Brevet FR2655691A1 — publié le 19910614

La présente invention concerne une pompe volumétrique ayant un corps dans lequel est monté à coulisse un piston hydraulique pouvant être animé d'un mouvement alternatif par un mécanisme d'actionnement, et un organe de refoulement défor- mable monté de manière étanche sur le corps de la pompe; un liquide hydraulique sert à associer l'organe de refoulement à la course de refoulement du piston hydraulique. Dans les pompes connues, ayant leur organe de refou- lement actionné de cette manière par un système de transmission hydraulique, ce système sert non seulement à transmettre le déplacement du liquide à l'organe de refoulement pendant la course de refoulement mais aussi pendant la course d'aspira- tion Ainsi, le système de transmission hydraulique se trouve en état de surpression pendant la course de refoulement, et en état de dépression pendant la course d'aspiration Or le systè- me considéré comporte des fuites inévitables, ne serait-ce qu'entre le piston et son logement cylindrique, si bien que la phase de refoulement entraîne une perte de liquide dans la transmission hydraulique pendant la phase de refoulement, alors qu'une augmentation de la quantité de liquide se produit pen- dant l'aspiration Ainsi, suivant le caractère prépondérant de cet ensemble de pertes ou d'entrées de liquide, le système de transmission hydraulique tend à fonctionner avec une insuffisan- ce de liquide, ou au contraire avec un excès de liquide. Or une telle insuffisance de liquide hydraulique, inhérente à la conception du système de transmission considéré, est indésirable pour le bon fonctionnement de ce système, et il en va de même pour un excès progressif de liquide hydraulique apparaissant dans les mêmes-conditions En cas d'insuffisance de liquide dans le système de transmission hydraulique, l'organe de refoulement déformable de la pompe risque de venir en butée dans sa position de point-mort haut alors que la course de re- tour du piston hydraulique n'est pas encore terminée Et si le piston hydraulique poursuit ainsi sa propre course d'aspira- tion, il en résulte une dépression importante au sein du liqui- de hydraulique, au point de provoquer une libération des gaz dissous dans ce liquide, avec formation de bulles de gaz Le système de transmission hydraulique souffre alors d'un effet d'élasticité qui l'empêche de fonctionner correctement. A l'inverse, un excès de liquide dans le système de trans- mission hydraulique provoque une extension indésirable de l'or- gane de refoulement déformable de la pompe, et cet organe ris- que de venir en butée contre le fond de la chambre de refoule- ment o il est monté Il peut en résulter une rupture de l'orga- ne de refoulement, et/ou un endommagement de cet organe sous l'effet des particules solides contenues dans le liquide à pom- per. On a proposé des systèmes de soupapes, à la fois compli- qués et onéreux, pour éviter cette variation dangereuse de la quantité de liquide de la transmission hydraulique, afin d'em- pêcher un excès ou une insuffisance également dommageable de liquide Mais ces systèmes de soupapes de compensation grèvent le prix des pompes, et ils ont en outre l'inconvénient de ne pas pouvoir être réduits à volonté pour conserver toute leur fiabi-_ lité sur des pompes de dimensions réduites. Lorsque l'organe de refoulement déformable de la pompe tend à venir en butée pendant sa course de retour, par suite d'une insuffisance de liquide dans la transmission hydraulique, il faut prévoir une soupape de compensation dont l'ouverture permet alors une entrée complémentaire de liquide hydraulique provenant d'un réservoir extérieur dans la chambre de transmis- sion, sous l'effet de la dépression due au piston moteur qui poursuit sa course d'aspiration Mais il faut que cette soupape de compensation ne risque pas de s'ouvrir spontanément de maniè- re inopinée, même en cas d'une dépression importante survenue au cours de la phase d'aspiration normale En effet, cette ou- verture fortuite de la soupape de compensation provoquerait une entrée indésirable de liquide dans la transmission hydraulique, au point d'aboutir à un excès dangereux de liquide à la fin de la course d'aspiration. D'après la demande de brevet allemand DE-OS 2 843 054, on connaît un dispositif qui empêche une telle ouverture indési- rable de la soupape de compensation sous l'effet d'une dépres- sion du liquide de la transmission hydraulique, au cours de la phase d'aspiration de la pompe Et la demande de brevet allemand P 3 733 320 8 décrit un système comportant une soupape de compensation sollicitée par un ressort de rappel, qui est prévue pour s'ouvrir sous l'effet d'une dépression en-dessous d'un seuil de valeur prédéterminée, pour permettre une entrée complémentaire de liquide dans la chambre de transmission hydraulique Mais il est prévu d'éviter alors l'excès de liqui- de dans le système de transmission, en maintenant ouverte la soupape de compensation jusqu'au retour de l'organe de refou- lement en position de point-mort haut, o il est ramené méca- niquement. Dans la présente invention, on se propose de supprimer les inconvénients exposés plus haut, en réalisant une pompe volumétrique de conception simple, pourvue d'un organe de refou- lement déformable actionné par l'intermédiaire d'une transmis- sion hydraulique pendant la course de refoulement du piston hydraulique; grâce à sa simplicité de construction, la pompe proposée n'est pas seulement d'un prix de revient favorable, mais elle se prête aussi à une miniaturisation, plus facile- ment que les pompes à transmission hydraulique actuellement connues, en conservant une fiabilité élevée. Pour obtenir ces résultats avec une pompe volumétrique du genre défini plus haut, on prévoit des moyens permettant d'assurer à eux seuls le retour en position de point-mort haut de l'organe de refoulement déformable et du piston hydraulique, dans la phase d'aspiration, indépendamment du mécanisme d'ac- tionnement, grâce à un effort de rappel appliqué à l'organe de refoulement Ce retour en position de point-mort haut de l'or- gane de refoulement et du piston hydraulique, au cours de la phase d'aspiration, ne doit pas être assuré par un effort mo- teur appliqué au piston hydraulique et transmis par celui-ci à l'organe de refoulement, mais par un effort de rappel appli- qué directement à l'organe de refoulement, en direction de la position de point-mort haut de cet organe C'est ainsi l'orga- ne de refoulement qui communique ce mouvement de retour au pis- ton hydraulique, par l'intermédiaire du liquide du système de transmission hydraulique Comme dans les pompes connues du même genre, la position de point-mort haut du piston hydrau- lique peut être définie par une butée, contre laquelle le piston vient s'arrêter, ou par le mécanisme d'actionnement servant de butée Il faut alors-que la position correspondan- te de point-mort haut de l'organe de refoulement déformable soit définie mécaniquement par le piston hydraulique Au début de la course de refoulement, il faut que l'organe de refoule- ment déformable se sépare du piston hydraulique, pour que la transmission de l'effort moteur du piston hydraulique à l'or- gane de refoulement s'effectue par l'intermédiaire du liquide de la transmission hydraulique, disposé entre ces deux organes mobiles. Pour que le piston hydraulique et l'organe de refoule- ment déformable de la pompe puissent ainsi accomplir leur cour- se de refoulement en s'écartant l'un de l'autre, il faut que la section utile du piston hydraulique soit supérieure à celle de l'organe de refoulement déformable En outre, il faut que la partie de l'organe de refoulement déformable prévue pour venir en butée contre le piston hydraulique en position de point- mort haut ait une course proportionnelle au déplacement volu- métrique dans le sens du mouvement du piston hydraulique D'une manière avantageuse, on peut réaliser un tel organe de refoule- ment au moyen d'un soufflet, adapté à s'allonger dans le sens axial sous l'action du liquide hydraulique introduit dans sa cavité interne. Pendant la course d'aspiration, le piston hydraulique ne doit en aucun cas être soumis à un effort moteur autre que celui qui provient du mouvement de retour de l'organe-de re- foulement Par exemple, un effort provenant du mécanisme d'en- traînement pourrait avoir pour effet d'augmenter la vitesse de retour du piston hydraulique vers sa position de point-mort haut, cette vitesse de retour du piston dépassant alors la va- leur liée à la vitesse de retour de l'organe de refoulement et au rapport des surfaces des sections utiles des organes mobiles considérés En effet, cette vitesse de retour excessive du pis- ton hydraulique provoquerait une dépression au sein du liquide hydraulique disposé entre le piston et l'organe de refoulement, risquant de provoquer une entrée indésirable de liquide en provenance du réservoir de compensation, ce qui aboutirait à un excès de liquide dans la transmission hydraulique Or l'un des buts de l'invention est justement d'éviter un tel inconvé- nient Comme on l'a déjà indiqué, la dépression en question aurait pour effet d'accroître d'une manière inacceptable la quantité de liquide de la transmission hydraulique, en raison des fuites, ou par suite d'une ouverture indésirable de la soupape de compensation sensible à la dépression. Si par contre l'organe de refoulement déformable vient en butée contre le piston hydraulique avant d'avoir atteint son point-mort haut dans sa course d'aspiration, par suite d'une insuffisance de liquide dans le système de transmission hydrau- lique, l'organe de refoulement se trouve ainsi par rapport au piston déjà placé dans la position finale correspondant à son retour au point-mort haut. La partie résiduelle de la course de retour de l'organe de refoulement et du piston hydraulique, vers leur position de point-mort haut, est alors parcourue par ces deux organes à la même vitesse Mais le coulissement du piston hydraulique pro- voque un déplacement volumétrique de liquide supérieur à celui de l'organe de refoulement déformable, puisque la section uti- le du piston est supérieure à celle de l'organe de refoulement. Il en résulte au sein du liquide de la transmission hydrau- lique une dépression qui provoque l'ouverture de la soupape de compensation prévue entre la chambre de transmission et le ré- servoir extérieur. Ainsi, jusqu'au retour en position de point-mort haut du piston hydraulique et de l'organe de transmission déformable, la quantité de liquide du système de transmission hydraulique est progressivement complétée jusqu'à sa valeur normale, par aspiration de liquide du réservoir-extérieur. Un dispositif approprié permet d'agir sur la soupape de compensation, pour la maintenir en position d'ouverture, afin de faciliter un premier remplissage en liquide du systè- me de transmission hydraulique de la pompe, en évitant les bul- les d'air, au moment de l'assemblage de la pompe, et pour empê- cher aussi un remplissage excessif et dangereux Pour ce faire, on remplit d'abord de liquide l'organe de refoulement défor- mable et la chambre de transmission ménagée dans le corps de la pompe Il faut alors enfoncer le piston hydraulique dans son logement, jusqu'à l'amener en appui contre la tige de pous- sée-de l'organe de refoulement, qui se trouve soulevé en posi- tion de point-mort haut par son ressort de rappel Pour ef- fectuer cet enfoncement du piston, il faut évacuer une certai- ne quantité de liquide en excès dans la chambre de transmission, et dans ce but il faut ouvrir le passage prévu dans le corps du piston, grâce à un canal interne qui permet de faire communi- quer la chambre de transmission avec le réservoir-extérieur de liquide On assure cette mise en communication, et donc l'éva- cuation du liquide en excès dans la chambre de transmission hydraulique, en maintenant en position d'ouverture la soupape de compensation prévue sur le canal de communication ménagé dans le corps du piston Normalement, cette soupape est main- tenue fermée par le liquide de la chambre de transmission cherchant à s'écouler vers le réservoir. On va maintenant décrire en détail l'invention, en réfé- rence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: Fig 1 représente la pompe volumétrique conforme à l'in- vention avec ses organes à mouvement alternatif en position haute; Fig 2 montre en position basse les organes à mouvement alternatif du même système. Un piston hydraulique 11 est monté à coulisse dans un corps de pompe 12, avec le moins possible de fuites Vers le haut, la course du mouvement alternatif du piston 11 est limi- tée par exemple par un collet 18, en saillie sur le piston 11, et adapté à venir en butée contre le corps 12 de la pompe Bien entendu, la course du piston 11 vers le haut peut aussi être limitée par le mécanisme d'actionnement, tel que par exemple un arbre à excentrique 19 La pompe comporte aussi un organe de refoulement déformable, constitué par un soufflet 13 suspendu au corps 12 de la pompe, auquel l'extrémité supérieure du souf- flet 13 est fixée de manière étanche La section utile A 2 du soufflet est inférieure à la section utile Ai du piston 11 A l'extrémité inférieure du soufflet 13, qui peut se déplacer dans le sens axial, est fixée une tige 14 disposée à l'inté- rieur du soufflet, et qui s'étend en direction du piston 11. Entre une collerette 16 portée par l'extrémité libre de la tige 14 et le corps 12 de la pompe est monté un ressort 15, ce res- sort travaille en compression de manière à exercer sur l'extré- mité inférieure 17 du soufflet 13 un effort de rappel, opposé à l'effort de refoulement du soufflet, qui est dirigé vers le bas Bien entendu, cet effort de rappel peut aussi être obtenu au moyen d'un autre ressort de compression tel que 15 a, monté dans la chambre de refoulement 23 de la pompe, entre l'extrémi- té inférieure 17 du soufflet 13 et le fond du corps 12 de la pompe. Sous l'action du ressort de rappel 15 ou 15 a, la tige 14 s'appuie mécaniquement contre le piston 11 dans la posi- tion qui correspond normalement au point-mort haut de son mouvement alternatif (Fig 1), le piston 11 étant alors lui-même en butée contre le corps 12 de la pompe, par l'intermédiaire de son collet 18, ou en butée contre le mécanisme d'actionne- ment 19 Le volume de la chambre 20, délimitée par la face in terne du soufflet 13 et celle du corps 12 de la pompe ainsi que par la-face inférieure du piston 11, est rempli d'un liqui- de approprié, pour constituer une chambre de transmission hydrau- lique A la partie supérieure de celle-ci, et par exemple dans le piston hydraulique 11, suivant un mode de réalisation avan- tageux, on a prévu une soupape 21 pourvue d'un obturateur 22 qui peut s'écarter de son siège d'obturation sous l'effet d'une dépression dans la chambre de transmission hydraulique 20, afin de mettre cette chambre en communication avec un réservoir de liquide hydraulique 24 disposé à l'extérieur, permettant ainsi un écoulement du liquide du réservoir 24 vers la chambre de transmission 20. Dans le corps du piston hydraulique 11 est montée à coulisse une aiguille 25, pouvant être actionnée de l'extérieur, pour mettre en position d'ouverture l'obturateur 22 de la sou- pape 21, en poussant cet obturateur vers le bas Lorsque l'ai- guille 25 n'est pas ainsi poussée vers le bas par une interven- tion extérieure, un ressort de rappel 26 est prévu pour mainte- nir l'aiguille 25 dans une position qui permet la fermeture de la soupape 21 Le ressort de rappel 26 est par exemple en appui vers le bas sur le corps du piston 11, et en appui vers le haut sur un collet 27 de l'aiguille 25. La rotation de l'excentrique 19, à partir de sa posi- tion représentée sur la Fig 1, commande le début du mouvement de descente du piston 11, pour refouler le liquide de la chambre Au début de cette course de refoulement vers le bas, le piston 11 est en appui sur la tête libre de la tige 14 du souf- flet 13 Mais comme la section utile Ai du piston 11 est supé- rieure à la section utile A 2 du soufflet 13, le volume du liqui- de refoulé par le piston 11 est supérieur au volume de liquide qui peut pénétrer dans le soufflet 13 pour une même vitesse de déplacement Cette différence a pour effet de créer dans la chambre de transmission hydraulique 20 une surpression, qui tend à faire refluer le liquide vers le réservoir 24 Mais cet- te surpression provoque aussi une mise en appui de l'obturateur 22 sur son siège, en fermant la soupape 21 Cette fermeture de la soupape oblige le liquide refoulé par le piston 11 à passer dans le soufflet 13 qui s'allonge alors dans le sens axial, tandis que le fond 17 du soufflet descend plus vite que le pis- ton 11, puisque la section utile A 2 du soufflet est inférieure à la section utile Ai du piston Ainsi, l'effort moteur du piston 11 est transmis au soufflet 13 uniquement par le liquide qui se trouve entre ces deux organes mobiles, et la tête de la tige 14, solidaire du soufflet, se sépare du piston 11 On a représenté sur la Fig 2 la position de pointmort bas du piston 11 et du soufflet 14 C'est pendant la course de refoulement du piston 11, vers le bas, que le liquide à pomper est chassé hors de la cham- bre de refoulement 23 par le mouvement d'allongement du soufflet 13. Si l'excentrique 19 continue à tourner à partir de sa position de la Fig 2, les organes mobiles de la pompe commen cent leur course d'aspiration, vers le haut Mais ce mouvement de retour vers le haut du piston 11 et du soufflet 13 n'est pas commandé par le mécanisme d'actionnement 19 En effet, le retour du soufflet 13 et du piston 11 vers leur position de point-mort haut est assuré au contraire par la poussée du ressort de rappel ou 15 a, qui agit directement sur le fond 17 du soufflet 13, grâce à la tige 14 L'effort de poussée vers le haut, ainsi exercé par le soufflet 13 sur le liquide de la chambre de transmission 20 et sur le piston 11 assure le maintien de la soupape 21 en position de fermeture, à cause de la pression du liquide de transmission En se raccourcissant, le soufflet 13 provoque dans la chambre de refoulement 23 un effet d'aspi- ration du liquide à pomper, cependant que le liquide de trans- mission refoulé par le soufflet dans la chambre de transmis- sion 20 repousse vers le haut le piston hydraulique 11, jusqu'à sa position de point-mort haut. Dans ce mouvement de remontée, le fond 17 du soufflet 13 se déplace plus vite que le piston 11, le rapport des vitesses étant égal au rapport des sections utiles A 2 et Ai de ces deux organes mobiles Si la quantité de liquide contenu dans le soufflet 13 et dans la chambre de transmission hydraulique 20 n'a pas varié, la tête de la tige 14 du soufflet revient en appui contre la face inférieure du piston 11 exactement au mo- ment o le soufflet et le piston retrouvent ensemble leur posi- tion de point-mort haut. Mais cette coincidence n'est plus respectée s'il existe dans le système des fuites, susceptibles de provoquer une dimi- nution de la quantité de liquide de la chambre de transmission , pendant la course de refoulement du piston et du soufflet, et pendant la course d'aspiration qui intervient ensuite, et à laquelle correspond également une surpression dans la chambre de transmission hydraulique 20 En effet, la vitesse de remon- tée du piston 11 est alors plus faible que la valeur résultant en principe du rapport des sections utiles Ai et A 2 du piston et du fond 17 du soufflet Dans ces conditions, la tête de la tige 14 du soufflet vient en appui contre la face inférieure du piston 11 avant d'arriver à sa position de point-mort haut. Pour leur fraction de course résiduelle, jusqu'à leur position de pointmort haut, le fond 17 du soufflet et le piston 11 se déplacent donc alors à la même vitesse. En raison de sa plus forte section utile, le piston 11 déplace alors un volume de liquide supérieur au volume déplacé par le soufflet 13 dont le fond 17 accompagne le mouvement du piston, à la même vitesse que celui-ci En conséquence, il se produit un effet de dépression au sein du liquide de la chambre de transmission hydraulique 20, traduisant une insuffisance de liquide qui est fonction de la différence des sections utiles du piston et du soufflet, et de l'importance de la course de retour résiduelle commune de ces deux organes mobiles Cette dépression provoque l'ouverture de la soupape 21, et une entrée de liquide hydraulique dans la chambre de transmission 20, jus- qu'au retour du piston et du soufflet dans leur position de point-mort haut Ensuite, recommence la course de refoulement sous pression, comme déjà décrit. Si le circuit du liquide à pomper présente une résistance excessive à l'aspiration, ou si l'effort fourni par le ressort de rappel 15 ou 15 a est trop faible, le mouvement de retour du soufflet 13 et du piston 11 vers le haut prend du retard par rapport au mouvement correspondant de l'excentrique d'actionne- ment 19 En conséquence, l'excentrique s'écarte de la face asso- ciée du piston, et on évite ainsi des efforts de traction entre le mécanisme d'actionnement et le piston pendant la course d'aspiration, même en cas de résistance excessive dans le cir- cuit d'aspiration De cette manière, le système de transmission hydraulique ne risque plus de subir aucun effort moteur suscep- tible de provoquer dans la chambre de transmission 20 une dé- pression qui pourrait entraîner l'ouverture de la soupape 11, et une entrée intempestive de liquide hydraulique aspiré dans le réservoir 24. Au momoen;t de l'assemblage des éléments de la pompe, on introduit le piston 11 dans le corps 12 de la pompe après avoir déjà rempli celui-ci de liquide hydraulique Pour pouvoir ainsi enfoncer le piston 11, introduit par en-haut dans le corps de la pompe, afin de l'amener jusqu'à sa position de point-mort haut en évacuant le liquide hydraulique en excès dans la chambre de transmission 20, on agit à la main sur l'aiguille 25 de la sou- pape 21, en enfonçant l'aiguille dans le corps du piston 11 au moyen d'un outil, pour comprimer son ressort de rappel 26 et écarter l'obturateur 22 de son siège On peut ainsi maintenir en position d'ouverture provisoire la soupape 21, à l'encontre du courant de liquide hydraulique à évacuer de la chambre de transmission 20. 1 1 REVENDICATIONS 1 Pompe volumétrique, comportant un corps dans lequel est monté à coulisse un piston hydraulique pouvant être animé d'un mouvement alternatif par un mécanisme d'actionnement, et un organe de refoulement déformable monté de manière étanche sur le corps de la pompe, un liquide hydraulique servant à associer l'organe de refoulement à la course de refoulement du piston hydraulique; caractérisée en ce que l'organe de refou- lement déformable ( 13) est constitué par un soufflet élastique dont la section utile (A 2) est inférieure à la section utile (Ai) du piston hydraulique ( 11), et en ce que des moyens de rappel sont prévus pour agir sur le soufflet ( 13) et sur le piston hydraulique ( 11), indépendamment du mécanisme d'action- nement, pour faire revenir ces deux organes mobiles à leur po- sition de point-mort haut, en appliquant un effort de rappel à l'organe de refoulement ( 13). 2 Pompe volumétrique selon la revendication 1, carac- térisée en ce qu'elle comporte un ressort de compression ( 15, a), pour appliquer à l'organe de refoulement ( 13) l'effort de rappel prévu pour la course d'aspiration de cet organe. 3 Pompe volumétrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le piston hydraulique ( 11) est pour- vu d'une partie en saillie ( 18), adaptée à venir en butée contre le corps ( 12) de la pompe, pour définir la position de point- mort haut du piston ( 11). 4 Pompe volumétrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'organe de refoulement déformable ( 13) est pourvu d'une tige de poussée ( 14), dont la tête libre est adaptée à venir en butée contre le piston hydraulique( 11), dans sa position de point-mort haut. 5 Pompe volumétrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la chambre de transmission hydrau- lique ( 20), ménagée dans le corps ( 12) de la pompe entre le piston hydraulique ( 11) et la cavité interne de l'organe de re- foulement ( 13), peut communiquer avec un réservoir de liquide hydraulique ( 24), par l'intermédiaire d'une soupape ( 21,22), qui est commandée par la pression existant dans la chambre de transmission hydraulique ( 20). 6 Pompe volumétrique selon l'une des revendications 1 à , caractérisée en ce qu'un mécanisme ( 25,26,27) est prévu dans le corps du piston hydraulique ( 11), pour pouvoir actionner à la main la soupape ( 21,22) afin d'amener et de maintenir cette soupape en position d'ouverture.