Brevet FR2693511A1 — publié le 19940114

Pompe à pistons radiaux L'invention concerne une pompe à pistons radiaux comportant une chambre intérieure centrée dans le carter de pompe et un excentrique qui peut tourner dans la chambre intérieure et repousse radialement en direction de I'extérieur, au moyen d'un élément d'appui intermédiaire, des pistons mobiles à l'intérieur de cylindres radiaux et sollicités radialement en direction de la chambre intérieure par des ressorts, l'étanchéité de chaque piston par rapport à son cylindre étant réalisée par une bague d'étanchéité montée dans une gorge circulaire, à l'extrémité du piston éloignée de l'élément d'appui et un espace annulaire destiné à éviter les contacts subsistant entre chaque piston et sa paroi de cylindre, en dehors de la bague d'étanchéité. Ce type de pompe à pistons radiaux est connu par le docu ment GB 1, 062 063 A. L'objet de la présente demande est d'agencer la pompe pistons radiaux de telle sorte que, avec une construction relativement simple, on puisse admettre des tolérances larges lors de la fabrication des différents éléments, ceci dans le but de réduire les coûts de fabrication. Les imprécisions de fabrication sont à l'origine de défauts de fonctionnement ettou de défauts de guidage de la pompe qu'il faut corriger. On évite ces inconvénients en montant à l'extrémité du piston éloignée de l'élément d'appui une bague d'étanchéité dont le diamètre extérieur correspond sensiblement au diamètre intérieur du cylindre associé. Ainsi, chaque piston peut avoir un mouvement de bascule ment à l'intérieur de son cylindre et compenser sans perte de rendement de la pompe les écarts dimensionnels résultant de la fabrication. Dans la pompe connue, l'étanchéité entre piston et cylindre est réalisée d'une part par la bague d'étanchéité à surface extérieure sphérique et d'autre part par le piston dont la surface extérieure est également sphérique. La fabrication de surfaces d'étanchéité de ce type est coûteuse et, de plus, ces surfaces sont soumises à une usure élevée. L'objet de la présente invention est par conséquent de créer une pompe à pistons radiaux du type indiqué en introduction qui, pour un coût de fabrication aussi réduit que possible, c'est-à-dire avec des tolérances de fabrication larges, permet d'obtenir un très bon rendement et dont les surfaces d'étanchéité sont soumises à une usure nettement plus faible. Le problème est résolu selon l'invention par le fait que les pistons de la pompe, dans la région des bagues d'étanchéité, ont une section annulaire épaissie en direction des parois de cylindre et que chaque piston est agencé en forme de pot cylindrique orienté de manière telle qu'il repose par son fond plan sur l'élément d'appui, ledit élément d'appui présentant, pour chaque fond, une surface de contact plane. Dans la pompe à piston radiaux selon l'invention, le piston et la ou les bagues d'étanchéité peuvent avoir un léger mouvement de basculement à l'intérieur du cylindre, ce qui permet de compenser les tolérances de fabrication. Comme dans la pompe connue, le piston porte les bagues d'étanchéité. L'étanchéité est largement indépendante de la précision de fabrication du piston étant donné que le piston est fixe dans la direction de la course par rapport à la bague d'étanchéité. Ceci permet de réaliser des pistons de faible poids qui autorisent des vitesses de piston élevées avec des accélérations et décélérations correspondantes. L'étanchéité est assurée dans tous les états de fonctionnement, c'est-à-dire même lorsque les pistons sont inclinés par rapport à l'axe cylindre. Ceci est obtenu grâce au fait que les bagues d'étanchéité sont montées sur les pistons, à leur extrémité éloignée de l'élément d'appui. Les bagues d'étanchéité sont disposées sensiblement dans le tiers extérieur de l'extrémité du piston concerné. Les bagues d'étanchéité sont montées dans des gorges qui s'étendent sur le pourtour du piston, le piston pouvant être réalisé d'une pièce ou en plusieurs parties. Les pistons ayant la possibilité de basculer, le guidage précis de ceux-ci sur l'élément d'appui n'est pas déterminant lors du fonctionnement de la pompe; les pistons peuvent se déplacer indépendamment les uns des autres et leur étanchéité est assurée de manière fiable dans des conditions de fonctionnement défavorables. Un avantage de l'invention est que l'appariement de surfaces planes entre le piston et les surfaces correspondantes de l'élément d'appui peut être réalisé à faible coût. De tels appariements de surfaces assurent un guidage précis entre le piston et l'élément d'appui et l'usure est plus faible qu'avec des surfaces bombées ou sphériques. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la distance entre l'élément d'appui et la zone assurant l'étanchéité à l'extrémité extérieure du piston est relativement grande. De la sorte, le piston est toujours guidé avec précision par rapport à la paroi de cylindre dans la région de ses bagues d'étanchéité tandis qu'un basculement peut toujours avoir lieu autour de cette zone guidée. Partant de là, un contact entre la paroi du piston et la paroi du cylindre est exclu quelque soient les conditions de fonctionnement, le piston formant conformément à l'invention avec la paroi de cylindre associée, en dehors de la zone des bagues d'étanchéité, un espace annulaire qui évite les contacts. Les dimensions de l'espace annulaire peuvent être choisies suffisamment grandes pour qu'un contact avec la paroi soit évité dans tous les états de fonctionnement. ll faut seulement, comme on l'a constaté dans l'invention, que le piston soit monté étanche à l'intérieur de la paroi de cylindre dans la région des bagues d'étanchéité. La position des bagues d'étanchéité par rapport au piston étant prédéterminée et fixe, il ne peut y avoir qu'un déplacement relatif entre les parois de cylindre et les bagues d'étanchéité du piston. Ceci constitue un autre avantage important de l'invention. Comme l'a montré l'invention, chaque piston peut être constitué par un élément facile à fabriquer dont les tolérances peuvent être choisies de manière à permettre une fabrication à un coût avantageux. Le fait que la précision de fabrication des pistons soit parfaitement secondaire pour l'étanchéité de la pompe à pistons radiaux constitue un avantage. La fonction d'étanchéité est assurée exclusivement entre les bagues d'étanchéité et les parois de cylindre; aussi il est seulement important d'assurer un guidage sûr des bagues dans les gorges périphériques. De ce fait, il n'est pas nécessaire de procéder à un usinage fin ou très fin de la surface extérieure de chaque piston pour obtenir l'étanchéité nécessaire. Selon l'invention, des dispositions sont prises pour qu'un contact piston-cylindre soit exclu quelles que soient les conditions de fonctionnement. L'avantage de cette caractéristique réside plus particulièrement dans le fait que les tolérances d'usinage du piston peuvent être choisies suffisamment larges, la dimension de l'espace annulaire entre le piston et le cylindre ne devant en principe pas être inférieure à une valeur minimale. La dimension de l'espace annulaire peut donc être choisie librement à l'intérieur de larges limites, les tolérances de fabrication pouvant être incluses dans cette valeur. L'avantage procuré par l'invention est que, même avec des tolérances de fabrication larges, le piston est guidé avec précision par rapport à l'élément d'appui. Les surfaces de contact planes au niveau du fond du piston en forme de pot et de l'élément d'appui du mécanisme d'entraînement à excentrique contribuent à l'otention de ce guidage précis. La fabrication peut donc être réalisée par simple rectification plane. A l'inverse, on connaît par l'état de la technique une pompe à pistons radiaux dans laquelle la surface de contact de l'élément d'appui pour le fond du piston en forme de pot est bombée d'une certaine manière dans le but de compenser d'éventuels tolérances de fabrication et défauts de guidage. I1 apparaît selon l'invention qu'une surface de guidage plane est particulièrement facile à réaliser et cela sans perte au niveau du rendement de la pompe dès l'instant que les tolérances de fabrication sont compensées par la disposition des bagues d'étanchéité. Selon l'invention, le piston est soumis à l'action de la force d'un ressort qui maintient en permanence le piston en appui ferme sur l'élément d'appui. Le piston reposant sur l'élément d'appui sans risque de basculement, il prend toujours une position parfaitement définie par rapport audit élément d'appui de sorte que les bagues d'étanchéité n'ont pas à assurer de fonctions autres que le guidage du piston. Enfin, la solution selon l'invention présente l'avantage que la surface d'appui des bagues d'étanchéité sur le piston est agrandie ce qui, en améliorant le guidage des bagues d'étanchéité, diminue les risques d'usure du piston. Grâce à la partie du piston épaissie en forme de bourrelet, il est possible de dimensionner relativement largement l'espace annulaire entre piston et cylindre destiné à éviter les contacts, sans risque que le piston vienne toucher la paroi de cylindre. On évite ainsi notamment des pertes par frottement, le contact indispensable pour assurer l'étanchéité restant limité à la région des bagues d'étanchéité. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque piston se compose respectivement d'une enveloppe extérieure et d'une enveloppe intérieure ajustée et les bagues d'étanchéité sont appliquées sur la face frontale extérieure de l'enveloppe extérieure et tenues par un bord de l'enveloppe intérieure correspondante. Le piston a ainsi une forme géométrique très simple. On peut ainsi fabriquer le piston par formage, sans enlèvement de copeaux, par exemple par emboutissage profond ou par repoussage. La gorge périphérique recevant les bagues d'étanchéité peut être formée entre la face frontale extérieure de l'enveloppe extérieure et le bord tourné vers l'extérieur de l'enveloppe intérieure emmanchée dans la première. Ainsi, les bagues d'étanchéité sont montés entre la surface frontale extérieure et le bord de l'enveloppe et guidés de manière sûre. Selon une autre caractéristique de l'invention les bagues d'étanchéité sont fendues radialement et sont appliquées avec précontrainte radiale, de manière étanche, au niveau de leur circonférence sur les parois de cylindre. Les bagues d'étanchéité étant appliquées avec une certaine précontrainte radiale contre les parois de cylindre, on obtient une d'étanchéité particulièrement bonne. La précontrainte assure une pression superficielle dont la valeur influe directement sur qualité de ltétanchéité. La précontrainte sera choisie telle que les frottements restent malgré tout faibles. Le piston sert ainsi uniquement d'organe de guidage pour les bagues d'étanchéité et les frottement sont maintenus à un niveau très faible. Conformément à un autre perfectionnement de l'invention, l'élément d'appui est fixe en rotation dans la chambre intérieure du carter de pompe. L'élément d'appui, sur la trajectoire de déplacement qui lui est imposée par la rotation de l'excentrique, est toujours guidé par les parois de la chambre intérieure, de telle sorte que celui-ci ne puisse pas tourner autour de son alésage d'excentrique. Dans le principe, l'élément d'appui est toujours déplacé parallèlement à lui même sur une trajectoire circulaire dont le diamètre correspond à celui du cercle d'excentrique De la sorte, le mouvement de basculement des pistons reste très faible. Les surfaces de guidage sont disposées sur l'élément d'appui à côté des pistons dans la direction axiale ou périphérique. Elles peuvent être disposées d'un seul côté ou des deux côtés du plan du piston. Une disposition de part et d'autre présente l'avantage d'éviter dans tous les cas une mise en travers de l'élément d'appui. L'invention est décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés sur les dessins. Ceux ci montrent: figure 1, un premier exemple de réalisation de l'invention, en coupe partielle (coupe radiale); figure 2, une vue de détail d'un piston de pompe selon l'invention formé de deux éléments emboutis; figure 3, un autre exemple de réalisation d'un piston de pompe selon l'invention; figure 4a, une coupe longitudinale d'un élément d'appui im mobilisé en rotation; figure 4b, une coupe radiale d'un piston de pompe avec élément d'appui; figure 4c une variante de réalisation de la surface de guidage correspondant à la figure 4a. Sauf mention particulière, la description qui va suivre concerne l'ensemble des figures 1 à 4. Les figures 1 à 4 montrent une pompe à pistons radiaux 1 comportant une chambre intérieure 3 centrée dans un carter de pompe 2 ainsi qu'un excentrique 4 monté tournant dans ladite chambre intérieure 3 qui repousse radialement vers l'extérieur, au moyen d'un élément d'appui 8 intermédiaire, les pistons 7 mobiles dans des cylindres 5 orientés radialement et sollicités radialement en direction de la chambre intérieure 3 par la force de ressorts 6. L'étanchéité de chaque piston 7 par rapport à son cylindre 5 associé est assurée par des bagues d'étanchéité 9. La figure 1 montre une vue de dessus avec quatre ensembles piston-cylindre disposés dans un même plan. L'un des ensembles piston-cylindre est représenté écorché, tandis que les trois autres ensembles sont représentés en pointillés. On voit que les quatre ensembles piston-cylindre sont régulièrement répartis sur un cercle de telle sorte que les axes des cylindres sont décalés de 90" les uns par rapport aux autres. Un autre bloc d'ensembles piston-cylindre du même type est disposé dans un autre plan parallèle. Dans celui-ci, la direction des axes des cylindres est décalée de 45" par rapport au plan représenté. Ceci se reconnaît au niveau de l'élément d'appui 8 qui a la forme d'un octogone régulier. L'élément d'appui 8 est traversé en son centre par un excentrique 4, lequel excentrique, à son tour, est entraîné en rotation autour de l'axe D. Lors de la rotation de l'excentrique 4 autour de l'axe D l'élément d'appui 8 est entraîné de manière telle que les pistons 7 des ensembles piston-cylindre sont animés d'un mouvement de rentrée-sortie. Le mouvement de rentrée est obtenu au moyen des ressorts 6, tandis que le mouvement de sortie est assuré par le mouvement de l'excentrique 4. Au cours de ce mouvement de l'excentrique, les pistons 7 glissent sur les surfaces de contact 17 de l'élément d'appui 8. On obtient ainsi un effet de soupape: chaque piston est pourvu d'un perçage 18 sur sa face tournée vers l'élément d'appui, tandis que l'élément d'appui présente sur chaque face de contact 17 une rainure 19 usinée. La rainure 19 communique avec la chambre d'aspiration A de la pompe à pistons radiaux, le glissement du fond de piston 13 sur la surface de contact 17 ayant pour conséquence que le perçage 18 se trouve alternativement en regard de la rainure 19 et en dehors de ladite rainure. Lorsqu'il se trouve en dehors de la rainure, le perçage 18 est fermé de manière étanche par le contact du fond du piston avec la surface de contact et il existe une communication de la chambre d'aspiration A vers le trou de refoulement 20 de l'ensemble piston-cylindre concerné par l'intermédiaire de la rainure 19 et du perçage 18 aussi longtemps que ledit pesage 18 se trouve dans la zone de ladite rainure 19. Les trous de refoulement 20 des différents ensembles pistoncylindre sont fermés par un clapet 21 annulaire élastique qui est disposé en anneau autour du carter de pompe 2. Le clapet annulaire élastique est monté avec une certaine contrainte radiale autour du carter de pompe circulaire et maintient les trous de refoulement 20 fermés tant que la pression à l'intérieur des cylindres 5 est trop faible pour refouler le liquide à transporter au travers des orifices de refoulement 20. Lorsque la pression dans la chambre de cylindre augmente, le clapet 21 se soulève d'une certaine valeur et le liquide peut s'échapper dans la chambre de refoulement B. L'ensemble de la pompe à pistons radiaux est entouré d'un carter non repéré, représenté par les deux cercles extérieurs sur la figure 1. Un élément essentiel de la présente pompe à pistons radiaux 1 est que les bagues d'étanchéité 9 sont montées dans des gorges de pistons 10 circulaires à l'extrémité du piston 1 1 éloignée de l'élément d'appui 8. On voit nettement que les bagues d'étanchéité 9 sont disposées dans le tiers extérieur de chaque piston 7, de sorte que chaque piston 7 peut exécuter librement un mouvement de basculement dans sa partie située radialement vers l'intérieur. Le plan de la gorge de piston 10 prend, avec le piston 7, toujours une inclinaison qui correspond à la valeur de l'angle de pivotement. Les bagues d'étanchéité 9 montées dans la gorge de piston 10 subissent une inclinaison correspondante, le contact entre les bagues d'étanchéité 9 et la paroi de cylindre étant maintenu dans tous les cas. Le mouvement de basculement est très faible. Un contact du piston avec la paroi du cylindre doit cependant être évité dans la mesure du possible. A cette fin, un espace annulaire 12 sans contact est prévu entre chaque piston 7 et sa paroi de cylindre, en dehors de la zone des bagues d'étanchéité, espace dans lequel le piston 7 peut se déplacer librement et suivre sans difficulté tout mouvement de l'élément d'appui 8. La figure secondaire montre cet état de fonctionnement. Dans ce cas, l'élément d'appui 8 a légèrement pivoté par rapport au carter de la pompe, obligeant ainsi le piston 7 à s'écarter de sa position parallèle à l'axe du cylindre. Dans le cas normal, ce décalage aurait entraîné inévitablement une collision entre la paroi du piston et la paroi de cylindre concerné, phénomène qui peut être gênant avec les vitesses de pistons élevées recherchées. Dans le cas présent l'espace annulaire 12 empêche la collision de se produire de telle sorte que malgré la faible rotation de l'élément d'appui 8, le piston 7 se déplace à l'intérieur du cylindre 5 sans qu'il y ait contact. L'étanchéité des bagues 9 ne diminue en rien dans cette position de fonctionnement étant donné que celles-ci continuent à être guidés à l'intérieur de la gorge de piston 10 annulaire et suivent ainsi le mouvement de basculement du piston 7. Les bagues d'étanchéité 9 portent alors par leurs arrêtes sur les parois cylindre, la contrainte radiale des bagues étant appliquée sur les parois de cylindre par l'intermédiaire des arrêtes. n en résulte des pressions superficielles très élevées entre les arrêtes des bagues et la paroi de cylindre de sorte que l'étanchéité nécessaire est maintenue même dans cet état de fonctionnement. Les figures 1 à 4 montrent que chaque piston 7 est agencé en forme de pot et est orienté de manière telle que le fond 13 de celui-ci porte sur l'élément d'appui 8. li est important que l'intérieur de l'élément en forme de pot est sollicité par le ressort 6 qui, d'un côté, prend appui sur la paroi intérieure du fond 13 et, de l'autre côté, sur un couvercle 14 qui ferme chaque cylindre 5 à son extrémité située radialement à l'extérieur. Le couvercle 14 est vissé dans le carter de pompe 2 et comporte le trou de refoulement 20. Cette disposition du ressort 6 permet d'obtenir un très bon guidage latéral de celui-ci et on évite ainsi, de manière sûre, un flambage dudit ressort. Les figures 1 à 4 montrent que I'élément d'appui 8 forme pour chaque fond 13 de pistons en forme de pot une surface de contact 7 plane sur laquelle chaque fond 13 est appliqué à plat par toute sa surface disponible. Le ressort de compression 6 maintient le piston 7 en contact étroit avec la surface de contact 17 associée, rendant ainsi un mouvement de basculement plus difficile. Grâce à ces caractéristiques, la position entre le fond 13 du piston en forme de pot et la surface de contact 17 est toujours parfaite et la position de la surface de contact 17 ou de l'élément d'appui 8 impose au piston 7 son inclinaison. Ainsi que le montrent encore les figures 1, 3 et 4, chaque piston comporte, dans la région des bagues d'étanchéité 9, un épaississement en forme de bourrelet ou d'anneau en direction des parois de cylindre. Ces épaississements sont repérés 15 (voir figure 3) et prennent naissance dans la surface périphérique du piston, juste au dessous des bagues d'étanchéité ou tout au moins suffisamment près des bagues d'étanchéité, en-dessous de celles-ci, pour ne pas entraver un mouve ment de basculement du piston 7. Ceci signifie que même en position basculée extrême, aucun des pistons 7 ne vient en contact avec la paroi de cylindre concernée. Comme le montrent les figures 2 et 3, chaque piston 7 peut être constitué d'une enveloppe extérieure 22 et d'une enveloppe intérieure 23 ajustée montée dans la première de manière telle que les bagues d'étanchéité 9 sont appliquées contre la surface frontale 24 extérieure de l'enveloppe extérieure 22. L'enveloppe intérieure 23 comporte un bord 25 replié vers l'extérieur qui, lors du montage axial de l'enveloppe intérieure 23 est appliqué sur la bague d'étanchéité extérieure de telle sorte que l'ensemble de bagues d'étanchéité 9 est serré entre le bord 25 replié vers l'extérieur et la surface frontale 24 extérieure. Une certaine mobilité dans la direction axiale doit cependant être assurée faute de quoi les bagues d'étanchéité 9 ne pourraient pas assurer de manière fiable leur fonction d'étanchéité. En d'autres termes, les bagues d'étanchéité ne devraient en aucun cas être serrées. L'enveloppe intérieure 23 est montée sans possibilité de déplacement dans l'enveloppe extérieure 22 formant ainsi un élément en forme de pot constitué de deux enveloppes. Le piston 7 peut être fabriqué à partir de pièces embouties très simples, par exemple de pièces obtenues par emboutissage profond ou de pièces en métal repoussé. On imagine aisément que les bagues d'étanchéité 9 sont fendues radialement et sont appliquées de manière étanche au niveau de leur circonférence avec précontrainte sur les parois de cylindre. Ceci a pour effet, comme le montre la figure annexe de la figure 1, que lors d'un basculement du piston, les bagues d'étanchéité 9 restent toujours appliquées contre la paroi de cylindre. L'étanchéité de chaque piston est ainsi assurée pendant la phase de compression. Comme le montrent les figures 4a et 4c, chaque élément d'appui 8 présente dans la direction axiale, à côté des surfaces de contact 17 et 27 pour les pistons, des surfaces de guidage 26 par l'intermédiaire desquelles l'élément d'appui 8 est guidé sans possibilité de rotation sur les parois de la chambre intérieure 3. A noter que les surfaces de guidage 26 glissent sur les surfaces de glissements correspondantes de la chambre intérieure tandis que l'élément d'appui 8 exécute le mouvement imposé par l'excentrique 4. Le guidage de l'élément d'appui sur les surfaces de guidage 26 avec les surfaces de glissement correspondantes de la chambre intérieure est si parfait qu'une rotation de l'élément d'appui 8 est impossible. REVENDICATIONS 1. Pompe à pistons radiaux (1) comportant une chambre intérieure (3) centrée dans le carter de pompe (2) et un excentrique (4) qui peut tourner dans la chambre intérieure (3) et repousse radialement en direction de l'extérieur, au moyen d'un élément d'appui (8) intermédiaire, les pistons (7) mobiles à l'intérieur de cylindres (5) radiaux et sollicités radialement en direction de la chambre intérieure par des ressorts (6), l'étanchéité de chaque piston (7) par rapport à son cylindre (5) étant réalisée par une bague d'étanchéité (9) montée dans une gorge (10) circulaire à l'extrémité (11) du piston éloignée de l'élément d'appui (8) et un espace annulaire (12) destiné à éviter les contacts subsistant entre chaque piston (7) et sa paroi de cylindre, en dehors de la bague d'étanchéité (9), caractérisée par le fait que les pistons (7), dans la région des bagues d'étanchéité (9), ont une section annulaire épaissie (15) en direction des parois de cylindre et que chaque piston (7) est agencé en forme de pot cylindrique orienté de manière telle qu'il repose par son fond (13) plan sur l'élément d'appui (8), l'élément d'appui (8) pour chaque fond (13) présentant une surface de contact (17, 27) plane. 2. Pompe à pistons radiaux (1) selon la revendication 1, ca ractérisée par le fait que chaque piston (7) se compose respectivement d'une enveloppe extérieure (22) et d'une enveloppe intérieure (23) ajustée et par le fait que les bagues d'étanchéité (9) sont appliquées sur la surface frontale extérieure (24) de l'enveloppe extérieure (22) et sont tenues par un bord (25) de l'enveloppe intérieure (23) correspondante. 3. Pompe à pistons radiaux (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les bagues d'étanchéité (9) sont fendus radialement et sont appliquées avec précontrainte radiale, de manière étanche, au niveau de leur circonférence sur les parois de cylindres. 4. Pompe à pistons radiaux (1) selon l'une quelconque des re vendications I à 3, caractérisée par le fait que l'élément d'appui (8), dans la direction axiale etZou dans la direction périphérique, est pourvu, à côté des surfaces de contact (17, 27) pour les pistons (7), de surfaces de guidage (26) par l'intermédiaire desquelles il est guidé sans possibilité de rotation sur les parois intérieures de la chambre intérieure (3).