Brevet FR2654160A1 — publié le 19910510

L8invention,concerne une machine tournante à fluide ayant un débit variable,utilisable comme pompe,moteur ou transmission, fonctionnant par déplace^z.ent de pignons. Fonctionnant en tant que pcrnpe, elle couvre une gamme importante d'applications, telles que commande de servomécanismes, de vérins ou de tout autre appareil nécessitant un fluide sous pression. Associée à un moteur de type volumétrique, elle permet de réaliser une remarquable transmission. Les caractéristiques de cette pompe sont très proches de celles d'une pompe à pistons axiaux. De par sa conception relativement simple, le prix de revient d'une telle machine, est à peine plus élevé que celui de deux pompes classiques à débit fixe. Elle possède en outre, une caractéristique particulière, à savoir, que l'inversion de son débit variable, s'obtient sans distributeur et sans inverser le sens de marche, mais en déplaçant ses pignons internes audelà d'un certain point. Cette pompe, recevant un fluide sous pression, se comporte connne un moteur à vitesse variable et à deux sens de marche. Une telle pompe, comporte deux couronnes à denture interne dans lesquelles, s'engrènent deux pignons positionnés symétriquement par deux exentriques, commandés de l'extérieur. Contrairement aux montages classiques, ce sont les couronnes qui sont motrices et non pas les pignons internes. Le rotor, tourne dans des paliers situés à chaque extrémité du corps La poussée latérale, due à la pression, est absorbée par un roulement à rouleaux coniques. L'étanchéité est réalisée à l'aide de joints à lèvre avec retour du fluide vers le réservoir en cas de surpression dans ces paliers. Cette pompe peut tourner indifféremment dans les deux sens. Elle comporte des zones motrices et est, par conséquent de type différentiel. Contrairement aux machines tournantes à pistons, la réalisation d'unités miniaturisées ne pose pas de problème, ce qui accroit encore son champs d'application. Le corps de cette pompe est à double paroi, formant deux réservoirs dont le fluide sert de lubrifiant lorsqu'elle tourne en position de débit nul. La figure 1 est celle d'une pompe représentée partiellement en coupe. La figure 2 représente une vue éclatée du rotor ainsi que les flasques dans lesquels il tourne. La figure 3 représente les pignons 15 et 20 positionnés symétriquement par les exentriques 28 et 29 solidaires des axes 26 et 27 commandés de l'extérieur par des pignons coniques. La figure 4 montre une vue partielle du rotor, logé à l'intérieur du corps de pompe. La figure 5 représente une vue en coupe du corps, ainsi que la partie arrière du rotor. Les figures 6.9.10 et 12, sont des représentations symboliques des deux pompes, montées vis à vis dans le rotor. La figure 6 représente deux pompes, dont les engrenages 15 et 20, sont représentés en opposition selon les axes .4B-B'A' c'est-à-dire en position de débit nul. Les couronnes à denture interne, sont représentées symboliquement par les circonférences 14 et 25, et les espaces compris entre les pignons 15 et 20 et ces circonférences représentent des zones contenant des volumes variables. La figure 8 représente le déplacement latéral du fluide dans les zones intermédiaires 4a-4b et 8a-8b. Les figures 14. 15. 16. et 17 montrent le comportement du fluide dans les zones intermédiaires. La figure 9 représente deux pompes dont le débit est égal à la moitié du débit maximum. La figure 10 représente deux pompes dont le débit total est presque au maximum. Les figures 12 et 13, représentant deux pompes dont le débit est inversé par déplacement des pignons 15 et 20 en dessous de la position horizontale. Les figures 7. 17 et 13, sont une représentation réelle des engrenages, dans des positions différentes, mais toujours disposés symétriquement par rapport au centre des zones neutres 4 et 8. Selon la figure 2, le rotor se compose essentiellement d'un disque 10 solidaire de l'arbre menant 11, d'une couronne à denture interne 14 entrainant en rotation le pignon 15, d'un disque de séparation 24 comportant un palier en son centre, -d'une seconde couronne à denture LI 11 interne 25 dans laquelle tourne le pignon 20, d'un disque d'obturation 19, solidaire de l'arbre creux 22 tournant dans le roulement 58 du flasque 2. Les exentriques 28 et 29 sur lesquels tournent librement les pignons 15 et 20 sont représentés sur la figure 3. L'arbre 26, tourne librement dans l'arbre creux 22, solidaire du disque d'obturation 19, comne le montre la figure 1. La figure 3, représente l'arbre creux 26 dans lequel tourne l'arbre 27. Les arbres 26 et 27 sont solidaires des exentriques 29 et 28 et positionnent symétriquement les pignons 20 et 15, par rapport à l'axe passant par le centre des secteurs d'isolement 4 et 8 représentés sur la figure 2. La figure 1, montre les arbres 26 et 27, commandés de l'extérieur par les pignons coniques 34 et 35, reliés entr'eux par le pignon 33, solidaire de l'axe 31 tournant librement sur l'axe 61 du support 57. Ce pignon de commande, comprend deux parties 33 et 33 a assemblées par des vis 32. Ce montage permet de réaliser un rattrapage de jeu, le logement des vis étant de forme oblongue.Ces pignons et leurs axes, ne tournent que pendant le réglage du débit de la pompe. Une pompe à engrenage telle que représentée sur la figure 4 comporte une zone de pression, une zone d'aspiration et deux zones intermédiaires 4a et 8a,appelées aussi zones neutres. Elle est constituée d'un corps à double paroi concentriques 64 et 65, formant deux réservoirs étanches, séparés par les éléments 62 et 63 qui sont le prolongement des secteurs d'isolement 4 et 8 représentés sur la figure 2. Chaque réservoir est relié à un orifice tel que 52 ou 53. Selon la figure 1, les extrémités de ces réservoirs, sont obturés par les flasques 1 et 2. Ces flasques possèdent un palier en leur centre. Le rotor tourne dans ces paliers.. munie de joints d'étanchéité.Selon la figure 2, I 'élément tournant, ou rotor, est constitué d'un arbre menant 17 solidaire d'un plateau 10 entraînant la couronne à denture interne 14 de 1 'une des deux pompes. Cette couronne est solidaire d'un disque de séparation 24, percé de canaux 13b. il entraîne la couronne à denture interne 25, ainsi que le disque d'obturation 19 de la seconde pompe. Les deux couronnes 14 et 25 entrainent respectivement les deux pignons 15 et 20 positionnés symétriquement par les exentriques 28 et 29 solidaires des axes 26 et 27 commandés de l'extérieur comme indiqué à la figure 3 et à la figure 1. Tous les éléments du rotor sont assemblés par des vis logées dans les orifices tels que 18. Dans cette réalisation, les effets de deux pompes , montées vis à vis, sont conjugués et créent une variation de débit. Selon les figures 2 et 5, les deux pompes, sont constituées d'engrenages de largeur identique. Selon la figure 2, les espaces 13a et 13c des couronnes 14 et 25 ont été prolongés et constituent avec les orifices 13 et 13b, des canaux, débouchant dans les cavités 5 et 6 du flasque 1 comme indiqué par des flèches. Ces pompes sont du type N - 1, c'est à dire que les pignons internes 15 et 20 ont une dent en moins que les couronnes 14 et 25 qui les entrainent. Le nombre de dents n'est pas limitatif, et peut être pair pour les couronnes et impair pour les pignons internes ou impair pour les couronnes et pair pour les pignons. Selon les figures 1 et 2, les deux couronnes 14 et 25 sont assemblées symétriquement et chaque cavité de l'une est en liaison avec chaque cavité de l'autre par l'intermédiaire d'orifices 13b percés dans le disque de séparation 24. Tous ces canaux sont prolongés jusqutà l'extrémité du rotor et débouchent dans les chambres 5 et 6 du flasque 1 . Selon les figures 1, 4 et 5, la chambre 5 est en communication avec le réservoir 52 et la chambre 6 est en communication avec le réservoir 53. Les secteurs 4 et 8 isolent entr'eux ces deux réservoirs et sont prolongés par les éléments de séparation 63 et 62, jusqu'au flasque 2. La figure 4 montre qu'une pompe à engrenage comporte deux zones neutres telles que 4a et 8a. Lorsque l'un des canaux tel que 13 passe dans l'une de ces zones, son débit est nul. il peut être obturé sans inconvénient. Dans le cas d'une pompe unique, le déplacement de l'exentrîque 28 et par conséquent du pignon 15, entrainerait de suite la destruction de celleci par surpression dans l'une des deux zones. il n'en va pas de même, lorsque les effets de deux pompes, sont conjugués. La figure 17 représente sous une autre forme, un montage dont le fonctionnement, permet de comprendre facilement celui des deux zones neutres. Si deux pistons tels que p 1 et p 2, ayant le même diamètre, se déplacent de la même course, mais en sens inverse dans les cylindres c 1 et c 2, une partie du fluide contenu dans le réservoir circule de l'un vers l'autre selon la flèche, mais le niveau d 1 du canal c 3 restera invariable. C'est le principe qui régit le fonctionnement des deux zones neutres de la pompe à débit variable. Selon la figure 13, lorsque les pompes sont en rotation, le volume de la cavité 13a de la première pompe devient 13a', c'est à dire en augmentation. Le volume 13c de la seconde pompe devient 13c', il est en diminution. La cavité 13a est reliée par le canal 13b de l'élément 24 visible sur la figure 2, à la cavité 13c située vis à vis. Le volume refoulé par la cavité 13c étant égal au volume aspiré par la cavité 13a, le canal 13, passant devant le secteur d'isolement 4 n'a pas de débit. il en va de même lorsque chaque canal 13, passe devant le secteur d'isolement 8. Les deux zones neutres, 4 et 8 se confondent avec ces secteurs d'isolement. La figure 8 montre le déplacement d'une partie du fluide dans les zones intermédiaires du rotor. Les figures 14. 15 et 16, sont des représentations symboliques des volumes contenus dans les cavités passant en zone neutre. Le fonctionnement correct de ces zones, implique trois conditions 1. Que les pignons internes 15 et 20 des deux pompes, soient positionnés symétriquement par rapport au centre de la zone neutre, l'angle or étant égal à l'angleo déterminée par l'arc O.P. 3.Que les axes A et A' ne dépassent pas les points C et D situés en bordure de ces secteurs. La figure 14, montre la variation de volume de la zone c. d. e. g, due à la rotation des pignons 14 et 15. Elle correspond au passage d'un des canaux 13 devant le secteur d'isolement 4. La figure 15, montre la variation de volume de la zone c'dtg'f' due à la rotation des pignons 20 et 25. Elle correspond également au passage des canaux 13, devant le secteur d'isolement 4. La zone c.d.g.e de la figure 14 peut se décomposer en deux parties, soit un volume constant c.d.f.e et un volume variable e.f.g. La zone c'd'f'g' de la figure 15 peut se décomposer en deux parties, soit un volume constant c'd'f'e' et un volume variable e'f'g'. La figure 16 montre que la somme des deux volumes, soit c.d.m.n, est toujours constante, pendant le passage du canal 13 devant le secteur d'isolement 4. L'arc m n étant concentrique à l'arc c d, quelle que soit la position du canal. il en va de même lorsque l'un des canaux passe devant le secteur 8 de la figure 13. Les figures 6.9.10 et 12, sont des représentations symboliques des deux pompes. Les figures 7.11.13 sont des représentations réelles. Les pignons internes, à condition d'être toujours disposés symétriquement, peuvent prendre une infinité de positions, ce qui en fait une pompe à débit variable. L'ensemble, représenté à la figure 6, montre une pompe dont le débit est nul. Les volumes contenus dans les zones 42.8a. et 41 sont refoulés dans ceux des zones 47.8b et 45. Les volumes contenus dans les zones 44.4b et 46, sont refoulés dans ceux des zones 40.4a. et 43. Les volumes refoulés par chaque pompe étant égaux aux volumes aspirés, il n'y a pas de débit externe. La figure 7 en est une représentation réelle. Les volumes, des différentes cavités, sont le produit d'une surface par la largeur des dents des engrenages. il suffit de comparer les surfaces des différentes zones, pour comprendre le fonctionnement de chaque pompe. Lorsqu'une cavité, ou un ensemble de cavités diminue en rotation, il s'agit d'une zone de pression. Lorsque les cavités augmentent de volume, il s'agit d'une zone d'aspiration. Lorsqu'une ou plusieurs cavités sont en expension et qu'elles reçoivent un fluide sous pression, il s'agit d'une zone motrice. En effet, une pompe volumétrique, alimentée en fluide sous pression, se comporte comme un moteur. La figure 9 montre que la variation de la zone de refoulement 44 est plus grande que la variation de la zone en expension 40, la pompe débite. La zone 45 étant motrice, elle restitue son énergie à l'arbre moteur par l'intermédiaire de la couronne à denture interne. Elle reçoit le fluide sous pression depuis la zone 41 de l'autre pompe. La variation de la zone de refoulement 41 est plus grande que la variation de la zone motrice 45, la seconde pompe débite également. La zone motrice 40 reçoit le fluide sous pression depuis la zone 44, elle le restitue ensuite à la zone d'aspiration 43, en passant par la zone intermédiaire 4a. La variation de la zone en expension 47 est plus grande que la variation de la zone de refoulement 42, la pompe aspire. La zone 46, restitue son fluide à la zone 43. La variation de la zone 43 est plus importante que la variation de zone de refoulement 46, la seconde pompe aspire. Le fluide contenu dans la zone 42, est transféré partiellement dans la zone d'aspiration 47. La figure 11 est une représentation réelle des deux pompes de la figure 9. Plus les zones d'aspiration et de pression sont importantes, plus le débit de l'ensemble des deux pompes est élevé. La figure 10, montre deux pompes dont le débit total atteint presque le maximum. Selon les figures 12 et 13, les axes A.B et B'A' sont positionnés en dessous d'une ligne horizontale telle que représentée à la figure 6. Il y a inversion du débit, les zones 40 et 45 étant en expension, sont des zones d'aspiration. Les zones 42 et 46, en diminution, sont des zones de pression. La plage ae variation est la même, quel que soit le sens d'écoulement du fluide. La figure 18 représente une transmission à couple et vitesse variable. Il s'agit d'un circuit double conçu pour obtenir les deux sens de rotation du moteur, sans inverser le sens de rotation de la pompe à débit variable. Cette dernière, en début de variation, est alimentée par une pompe de gavage PG, dont le débit et la pression, sont limités par le clapet taré C13. Le fluide est réparti de part et d'autre de la pompe P à débit variable, par les clapets C14 et C15. Pour un débit allant de gauche à droite, le fluide est aspiré dans le réservoir par l'intermédiaire du clapet C4 ; il est ensuite refoulé par la pompe P vers le moteur M en passant par le clapet C6 ; ensuite il retourne au réservoir en passant par le distributeur D1 en position ouvert. C10 et C11 sont des clapets de sécurité, destinés à limiter la pression. Lorsque le moteur M travaille en frein, il se comporte comme une pompe, le fluide est aspiré par le clapet C9 et retourne au réservoir en passant par le distributeur D1 à étranglement réglable. Les clapets C5 et C6 sont tarés de façon telle, que l'aspiration du moteur, ne vide pas la pompe à débit variable. Le clapet C7 et le distributeur D2 sont utilisés pour l'autre sens de rotation du moteur. RETENDICADIONS I) Machine tournante à fluide à débit .variable,uti- lisable notamment comme pompe,moteur,ou transmission caractérisée en ce quelle comprend deux pompes à engrenage à denture interne 14 et 25,contenues dans un rotor et dont les pignons menés I5 et 20,peuvent être positionnés par un mécanisme,composé de trois pignons coniaues 33.34.35,situés à l'extérieur. 2) Machine tournante,selon la revendication I,carac térisée en ce que le rotor,tourne dans un corps 64 à double paroi,fermé à chaque extrémité par les flaques I et 2 percés en leur centre et dans lesquels,tournent les arbres II et 22.du dit rotor. 3) Machine tournante, selon la revendication 2,carac térisée en ce que le rotor comprend un arbre menant II, solidaire d'un plateau IO entrainant une première cou ronne à denture interne I4,fixée à un second plateau 24 solidaire d'une deuxième couronne 25,disposée symétri quement par rapport à la première et entrainant à son tour un troisième plateau I9,solidaire de l'arbre 22 situé à l'autre extrémité du rotor. 4) Machine tournante, selon la revendication 3,carac térisée en ce que les deux couronnes à denture interne I4 et 25,entrainent respectivement les pignons I5 et 20 tournant librement sur les exentriques 28 et 29,respec vivement solidaires des arbres 27 et 26,dont l'un est creux et concentrique par rapport à l'autre et dont les roles sont de positionner avec précision, les deux pi gnons I5 et 20,de part et d'autre d'un axe passant par le centre des secteurs d'isolement 4 et 8. achine tournante, selon la revendication 4,caractérisée en ce que les exentriques 29 et 28,sont respectivement solidaires: a) d'un arbre creux 26,comportant à son extrémité .un pignon conique 34. b) d'un second arbre 27,tournant librement dans le premier 26,et comportant également à son extrémité un pignon conique 35.Ces pignons étant reliés enter'eux Par un troisième 33 avec dispositif de rattrapage de jeu,sont destinés à faire tourner les deux arbres 26 et 27 en sens inverse,l'un par rapport à l'autre. 6)Machine tournante, selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le rotor comprend deux pompes dont les couronnes à denture interne I4 et 25,sont montées symétriquement et séparées par un disque 24,percé de canaux,reliant entr'elles les cavités 13a et I3c,si- tuées entre les dents des couronnes.Ce disque 24,comporte un palier en son centre,dans lequel tournent les arbres 26 et 27,servant au positionnement des exentriques 28 et 29. 7)Machine tournante,selon la revendication 3,caractérisée en ce que le rotor comprend un disque IG,percé de canaux I3,entrainé par l'arbre moteur II,et soliq daire de la première couronne à denture interne I4.Ces canaux,étant le prolongement de ceux de l'élément de séparation 24,débouchent dans les cavités 5 ou 6 du flasque I. 8)achine tournante, selon la revendication 3,caractérisée en ce que les espaces,tels que I3a et Ixc,si- tués entre les dents des couronnes I4 et 25,ont été prolongés et usinés de façon à obtenir une forme semicirculaire alignée avec les canaux 13b et 13. 9)Machine tournante,selon la revendication 2,caractérisée en ce qu'elle comporte un corps à double paroi constitué de deux tubes de diamètres différents 64 et 65,emboités l'un dans l'autre et assemblés par deux entretoises 63 et 62,montées symétriquement en prolonguement des secteurs 4 et 8,situés sur le flasque I et réalisant deux réservoirs 52 et 53 isolés,l'un par rapport à l'autre. Machine tournante,selon les revendications 7 et 9 caractérisée en ce que les cavités.5 et 6 du flasque I sont respectivement en communicatiOn avec les réser Noirs 52 et 53 du corps de pompe.Ces derniers sont reliés à l'extérieur par les orifices filetés 50 et 51. II)Machine tournante,selon la revendication I caractérisée en ce quelle comporte deux pompes à engrenage interne de type N-I dont le nombre de dents n1 est pas limitatif. I2)Eachine tournante,selon la revendication II caractérisée en ce que le nombre de dents des couronnes à denture interne I4 et 25 peut être pair et celui des pignons 15 et 20 impair ou inversement,le nombre de dents des couronnes à denture interne peut être impair et celui des pignons interne en nombre pair.