Brevet FR2638494A1 — publié le 19900504

La présente invention concerne une pompe entrainée par de l'air comprimé et comprenant un moteur pneumatique à piston ayant un boîtier de cylindre et un piston & basse pression qui est mobile entre une première et une seconde partie de paroi d'extrémité, et une pompe hydraulique & piston logée dans la seconde partie de paroi d'extrémité; un côté du piston à basse pression et la première partie de paroi d'extrémité délimitent une chambre de travail dans le moteur à piston, et l'autre côté du piston est en butée contre le piston hydraulique de la pompe hydraulique et l'entraîne. La pompe comporte en outre un piston pilote qui est commandé par le piston à basse pression et dont le rôle est de régler la transmission d'air comprimé & la chambre de travail, et un dispositif à ressort destiné à assurer la course de retour du piston à basse pression et du piston hydraulique. Les pompes hydrauliques entraînées pneumatiquement de ce type sont utilisées dans de nombreuses applications afin qu'elles transforment l'énergie pneumatique disponible en énergie sous forme d'une pression hydraulique bien plus élevée. Une augmentation de la pression entre 6 et 600 bars peut être facilement obtenue et permet l'entraînement pneu- matique de types différents d'outils de presse, de vérins et analogues. Bien que ces pompes aient un fonctionnement satisfaisant pour l'essentiel, elles présentent certains inconvénients lorsque leur fiabilité et leur rentabilité de fonctionnement doivent être accrues. Par exemple, le rende- ment de telles pompes n'est pas particulièrement grand dans ces conditions et un guidage imprécis du piston pneumatique signifie que les emplacements de changement de sens du piston à la fin d'une course de travail peuvent varier de manière indésirable. Cette variation des positions de chan- gement de sens du piston peut provoquer une détérioration importante de la pompe hydraulique, surtout lorsqu'il s'agit d'une pompe à deux étages travaillant à une pression élevée. En conséquence, l'invention concerne une pompe hydraulique entraînée pneumatiquement, qui a un rendement bien supérieur à celui des pompes connues de ce type et dans laquelle le mouvement du piston pneumatique est réglé avec beaucoup plus de précision que cela n'a été le cas jusqu'à présent. L'invention concerne aussi une pompe dont la construction est simplifiée et le coût est réduit par rapport aux pompes connues de ce type, et qui peut être facilement adaptée & des capacités différentes voulues de pompage. L'invention repose sur la réalisation du fait qu'une précision et un rendement plus élevés ne peuvent être obtenus que lorsque le piston à basse pression, compris dans le moteur pneumatique, peut être réglé d'une manière très précise et très fiable. Ces caractéristiques ont été obtenues selon l'invention par positionnement du piston pilote dans une partie de paroi d'extrémité du boîtier du cylindre et par commande du piston & l'aide d'un piston ou d'une tige de commande raccordé rigidement au piston à basse pression et aligné axialement sur le piston & basse pression, le piston pilote et le piston de la pompe hydrau- lique. La formation de tous les trous ou cavités destinés à constituer des canaux de commande peut alors être concen- trée dans ladite paroi d'extrémité si bien que le piston du moteur pneumatique et le cylindre peuvent être réalisés sans formation de passages ou de canaux à l'intérieur, et la fabrication de ces éléments est donc très simplifiée. Le piston pilote a une construction telle que l'air qui lui est transmis est interrompu lorsque le piston du moteur pneumatique commence sa course de retour. Ceci réduit beau- coup la consommation d'air, par rapport aux pompes de ce type connues jusqu'à présent qui permettent normalement le passage de l'air à l'atmosphère pendant la course de retour du piston. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation latérale d'une pompe hydraulique entraînée pneumatiquement selon l'invention; et les figures 2 à 5 sont des coupes de la pompe de la figure 1, au cours d'étapes différentes du fonctionnement. La pompe représentée comprend un moteur pneumatique 11 à piston ayant un boîtier 12 de cylindre et une première et une seconde partie 13, 14 de paroi d'extrémité, une pompe à piston, portant la référence générale 15 et logée dans la seconde partie 14 de paroi d'extrémité, et un réservoir hydraulique 16. La pompe est destinée à être entraînée par une source externe d'air comprimé (non repré- sentée) par un dispositif de raccordement couplé à une entrée 17. La pompe est commandée à l'aide d'une pédale 18 qui ouvre et ferme une soupape principale 19. Cette der- nière est montée dans un conduit 20 d'entrée disposé dans la première partie 13 de paroi d'extrémité, & un emplace- ment compris entre l'entrée 17 et la chambre 21 de travail du moteur 11 à piston. La chambre 21 est délimitée par un piston 22 & basse pression qui est mobile entre une pre- mière et une seconde position d'extrémité, représentées respectivement sur les figures 2 et 3. Un dispositif 23 à ressort est monté entre le piston 22 et la seconde partie 14 de paroi d'extrémité et, dans le cas du mode de réalisa- tion représenté, il est sous forme d'un ressort hélicoïdal et son rôle est de déplacer le piston vers sa première position d'extrémité. La pompe 15 à piston comporte un piston hydraulique 24 qui est destiné à venir en butée contre le piston 22 à basse pression et à se déplacer en translation avec ce piston. Ce mouvement est contrôlé ou commandé par un piston pilote 25 monté dans la première partie 13 de paroi d'extrémité et par un piston ou tige de commande 26 placé entre le piston pilote et le piston à basse pression. Le piston pilote a une forme essentiel- lement conique et comporte une partie de base 27 sous forme d'un cylindre rectiligne ouvert, une partie 28 de col qui prolonge axialement la partie cylindrique 27 et une partie 29 de tête qui pénètre dans la chambre 21 de travail et ferme une ouverture 31 de sortie placée entre la chambre 21 de travail et la sortie 32 du moteur, à l'aide d'un Joint d'étanchéité 30. La partie 27 de base a une ouverture d'en- trée 33 (figure 3) qui ouvre et ferme en alternance un raccord 48 entre l'entrée 17 et le conduit 20 d'entrée. Cette commutation entre les positions d'ouverture et de fermeture du raccord 48 est obtenue parce que la partie 27 de base est mobile axialement dans un espace tubulaire 34 ménagé dans la partie 13 de paroi d'extrémité. Cet espace débouche dans un cylindre pilote 35 qui communique, d'un côté du piston pilote, avec l'ouverture 31 de sortie et qui délimite, de l'autre côté du piston, une chambre de travail pilote 36. Le piston ou la tige 26 de commande se loge dans un trou allongé 37 formé dans les parties de col et de tête du piston pilote 25. Le piston de commande a une configuration telle qu'il comporte des parties cylindriques supérieure et infé- rieure 38, 39 qui remplissent le trou 37 et peuvent le fermer de manière étanche, et une partie intermédiaire rétrécie 40 de diamètre inférieur à celui des parties supé- rieure et inférieure. La partie supérieure 38 qui ferme le trou de manière étanche est raccordée rigidement au piston à basse pression ou est fixée & celui-ci de toute manière convenable et, en conséquence, le piston de commande accom- pagne les déplacements alternatifs du piston à basse pres- sion. Le piston de commande est destiné & commander le déplacement du piston pilote 25, d'abord par ouverture et fermeture du raccord 41 entre la chambre 36 de travail pilote et l'entrée 17 et ensuite par ouverture et fermeture du raccord 42 de sortie placé entre la chambre de travail pilote et la sortie 32. L'extrémité libre 43 du piston de commande est ainsi tirée à distance du contact avec un collier élastique 44 placé sur une partie 45 de raccorde- ment adjacente à l'entrée 17 et au raccord 42 de sortie, afin que la partie rétrécie 40 vienne en face d'un trou 46 formé dans le col 28 du piston pilote et permette la circu- lation d'air par le raccord 41. La pompe 15 est une pompe & deux étages et comporte une première chambre 50 de travail de section relativement grande et une seconde chambre 51 de travail de section inférieure à celle de la première chambre. De manière cor- respondante, le piston 24 a un piston interne 52 de diamètre relativement grand dont dépasse un piston externe 53 de diamètre plus petit. Un fluide hydraulique est pompé par la pompe 15 du réservoir 16 vers un raccord externe (non représenté) de transmission de pression raccordé à un passage 54. L'activation de la chambre de travail est assurée par un piston 55 d'asservissement, rappelé par un ressort et qui est sous l'action de la pression régnant dans le passage 54. La figure 2 représente le piston d'as- servissement 55 dans sa position à basse pression dans laquelle un fluide hydraulique est aspiré du réservoir 16 et est transmis aux première et seconde chambres de travail , 51 par un canal 56 et des clapets de retenue 57 et 59. Pendant cette course de travail, le fluide hydraulique est évacué à la fois de la première et de la seconde chambre de travail, le courant provenant de la première chambre 50 étant transmis par un passage 58, le clapet 59 de retenue et la seconde chambre 51 de travail. Le piston externe 53 a une configuration telle qu'il laisse un espace déterminé dans la chambre de travail 51 et permet ainsi au fluide de circuler dans la chambre et de sortir par un troisième clapet de retenue 60 puis dans le passage 54 de raccorde- ment quelle que soit la position du piston. Le passage 54 communique avec le piston 55 d'asservissement par in canal 61. Lorsque la pression a atteint une valeur déterminée, le piston d'asservissement est repoussé vers le bas, vers la position représentée sur la figure 4. Dans cet état du circuit, le piston interne 52 transmet uniquement du fluide hydraulique du réservoir 16 de manière connue, alors qu'un travail utile de pompage est réalisé par le piston externe 53, par l'intermédiaire des clapets 59 et 60 de retenue. Le système de pompage comporte aussi une soupape 62 d'égalisa- tion de pression qui assure l'égalisation de la pression par une canalisation 63 de retour vers le réservoir 16. On décrit maintenant le fonctionnement de la pompe en référence aux figures 2 à 5. La figure 2 représente la disposition à l'état de repos, avant la mise en fonction- nement, le piston 22 à basse pression occupant sa première position d'extrémité et l'air pouvant s'échapper de la chambre de travail par le conduit 20 d'entrée, avant éva- cuation à l'atmosphère par l'intermédiaire de la soupape à trois voies 19. La figure 3 représente l'état du système de pompage dans lequel la soupape à trois voies 19 est ouverte. Dans cet état, le piston 22 à basse pression est repoussé vers sa seconde position d'extrémité, avec compression du dispositif 23 à ressort et course de travail simultanée du piston de la pompe hydraulique. Le piston d'asservissement occupe alors sa position à basse pression et, en conséquence, les pistons à basse pression et à haute pression 52 et 53 pompent tous deux le fluide hydraulique vers le passage 54 de sortie. Comme le piston 26 de com- mande est monté rigidement sur le piston à basse pression, il est déplacé alors que le piston pilote est maintenu dans la position représentée, par la pression dans la chambre 21 de travail. Lorsque le piston 22 à basse pression a atteint sa seconde position d'extrémité, le piston 26 de commande expose le raccord pneumatique 41 adjacent au collier élas- tique 44 dans l'organe 45 de raccordement si bien que la chambre de travail pilote 36 peut être mise sous pression. Comme la surface sous pression de la partie de base 27 est plus grande que la surface de maintien de la partie de tête 29, le piston pilote est déplacé vers sa seconde position d'extrémité représentée sur la figure 4. Le piston pilote ouvre ainsi l'ouverture de sortie 31 et met la chambre 21 de travail en communication avec la sortie 32. La connexion avec le conduit d'entrée 20 est fermée au même moment si bien que l'introduction d'air comprimé peut être inter- rompue pendant la course de retour du piston 22 à basse pression. Lorsqu'une plus grande pression hydraulique est alors atteinte dans le raccord 54, le piston 55 d'asservis- sement est remis au réglage à haute pression et, dans ce cas, seul le piston & haute pression 53 effectue un travail utile de pompage et le piston à basse pression fait simple- ment circuler du fluide hydraulique sans pression. La course de retour du piston 22 & basse pression est assurée par le ressort hélicoïdal 23 qui repousse le piston à basse pression et le piston hydraulique 24 vers la première posi- tion d'extrémité comme indiqué sur la figure 5. La partie rétrécie 40 du piston 24 de commande est alors déplacée vers la position représentée, devant le trou 46 qui est formé dans la partie de col du piston pilote et ouvre donc le raccord de sortie 42, entre la chambre 36 de travail pilote et la sortie 32. Le piston à basse pression 22 peut ainsi revenir vers la position initiale représentée sur les figures 1 et 2, par appui contre la tête 29 du piston pilote. La pompe a ainsi exécuté un cycle complet de tra- vail et, pourvu que la soupape principale 19 soit maintenue ouverte, les pistons continuent à fonctionner de la manière décrite précédemment. L'accouplement mécanique très précis décrit précé- demment, entre le piston 22 à basse pression et le piston de commande et le piston pilote respectivement, permet un réglage très précis des deux positions d'extrémité du piston à basse pression. Comme indiqué précédemment, cette commande est très avantageuse pour la pompe hydraulique 15 à piston car des positions précises de changement de sens du piston sont indispensables pour un fonctionnement et un rendement optimaux de pompage. En outre, les éléments de la pompe sont relativement faciles & fabriquer et & usiner. Ainsi, le piston pilote peut être fabriqué en une matière plastique convenable et le boîtier 12 du cylindre peut avoir une simple forme tubulaire, sans qu'il soit néces- saire d'usiner le boîtier de manière particulière ou de former des passages ou des canaux dans le boîtier. Tout cet usinage est au contraire concentré dans la première paroi 13 d'extrémité, si bien que le travail de fabrication est grandement simplifié et une même structure à paroi d'extré- mité peut être utilisée avec des pompes de capacités diffé- rentes. Par exemple, des pompes de capacités différentes peuvent être fabriquées simplement par utilisation de tubes cylindriques 12 ayant des longueurs différentes et, simul- tanément, par adaptation des longueurs du piston 26 de commande et du piston hydraulique 24 à la longueur du tube 12. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par. l'homme de l'art aux pompes qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemples non limita- tifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pompe entraînée pneumatiquement, comprenant un moteur à piston pneumatique (11) ayant un boîtier (12) formant cylindre et un piston à basse pression (22) qui est mobile entre une première et une seconde partie de paroi d'extrémité (13, 14), et une pompe à piston hydraulique (15) incorporée & la seconde partie de paroi d'extrémité (14), une première face du piston à basse pression et la première partie de paroi d'extrémité délimitant une chambre de travail (21) dans le moteur à piston et l'autre côté du piston étant en butée contre le piston hydraulique (24) de la pompe hydraulique et déplaçant ce piston, la pompe com- prenant en outre un piston pilote (25) qui est commandé par le piston à basse pression et dont le rôle est de régler la transmission d'air comprimé à la chambre de travail (21), et un dispositif (23) à ressort destiné à assurer la course de retour du piston à basse pression et du piston hydrau- lique, caractérisée en ce que le piston pilote (25) est logé dans un cylindre pilote (35) incorporé à la première paroi d'extrémité (13) et est monté afin qu'il se déplace dans le cylindre entre une première position dans laquelle de l'air comprimé peut être transmis d'une entrée (17) formée dans la partie de paroi d'extrémité à la chambre de travail, et une seconde position dans laquelle la transmis- sion d'air comprimé est interrompue et l'air provenant de la chambre de travail (21) peut circuler vers une sortie (32), et en ce qu'un piston de commande (26) raccordé au piston & basse pression est monté dans le piston pilote et a pour rôle de commander ce piston et de provoquer ainsi / son déplacement de la première à la seconde de ses posi- tions par ouverture d'un raccord pneumatique (41) rejoignant une chambre de travail pilote (36) formée entre l'entrée et le piston pilote. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston de commande (26) provoque un déplacement du piston pilote (25) de la seconde à la première position par fermeture du raccord pneumatique (41) et ouverture d'un raccord de sortie (42) placé entre la chambre de travail pilote (36) et la sortie (32). 3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que le piston pilote (26) est monté afin qu'il se déplace dans un trou allongé (37) formé dans le piston pilote (25) et a une partie rétrécie (40) de diamètre réduit qui est destinée & fermer le raccord de sortie (42) lors de son déplacement axial dans le trou. 4. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée.en ce que le piston pilote (25) a une paroi allongée (27) dans laquelle est formée une ouver- ture (33) par laquelle un conduit d'entrée (20) rejoignant la chambre de travail est ouvert et fermé par déplacement axial du piston pilote (25). 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le piston pilote a une configuration conique et comporte une partie de base sous forme d'un cylindre recti- ligne ouvert (27) qui forme ladite paroi allongée, et une partie de tête (29) qui forme un joint d'étanchéité de sortie entre la chambre de travail (21) et sa sortie (31), et en ce que le trou (37) logeant le piston de commande traverse la partie de tête (29) du piston pilote entre le piston à basse pression (22) et l'intérieur du cylindre (27). 6. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la partie de base (27) du piston pilote est destinée A se déplacer axialement dans un espace tubulaire (34) de la première partie de paroi d'extrémité (13) de manière que l'entrée (30) de la chambre de travail (21) soit ouyerte et fermée. 7. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que la paroi interne délimitant l'espace tubulaire (34) a la forme d'une partie cylindrique (47), et la partie cylindrique (47) a une ouverture (44) formée & une première extrémité et l'autre extrémité de la partie cylindrique forme l'entrée (17) d'un raccord à une source externe d'air comprimé, et en ce que le piston de commande a une configuration telle qu'il passe dans ladite ouverture (44) et la ferme de manière étanche pendant le déplacement du piston à basse pression de façon alternative dans une course complète de travail, mais qu'il ouvre cette ouver- ture (44) disposée au fond de la partie cylindrique (47) à la position de changement de sens du piston, si bien que le raccord (41) d'air comprimé avec la chambre de travail pilote (36) est réalisé. 8. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pompe hydraulique (15) est une pompe à deux étages et comporte une première chambre de travail (50) de section relativement grande et une seconde chambre de travail (51) de section inférieure & celle de la première chambre de travail, les chambres étant alignées l'une sur l'autre, la pompe comprenant en outre un piston hydraulique (24) qui a deux sections différentes correspondantes, et en ce que la pompe est telle que les deux chambres de travail sont actives jusqu'à une pression hydraulique déterminée de sortie et que seule la seconde chambre de travail est active aux pressions supérieures à cette pression déterminée.