Brevet FR2694343A1 — publié le 19940204

"Sous-ensemble hydrostatique avec une pompe principale et une pompe auxiliaire, conçu pour l'entraînement d'un engin de chantier, ou un chariot de manutention avec une boite de vitesse hydrostatique, et son utili- sation". L'invention concerne un sous-ensemble hy- drostatique avec une pompe principale et au moins une pompe auxiliaire, dans lequel la pompe principale est constituée comme un moteur à piston axial selon un type de construction à disque en mutation, dont le tambour des vérins traversé par un arbre d'entraîne- ment et relié de façon solidaire en rotation à celui- ci repose axialement contre une surface de commande formée sur un plancher de commande ou sur une pièce constitutive fixée dessus et dans lequel la pompe auxiliaire est prévue pour entraîner la pompe princi- pale au moyen de l'arbre d'entraînement. De tels sous-ensembles sont composés en rè- gle générale à partir de pompes individuelles normali- sées par exemple à partir d'un moteur à piston axial comme pompe principale et d'une pompe à engrenage com- me pompe auxiliaire Il y a cependant des réalisa- tions, dans lesquelles deux moteurs à piston axial sont bridés l'un sur l'autre Les sous-ensembles selon le type décrit ci-dessus sont utilisés le plus souvent comme centrales de pompage pour l'entraînement de ma- chines, par exemple de machines de travaux publics Il est en outre connu de composer un sous-ensemble du type décrit ci-dessus en même temps avec des moteurs hydrostatiques à piston axial avec disque en mutation en utilisant d'autres constituants. L'inconvénient avec ces sous-ensembles con- nus est en plus de la grande longueur hors tout condi- tionnée par la mise en série les uns après les autres des différents modules qu'on trouve dans le commerce, c'est-à-dire du fait de leur grand nombre et des coûts de fabrication et de montage qui en découlent Ceci est en particulier le cas, quand pour des raisons de capacité, la pompe auxiliaire est aussi constituée comme un moteur à piston axial. La présente invention a pour objet d'optimi- ser un sous-ensemble hydrostatique puissant du type mentionné au début en ce qui concerne l'encombrement, en particulier la longueur hors tout et le nombre des constituants. Ce problème est résolu selon l'invention grâce au fait que la pompe auxiliaire est constituée comme un moteur à piston axial dont le tambour des vé- rins s'appuie sur l'arbre d'entraînement prolongé de la pompe principale et est relié de façon solidaire en rotation à celui-ci Le sous-ensemble hydrostatique monté de cette manière est puissant et présente en ou- tre un faible encombrement et peu de constituants. L'arbre d'entraînement de la pompe principale assure l'ensemble des fonctions d'un arbre d'entraînement de la pompe auxiliaire, à savoir la transmission du cou- ple de rotation et le soutien du tambour à vérins La pompe auxiliaire n'a besoin en conséquence d'aucun ar- bre d'entraînement Il est uniquement nécessaire de prolonger l'arbre d'entraînement de la pompe principa- le de façon suffisante pour que le tambour à vérins de la pompe auxiliaire puisse s'appuyer dessus Dans ce cas les paliers disposés dans la pompe principale re- çoivent les forces d'appui de la pompe auxiliaire Les roulements à rouleaux nécessaires dans le cas des pom- pes auxiliaires selon l'état de la technique pour sup- porter l'arbre d'entraînement proprement dit, sont omis en conséquence De cette façon, le sous-ensemble hydrostatique selon l'invention est plus court que ce- lui de l'état de la technique L'arbre d'entraînement peut le cas échéant être aussi réalisé en deux parties de telle sorte que le tambour à vérins de la pompe auxiliaire s'appuie sur un arbre de prolongation relié àl'arbre d'entraînement. Selon un développement de l'invention, on propose de former le plancher de commande de la pompe principale comme organe de réception du disque en mu- tation de la pompe auxiliaire De cette façon, on se passe d'un autre constituant. Dans ce cas, il est avantageux de former au moins une partie du carter de la pompe auxiliaire avec les parois entourant un évidement dans le plancher de commande de la pompe principale, parois dans lesquel- les pénètre l'arbre d'entraînement de la pompe princi- pale La pompe auxiliaire est donc au moins en partie disposée à l'intérieur du plancher de commande de la pompe principale Le plancher de commande de la pompe principale assume, dans ce cas en plus de la fonction de réception du disque en mutation, la fonction d'un carter pour la pompe auxiliaire, de telle sorte que la pompe auxiliaire n' a besoin d'aucun carter séparé De cette façon le plancher de commande de la pompe prin- cipale est aussitôt utilisé deux fois comme consti- tuant pour la pompe auxiliaire, grâce à quoi, on ré- duit d'une part la longueur hors tout du sous-ensemble hydraulique et d'autre part on a besoin de moins de constituants. Il se révèle approprié de disposer le tam- bour à vérins de la pompe auxiliaire à l'intérieur de l'évidement de la plaque de commande de la pompe prin- cipale et de fermer l'évidement par un couvercle sur lequel est formée la surface de commande de la pompe auxiliaire. Selon une autre configuration de l'inven- tion, on propose qu'au moins une partie du carter de la pompe auxiliaire soit formée par son plancher de commande en forme de pot Dans ce cas, le plancher de commande de la pompe principale sert aussi de logement pour le disque en mutation de la pompe auxiliaire et le plancher de commande de la pompe auxiliaire lui sert de carter De cette façon, on se passe d'un car- ter séparé de pompe auxiliaire et d'un logement propre de disque en mutation, comme dans le cas de la forme de réalisation décrite ci-dessus, dans laquelle le carter de la pompe auxiliaire est constitué par le plancher de commande de la pompe auxiliaire. Si l'on utilise comme pompe auxiliaire une pompe à volume de refoulement constant, il est alors particulièrement avantageux que le disque en mutation de la pompe auxiliaire soit formé sur le plancher de commande de la pompe principale De cette façon, on fait l'économie d'un autre constituant Dans le cas o la cylindrée de la pompe auxiliaire doit être réglable on note de façon à pouvoir pivoter un disque en muta- tion sur le plancher de commande ou dans l'évidement du plancher de commande de la pompe principale et on incorpore un mécanisme de pivotement ajusté en cons- équence Une pompe auxiliaire constituée comme une pompe de réglage permet en particulier dans la zone des faibles vitesses de rotation, une meilleure adé- quation de la puissance recueillie à la puissance d'entraînement disponible. Dans les cas d'application dans lesquels il faut alimenter plus d'appareils consommateurs que ne peut le faire la pompe auxiliaire, un autre développe- ment de l'invention prévoit que sur le côté du plan- cher de commande opposé à la pompe principale, on dis- pose une deuxième pompe auxiliaire qui est reliée à l'arbre d'entraînement de la pompe principale ou d'un arbre d'entraînement coaxial couplé à celui-ci du côté de l'entraînement. Pour n'avoir ici aussi peu de constituants que possible, on propose de constituer la seconde pom- pe auxiliaire comme une pompe à engrenage ou une pompe à couronne d'entrée dont le carter est fermé sur la face frontale tournée vers la première pompe auxiliai- re par le couvercle constitué comme plancher de com- mande de la première pompe auxiliaire. Une application particulièrement avantageuse de sous-ensemble hydrostatique selon l'invention est constituée par l'entraînement d'un véhicule, en parti- culier d'un engin de chantier, dans laquelle le véhi- cule présente un axe d'entraînement avec deux moteurs à pistons axiaux à disque en mutation, qui sont dispo- sés coaxialement l'un par rapport à l'autre et dont l'un est respectivement associé à l'une des extrémités de l'axe et dans lequel les faces de commande des mo- teurs sont disposées sur le plancher de commande, constitué comme bloc de distributeur, à angle droit par rapport à la surface de commande de la pompe prin- cipale. Il est apparu en outre qu'il était avanta- geux d'utiliser le sous-ensemble hydrostatique selon l'invention pour entraîner un chariot de manutention avec une boîte de vitesse hydrostatique, dans lequel la pompe principale est constituée comme une pompe haute pression pour le circuit hydraulique de travail et la deuxième pompe auxiliaire comme une pompe basse pression pour un entraînement auxiliaire La pompe principale (haute pression) sert en conséquence de pompe d'entraînement pour la boîte de vitesse hydros- tatique La première pompe auxiliaire (moyenne pres- sion) est utilisée comme pompe de travail pour alimen- ter l'hydraulique de levage et de manutention Pour les appareils auxiliaires utilisant l'hydraulique, tels que la direction et le maintien d'une pression d'alimentation dans le circuit fermé de la boîte de vitesse hydrostatique c'est la deuxième pompe auxi- liaire qui est concernée, pompe à considérer comme une pompe auxiliaire (basse pression). D'autres avantages et particularités de l'invention vont être expliqués plus en détail à par- tir du mode de réalisation représenté schématiquement sur les figures. La figure 1 montre une coupe à travers un sous-ensemble hydrostatique selon l'invention, monté dans un axe d'entraînement. La figure 2 est une coupe partielle à tra- vers un axe d'entraînement de l'état de la technique. La figure 3 est une variante de la figure 1. La figure 4 est une autre variante de la fi- gure 1. Le sous-ensemble hydrostatique selon l'in- vention est monté dans les variantes selon les figures 1, 2 et 3 de l'exemple de réalisation décrit ci-après dans un axe d'entraînement dont on a représenté dans les figures mentionnées une coupe à partir de la pièce centrale L'axe d'entraînement est par exemple une partie d'un chariot de manutention (empileuse à four- che à contre poids) avec une boîte de vitesse présen- tant un mode de construction compact (au contraire du mode de construction éclaté) en circuit fermé Un axe d'entraînement de l'état de la technique est représen- té à la figure 2 et est désigné aussi comme "axe com- pact". La pompe principale présente un arbre d'en- traînement 2 et un tambour à vérins 3 relié de façon solidaire à cet arbre Le tambour à vérins 3 est ap- puyé contre ce qu'on appelle un plancher de commande 4 Entre la face frontale du tambour à vérins 3 et le plancher de commande 4 est disposé un disque en muta- tion pourvu d'une face de commande La face de comman- de présente de manière connue des fentes de commande réniformes La face de commande peut aussi être formée sur le plancher de commande 4 Dans ce cas, les fentes de commande sont directement pratiquées dans le plan- cher de commande 4. Les fentes de commande sont raccordées à un canal d'alimentation en fluide sous pression disposé dans le plancher de commande 4 et à un canal d'évacua- tion de fluide sous pression 7 Le plancher de comman- de 4 est réalisé dans cet exemple de réalisation avec une forme parallélépipêdique et sert en outre à la ré- ception du disque de commande 5 de la pompe principale 1 en même temps de distributeur, qui conduit le flux de fluide sous pression refoulé par la pompe principa- le 1 aux faces de commande de deux moteurs à pistons axiaux 8 et 9 à disque en mutation disposés de façon coaxiale l'un par rapport à l'autre, dont l'un est as- socié à un entraînement par roue se trouvant à l'ex- trémité de l'axe Sur le plancher de commande 4 sont prévues en conséquence à angle droit par rapport à la face de commande de la pompe principale 1, les faces de commande des moteurs 8 et 9 Ceux-ci peuvent de la même manière que dans le cas de la face de commande de la pompe principale 1, être formés sur des disques de commande ou directement sur le plancher de commande 4. Le plancher de commande 4 est à cause de cela, désigné aussi comme un bloc de distributeur La pompe princi- pale 1 et les moteurs à pistons axiaux à disques en mutation 8 et 9, fonctionnent comme une boîte hydros- tatique sous haute pression en circuit fermé et cons- tituent la partie centrale de la transmission du cha- riot élévateur Le sous-ensemble décrit jusqu'ici constitue l'état de la technique. Dans le cas d'un axe d'entraînement connu de l'état de la technique, comme celui qu'on a représenté à la figure 2, on bride alors sur le côté à la pompe principale 1 du bloc de distribution (plancher de com- mande 4) une ou plusieurs pompes auxiliaires (sur la figure on en a représenté deux), qui sont entraînées par l'arbre d'entraînement prolongé ou passant complè- tement à travers le plancher de commande 4 en un arbre intermédiaire monté de façon coaxiale à cet endroit. Les pompes auxiliaires 30 et 40 servent à l'alimenta- tion d'un circuit hydraulique de travail et à d'autres appareils utilisateurs Dans ce cas, l'une des pompe auxiliaires, à savoir la pompe auxiliaire qui corres- pond au circuit hydraulique de travail, fonctionne dans la zone de pression moyenne, l'autre pompe auxi- liaire par contre fonctionne dans la zone de basse pression Dans le cas du dispositif représenté, on est gêné en plus du coût des pièces détachées par le fait que le sous-ensemble hydrostatique de pompes présente une longueur hors tout considérable. Dans le cas du sous-ensemble hydrostatique selon l'invention, selon la figure 1, on prévoit alors que l'arbre d'entraînement 2, qui est monté au moyen d'un roulement à rouleaux 10 dans le plancher de com- mande 4, s'étende au moyen du roulement à rouleaux 10 dans un évidement 11 dans le plancher de commande 4, évidement dans lequel est logé une pompe auxiliaire 12 tout entière ou au moins de façon partielle, pompe ré- alisée comme une pompe à pistons axiaux du type à dis- ques en mutation. L'évidement 11 peut être constitué par un alésage ou d'une autre manière par exemple en recou- rant à la technique de fonderie quand le plancher de commande 4 est réalisé par coulée. La pompe auxiliaire 12 fonctionne dans la zone de moyenne pression et est en premier lieu prévue pour actionner le circuit hydraulique de travail du chariot élévateur (par exemple l'hydraulique de leva- ge) Les parois du plancher de commande 4, qui entou- rent l'évidement 11, servent de carter à la pompe auxiliaire 12, dont le tambour à vérins 13 disposé à l'intérieur de l'évidement 11 s'appuie sur la partie de l'arbre d'entraînement 2 de la pompe principale 1, qui s'étend dans l'évidement 11. Comme la pompe auxiliaire 12 dans cette va- riante de l'exemple de réalisation doit présenter un volume de refoulement constant, le disque en mutation est directement formé à l'intérieur de l'évidement 11 sur le plancher de commande 4 L'évidement 11 est fer- mé par un couvercle 14, sur la face frontale tournée vers le plancher de commande 4 duquel est formée la face de commande de la pompe auxiliaire 12 et qui pré- sente un canal d'alimentation en fluide sous pression ainsi qu'un canal d'évacuation de fluide sous pres- sion 16. Au moyen d'un diviseur de débit (non repré- senté sur la figure) monté en aval du canal 16 d'éva- cuation du fluide sous pression, disposé dans un alé- sage 17, on obtient une division du flux de refoule- ment de la pompe auxiliaire 12, l'une des parties du flux de refoulement étant alimentée dans le circuit hydrostatique de l'hydraulique de marche pour mainte- nir une pression minimum, tandis que l'autre partie du flux de refoulement est envoyée à un circuit hydrauli- que de travail. Par rapport à un sous-ensemble hydrostatique de pompes habituel se composant d'une pompe principale et d'une pompe auxiliaire, le sous-ensemble selon l'invention présente considérablement moins de pièces constitutives On fait l'économie d'un arbre propre d'entraînement de la pompe auxiliaire ainsi que de son palier et du carter de pompe En outre, on raccourcit la longueur hors tout, car le plancher de commande de la pompe principale est utilisé en même temps comme disque en mutation. La figure 3 montre une variante de la figure 1, dans laquelle à la place d'une pompe auxiliaire avec un volume de refoulement constant, on prévoit une telle pompe avec un volume de refoulement réglable. Dans ce but, l'évidement 11 est plus profond dans le plancher de commande, de telle sorte que trouve place un disque en mutation réglable 18 ainsi que le méca- nisme de réglage non représenté sur la figure. Sur la figure 4, on a représenté une autre variante de la figure 1, qui trouve application quand le besoin de puissance de la pompe de travail (pompe auxiliaire 12) est si grande qu'il est plus avantageux de ne pas dériver les flux auxiliaires de la pompe de travail, mais de les produire au moyen d'une pompe à engrenage ou d'une pompe à couronne dentée Pour cela, on prévoit une deuxième pompe auxiliaire 19 constitué sous la forme d'une pompe à couronne dentée, dont le carter 20 est fermé sur la face frontale tournée vers la première pompe auxiliaire 12 (pompe à moyenne pres- sion) par le couvercle 14 pourvu de la face de comman- il de de la première pompe auxiliaire 12 Le couvercle 14 forme ainsi aussi bien le plancher de commande de la première pompe auxiliaire 12 fonctionnant comme pompe de travail (pompe à moyenne pression) qu'une paroi de raccordement, située du côté frontal, de la deuxième pompe auxiliaire 19 réalisée sous la forme d'une pompe à couronne dentée (pompe à basse pression). L'entraînement de la pompe à couronne dentée a lieu au moyen d'un arbre intermédiaire 21, qui est couplé à l'arbre d'entraînement 2 de la pompe princi- pale 1 (pompe d'entraînement de marche) au moyen d'une denture à cannelures au tambour à vérins 2 de la pompe principale 1 (pompe d'entraînement de marche) L'arbre intermédiaire 21 ne nécessite aucun palier qui lui soit propre, car il s'appuie sur le côté gauche sur la figure sur le tambour à vérins 13 de la pompe auxi- liaire 12 et de cette façon, sur le roulement à rou- leaux 10 de l'arbre d'entraînement 2 de la pompe prin- cipale 1 et sur le côté étroit sur la figure, sur le palier d'un manchon 22 de la deuxième pompe auxiliaire 19. Il est évidemment possible, à la place d'une pompe à engrenage ou d'une pompe à couronne dentée, d'utiliser une autre pompe appropriée Ensuite, pour adapter la vitesse de rotation, on peut disposer des démultiplicateurs ou des surmultiplicateurs entre les pompes. R E V E N D I C A T I O N S 1) Sous-ensemble hydrostatique avec une pom- pe principale et au moins une pompe auxiliaire dans lequel la pompe principale est constituée sous la for- me d'un moteur à piston axial du type de construction à disque en mutation, dont le tambour à vérins traver- sé par un arbre de commande et relié de façon solidai- re en rotation avec celui-ci repose axialement contre une surface de commande constituée sur un plancher de commande ou sur une pièce constitutive fixée dessus et dans lequel la pompe auxiliaire d'entraînement est prévue à travers l'arbre d'entraînement de la pompe principale, sous-ensemble hydrostatique caractérisé en ce que la pompe auxiliaire ( 12) est constituée sous la forme d'un moteur à pistons axiaux, dont le tambour à vérins ( 13) s'appuie sur l'arbre d'entraînement ( 2) prolongé de la pompe principale ( 1) et est relié à ce- lui-ci de façon solidaire en rotation. 2) Sous-ensemble hydrostatique selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le plancher de commande ( 4) de la pompe principale ( 1) est constitué sous la forme du logement du disque en mutation de la pompe auxiliaire ( 12). 3) Sous-ensemble hydrostatique selon la re- vendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une par- tie du carter de la pompe auxiliaire ( 12) est formée par les parois entourant un évidement ( 11) dans le plancher de commande ( 4) de la pompe principale ( 1), dans lesquelles pénètre l'arbre d'entraînement ( 2) de la pompe principale ( 1). 4) Sous-ensemble hydrostatique selon la re- vendication 3, caractérisé en ce que le tambour à vé- rins ( 13) de la pompe auxiliaire ( 12) est disposé à l'intérieur de l'évidement ( 11) du plancher de comman- de ( 4) de la pompe principale ( 1) et l'évidement ( 11) est fermé par un couvercle ( 14) sur lequel est formé la face de commande de la pompe auxiliaire ( 12). ) Sous-ensemble hydrostatique selon la re- vendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une par- tie du boîtier de la pompe auxiliaire est formé par son plancher de commande en forme de pot. 6) Sous-ensemble hydrostatique selon les re- vendications 2 à 5 prises dans leur ensemble, dans lequel la pompe auxiliaire présente un volume de re- foulement constant, caractérisé en ce que le disque en mutation de la pompe auxiliaire ( 12) est formé sur le plancher de commande ( 4) de la pompe principale ( 1). 7) Sous-ensemble hydrostatique selon les re- vendications 2 à 6 prises dans leur ensemble, carac- térisé en ce que sur le côté du plancher de commande ( 4) opposé à la pompe principale ( 1) est disposée une deuxième pompe auxiliaire ( 19), qui est reliée du côté de l'entraînement à l'arbre d'entraînement de la pompe principale ( 1) ou à un arbre intermédiaire ( 21) coaxial, couplé avec le précédent. 8) Sous-ensemble hydrostatique selon la re- vendication 7, caractérisé en ce que la deuxième pompe auxiliaire ( 19) est constituée sous la forme d'une pompe à engrenage ou d'une pompe à couronne dentée dont le carter ( 20) sur la face frontale tournée vers la première pompe auxiliaire ( 12) est fermée par le couvercle ( 14) pourvu de la face de commande de la première pompe auxiliaire ( 12). 9) Utilisation d'un sous-ensemble hydrosta- tique selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble servant à l'entraînement d'un véhicule, en particulier d'un engin de travail, caractérisé en ce que le véhicule présente un axe d'entraînement avec deux moteurs à pistons axiaux ( 8, 9) à disque en muta- tion, qui sont disposés coaxialement l'un par rapport à l'autre et dont l'un respectivement est associé à l'une des extrémités de l'axe et dans lequel les faces de commande des moteurs ( 8, 9) sont disposées sur le plancher de commande, constitué sous la forme d'un bloc de distributeur, de la pompe principale ( 1), à angle droit par rapport à la face de commande de la pompe principale ( 1). ) Utilisation d'un sous-ensemble hydrosta- tique selon l'une quelconque des revendications 8 et 9 à l'entraînement d'un chariot élévateur avec une boîte hydrostatique, application dans laquelle la pompe principale ( 1) est constituée sous forme d'une pompe haute pression pour l'entraînement de marche, la pre- mière pompe auxiliaire ( 12) sous la forme d'une pompe à moyenne pression pour le circuit hydraulique de tra- vail et la deuxième pompe auxiliaire ( 19) sous la for- me d'une pompe basse pression pour des entraînements de secours.