la membrane annulaire en est rendue plus compliquée. Une application étanche de la partie de membrane sollicitée par le piston rotatif contre la paroi intérieure de la chambre de travail est particulièrement nécessaire pour l'aspiration de fluides gazeux (autoaspira- tion). A cet effet, il doit se produire une pression d'application cor- respondante de la membrane contre la paroi intérieure. Afin de l'obtenir, tout en tenant compte des tolérances dimensionnelles apparaissant lors de la fabrication, on ne peut en général pas éviter.une sollicitation en pression légèrement supérieure etpar suite, un écrasement de la membrane. Mais cela est indésirable, car cela altère la marche égale et aisée souhaitée de la pompe, qui s'accompagne d'un faible travail oscillant et par suite d'une faible puissance motrice requise, ainsi que d'une grande longévité de la membrane. De plus, on recherche, pour les raisons précitées, à réaliser la membrane annulaire la plus mince possible, ce qui n'était jusqu'à présent. réalisable que dans une faible mesure, à cause de l'écrasement qui se produit. La présente invention a pour but de fournir une pompe à membrane annulaire du type mentionné en introduction dont la qualité du fonctionnement et la longévité de la membrane soient améliorées. On doit, notamment, obtenir une révolution uniforme et largement sans à-coups du piston rotatif et il doit être également possible d'utiliser des membranes annulaires minces tout en obtenant un fonctionnement satisfaisant. Selon l'invention, il est notamment proposé, pour atteindre ee but, que l'élément de maintien ou de serrage présente au moins un affaiblissement augmentant sa flexibilité élastique. Grâce à cet affaiblissement, l'élément de maintien ou de serrage oppose une résistance à l'affaissement réduite au piston rotatif qui roule sur lui, de sorte qu'on obtient globalement un piston rotatif qui tourne nettement plus "rond". L'affaiblissement de l'élément de maintien ou de serrage est opportunément un affaiblissement de section qui est, de préférence,constitué par des déformations vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur. Le nombre ou encore le type et la disposition des déformations vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur détermine alors, conjointement avec les propriétés du matériau, la flexibilité élastique dans la région de l'élément de serrage. La flexibilité élastique, notamment radiale, de la membrane annulaire dans la région de l'élément de serrage est opportunément dimensionnée de telle sorte que, lors de la sollicitation par le piston rotatif, elle correspond approximativement à sa flexibilité élastique dans le reste de sa région périphérique. Lors de la révolution du piston rotatif, on obtient ainsi, à chaque position du piston rotatif, une résistance à l'affaissement de la membrane annulaire approximativement identique, et, par suite une révolution quasiment sans à-coups. A cela contribue également le fait que, selon une configuration supplémentaire de l'invention, la membrane annulaire présente, à l'état non déformé, un côté intérieur continuellement circulaire. En outre, une telle membrane annulaire est également d'une fabrication nettement plus simple. Afin d'améliorer la qualité de fonctionnement et la longévité de la pompe à membrane annulaire, il est prévu, pour une telle pompe munie d'un bourrelet annulaire qui se trouve dans la membrane annulaire et d'une rainure annulaire prévue dans le piston rotatif pour ce bourrelet annulaire, selon une configuration supplémentaire de l'invention pour laquelle est revendiquée une protection autonome, que la distance minimale, entre le fond de la rainure annulaire du piston rotatif et la paroi intérieure de la chambre de travail de la pompe, soit légèrement inférieure à l'épaisseur de la membrane annulaire munie du bourrelet annulaire. On obtient ainsi que la membrane est, au moins dans la région de son bourrelet annulaire, pressée hermétiquement contre le carter de pompe, de sorte que l'étanchéification nécessaire est présente, même pour l'aspiration de fluides gazeux. Dans le même temps, la pression autrement inévitable dans le reste de la région de la membrane est ici supprimée. A nouveau, cela premet d'utiliser des membranes très minces, qui sont nettement plus avantageuses en ce qui concerne leur qualité de fonctionnement. Dans le cas du bourrelet annulaire, d'une manière approximativement comparable aux mesures prises dans le cas de l'élément de serrage, il est également prévu que ce bourrelet annulaire présente une ou plusieurs déformations vers l'intérieur ou similaires, en vue de la formation d'un espace de-compression du matériau et/ou de l'augmentation de la flexibilité élastique, notamment radiale. Les tolérances de fabrication en excédent peuvent être ainsi absorbées dans la région du bourrelet annulaire, sans que le reste de la région de la membrane doive en être sollicité. L'invention va être maintenant décrite encore plus en détails, avec ses particularités essentielles, à l'aide du dessin annexé, dans lequel: Figure 1 est une vue en coupe transversale d'une pompe à membrane annulaire; Figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une pompe à membrane annulaire; Figure 3 est une vue de côté, maintenue partiellement en coupe, d'une membrane annulaire; Figure 4 est une vue, tournée à 90 par rapport à la figure 3, d'une membrane annulaire maintenue partiellement en coupe; et Figure 5 est une représentation en coupe transversale d'une pompe à membrane annulaire similaire à la figure 1, mais avec le piston rotatif à une position éloignée de l'admission et de la sortie. Une pompe à membrane annulaire 1, représentée en coupe aux figures 1, 2 et 5, présente, dans un carter de pompe 2, une chambre de pompe 3 dans laquelle se trouve une membrane annulaire 4. A l'intérieur de cette membrane annulaire 4 est disposé un piston rotatif 5, qui est entraîné par un moyen d'entraînement excentrique 6 (figure 2). Ce moyen d'entraînement excentrique 6 présente un pivot excentrique 7 sur lequel est monté un palier à roulement 8, qui sollicite le côté intérieur 9 du piston rotatif 5 et le déplace en un mouvement de développement rotatif. Comme on peut le voir nettement aux figures 2 à 4, la membrane annulaire 4 présente une partie de forme annulaire I1 à laquelle se raccordent latéralement des brides latérales 10. En outre, il est prévu un élément de maintien ou de serrage 12 qui, en position de travail de la pompe, est monté entre l'admission 13 et la sortie 14 de la pompe. Dans la région de l'élément de maintien ou de serrage 12, les deux brides latérales 10 sont élargies vers l'extérieur à la manière de pattes. En position détendue, la partie de forme annulaire '11 de la membrane annulaire 4 est sensiblement circulaire. Suite à la sollicitation par le piston rotatif 5, il se produit une excursion de la membrane annulaire 4 et une déformation approximativement en forme de poire (cf. figures 1 et 5). La membrane est configurée de telle sorte que, si elle se laisse déformer correctement dans sa forme de contour de section (figures 1 et 5 par exemple), elle ne possède toutefois qu'une faculté d'allongement. faible dans le sens périphérique. A cela contribue également le fait qu'il est prévu tout autour du côté intérieur de la membrane annulaire 4 un bourrelet annulaire du genre nervure. Pendant le fonctionnement, le piston rotatif 5 passe une fois par révolution sur la région de l'élément de maintien 12; dans cette région, l'accumulation de matériau plus haute présente engendrait jusqu'à présent une sollicitation en à-coups du piston rotatif 5, d'o résultaient un fonction- nement "non rond" et des vibrations. Selon l'invention, il est prévu des mesures particulières pour améliorer la qualité du fonctionnement dans la région de l'élément de maintien ou de serrage 12, ainsi que dans la région de la partie de forme annulaire 11 de la membrane annulaire 4. Dans la région de l'élément d. maintien ou de serrage 12, ces mesures consistent notamment en ceci que la flexibilité élastique de l'élément de maintien 12 a été augmentée, notamment dans le sens radial. Sur les figures, on voit nettement que ceci est obtenue par une déformation particulière vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur de l'élément de maintien ou de serrage 12. Afin d'obtenir cette flexibilité radiale accrue, l'élément de maintien ou de serrage 12 présente, dans l'exemple de réalisation représenté, une section appproximativement en forme de S ou de Z, avec des évidements latéraux 16, 17 à bords ouverts. Ces deux évidements sont tournés dans des directions opposées; dans l'exemple de réalisation, l'évidement 16 est tourné vers la sortie et l'évidement 17 vers l'admission. Le reste de l'épaisseur de paroi de l'élément de maintien 12, ainsi que la taille des évidements 16, 17, sont notamment dimensionnés de telle sorte que la flexiblité élastique de la membrane annulaire 4 dans la région de l'élément de maintien ou de serrage 12 correspond approximativement à la flexibilité élastique de la membrane annulaire dans le reste de sa région périphérique, ou du moins correspond dans une large mesure à cette flexibilité. De la sorte, sur toute la révolution du piston rotatif, une résistance à l'affaissement pratiquement uniforme est opposée à ce dernier. Il en résulte un fonctionnement particulièrement "rond" et pauvre en vibrations de la pompe. En plus de la configuration représentée de l'élément de maintien ou de serrage 12, d'autres mesures d'affaiblissement peuvent aussi être prévues, qui apportent l'effet précité. Par exemple, des cavités latéralement ouvertes ou fermées peuvent aussi être prévues. L'élément de maintien ou de serrage 12 est mis en place dans un évidement 18 du carter de pompe 2, auquel se raccorde radialement vers l'intérieur un élargissement 19. 'Dans cet élargissement 19 débouchent, par des côtés opposés et approximativement tangentiellement par rapport à la chambre de pompe 3, un canal d'admission de pompe 13a et un canal de sortie de pompe 14a. L'élargissement 19 apporte d'une part, un espace libre pour les mouvements élastiques de l'élément de maintien 12. et, d'autre part, cet élargissement 19, divisé par l'élément de maintien 12, constitue aussi, dans le même temps, un raccord d'admission d'un côté, et, de l'autre côté, un raccord de sortie entre la chambre de pompe 3 et.les canaux 13a et 14a. A la figure 1, le piston rotatif 5 se trouve entre l'admission et la sortie, l'élargissement 19 étant fermé par la membrane annulaire 4, et l'élément de maintien 12 étant "élastiquement comprimé". La figure 5 présente une position du piston rotatif avec une rotation supplémentaire de 180 par rapport à la figure 1, l'élément de maintien 12 se trouvant à la position de "déploiement élastique" maximal. La membrane annulaire 4 est ici décollée de l'élargissement 19, de sorte que l'admission et la sortie sont reliées à la chambre de pompe 3. Grâce à la configuration particulière et à l'utilisation conjointe de l'élargissement 19 comme tronçon de canal d'admission et de canal de sortie, les points d'admission et de sortie de la chambre de pompe 3 sont très proches l'un de l'autre, de sorte qu'on obtient, entre autres, également un rendement volumétrique élevé. Afin d'améliorer la qualité du fonctionnement de la pompe, il est aussi prévu des mesures correspondantes dans le reste de la région de la membrane annulaire 4, et notamment dans sa partie de forme annulaire 11. Comme on l'a déjà mentionné, la membrane annulaire 4 présente tout autour du côté intérieur, et en position centrale dans le présent exemple de réalisation, un bourrelet annulaire 15. Ce bourrelet annulaire 15 s'engage dans une rainure annulaire 20 du piston rotatif 5, dans la région o le piston rotatif sollicite la membrane annulaire 4. Cela étant, afin d'obtenir une pression d'application suffisante de la membrane contre la paroi intérieure de la chambre de pompe, tout en protégeant la membrane d'un écrasement inutile, la distance minimale a (cf. figure 2) entre le fond 21 de la rainure annulaire 20 du piston rotatif et la paroi intérieure directement voisine de la chambre de pompe est dimensionnée légèrement inférieure à l'épaisseur de la membrane annulaire munie du bourrelet annulaire 15. De la sorte, on assure, dans cette région, une transmission de pression suffisante entre le piston rotatif et la membrane, qui engendre une application hermétique de la membrane contre la chambre intérieure de pompe 3. On est ainsi capable de moins solliciter axialement en pression les régions de la membrane situées à côté du bourrelet annulaire 15, ce qui peut être obtenu par un dimensionnement correspondant des écartements entre le piston rotatif et la paroi intérieure de la chambre de pompe, ou encore par une épaisseur légèrement inférieure de ces régions de la membrane annulaire. La principale transmission de pression entre le piston rotatif 5 et la membrane annulaire 4 a, ainsi, lieu dans la région centrale relativement étroite, au niveau du bourrelet annulaire 15, ce qui permet d'éviter une pression superficielle inutile des régions de la membrane qui se trouvent à côté. Comme ces régions latérales sont ainsi également moins soumises à un travail oscillant, on peut donc aussi réaliser des membranes annulaires 4 d'épaisseur nettement plus petite, d'o, à nouveau, une réduction de la puissance d'entraînement requise. Afin d'obtenir dans la région de pression principale, au niveau du bourrelet annulaire 15, des conditions de pression contrôlées, cette région est configurée de telle sorte que, si l'on obtient une application fiable de la membrane annulaire, on évite cependant, ici également, une sollicitation en pression inutilement élevée. A cet effet, la mesure prévue peut consister en ceci que la largeur axiale du bourrelet annulaire 15 est légèrement plus étroite que la largeur libre de la rainure annulaire 20 du piston rotatif (cf. figure 2). La membrane est ainsi amenée de manière fiable en application et, tandis que la sollicitation en pression se poursuit, il y a ensuite latéralement suffisamment de place disponible dans la rainure annulaire 20 pour une compression latérale du matériau. D'une- manière comparable aux déformations vers l'intérieur prévues pour l'élément de maintien ou de serrage 12, une configuration correspondante peut aussi être prévue pour le bourrelet annulaire 15. Par exemple, des déformations vers l'intérieur 22, s'étendant, de préférence, tout autour, peuvent être prévues dans les flancs latéraux du bourrelet annulaire , comme cela est montré en pointillés à la figure 2. On obtient également ainsi une augmentation de la flexibilité élastique radiale et, dans le même temps, un espace pour la compression du matériau. Si des déformations vers l'intérieur (du type 22 par exemple) sont prévues dans- le bourrelet annulaire 15, la largeur du bourrelet annulaire 15 peut alors être prévue précisément adaptée à la rainure annulaire 20 du piston rotatif. L'application hermétique décrite plus haut de la membrane annulaire contre la chambre intérieure de pompe, accompagnée d'une faible sollicitation en écrasement ou encore en pression, présente l'avantage essentiel, d'une part, d'assurer une aspiration fiable, même pour des fluides peu visqueux, mais notamment également pour de l'air, et, d'autre part, que seules des sollicitations faibles du matériau de la membrane annulaire 4 apparaissent cependant pendant le fonctionnement. Il est ainsi possible, entre autres, d'utiliser des membranes annulaires très minces. Etant donné l'énergie de déformation réduite qui est nécessaire pour de telles membranes, on peut ainsi également réduire la puissance motrice requise. De plus, l'échauffement qui apparait est moins important. REVENDICATIONS 1. Pompe à membrane annulaire avec une membrane annulaire déformable et un piston rotatif qui se trouve à l'intérieur de cette membrane, la membrane annulaire présentant un élément de maintien ou de serrage, ou similaire, dépassant radialement vers l'extérieur et fixé dans le carter de pompe entre l'admission et la sortie de la pompe, et présentant, éventuellement, au moins un bourrelet annulaire intérieur, c a r a c t é r i s é e en ce que l'élément de maintien ou de serrage (12) présente au moins un affaiblissement qui augmente sa flexibilité élastique. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'affaiblissement de l'élément de maintien ou de serrage (12) est un affaiblissement de section qui est de préférence constitué par des déformations vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur. 3. Pompe selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que les déformations vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur sont des évidements, par exemple des orifices transversaux orientés axialement. 4. Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les déformations vers l'intérieur et/ou vers l'extérieur sont constituées par au moins un évidement (16, 17) à bord ouvert d'un côté latéralement à son développement axial, et qui est de préférence orienté axialement. 5. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que des évidements (16, 17) décalés, et notamment décalés dans le sens radial, sont prévus dans les côtés de l'élément de maintien ou de serrage qui sont tournés d'une part vers le côté d'aspiration et d'autre part vers le côté de sortie. 6. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'élément de maintien ou de serrage (12) est configuré, en coupe transversale, approximativement en S ou en zigzag. 7. Pompe selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisée en ce que la flexibilité élastique, notamment radiale, de la membrane annulaire (4) dans la région de l'élément de maintien ou de serrage (12) lors de la sollicitation par le piston rotatif, correspond approximativement à la flexibilité élastique de la membrane annulaire dans le reste de sa région périphérique. 8. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'élément de serrage présente une ou plusieurs cavités. 9. Pompe selon l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisée en ce que l'élément de maintien ou de serrage (12) est réalisé, dans certaines régions, en un matériau présentant une plus grande flexibilité élastique que celui des autres régions. 10. Pompe selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisée en ce que l'élément de maintien-ou de serrage présente au moins une cavité fermée, qui est remplie de gaz et/ou de liquide ou similaire. 11. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'il est prévu, dans le carter de pompe (2), pour l'élément de maintien ou de serrage, un' évidement (18) muni d'un élargissement (19) situé radialement à l'intérieur, s'étendant au-delà du contour, dans le sens approximativement tangentiel de l'élément de serrage, et ouvert vers la chambre de travail (3), élargissement dans lequel deébouchent, par un côté, le canal d'admission (13a) et, par l'autre côté, le canal de sortie (14a). 12. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la membrane annulaire (4) présente, à l'état non déformé, un côté intérieur continuellement circulaire. 13. Pompe à membrane annulaire avec un bourrelet annulaire qui se trouve dans la membrane annulaire et avec une rainure annulaire prévue dans le piston rotatif pour ce bourrelet annulaire, notamment selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la distance minimale (a) entre le fond (21) de la rainure annulaire du piston rotatif (5) et la paroi intérieure de la chambre de travail de la pompe, est légèrement inférieure à l'épaisseur de la membrane annulaire munie du bourrelet annulaire. 14. Pompe selon la revendication 13, caractérisée en ce que le bourrelet annulaire (15) présente une ou plusieurs déformations vers l'intérieur (22) ou similaires, en vue de la formation d'un espace de compression du matériau et/ou de l'augmentation de la flexibilité élastique, notamment radiale. 15. Pompe selon l'une quelconque des revendications I à 14, caractérisée en ce que la membrane annulaire (4) possède, dans ses régions qui se trouvent latéralement à côté du bourrelet annulaire (15), une épaisseur qui est inférieure ou égale à l'écartement minimal entre le côté extérieur du piston rotatif et la paroi intérieure de la chambre de travail. 16. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la largeur de la rainure annulaire du piston rotatif est légèrement supérieure à la largeur du bourrelet annulaire (15).