Brevet FR2701066A1 — publié le 19940805

La présente invention dénommée dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé est constituée d'un double rotor formé par deux couronnes de dents, l'une fixée sur une couronne entraînant l'autre. Ce double engrenage tourne sur deux axes différenciés et les dents des deux couronnes sont placées face à face. Les dents de chaque couronne espacées d'un intervalle de la valeur d'une dent. Ces dents, de forme trapézoïdale constituent entre elles des intervalles constituant des cellules dites de réactions ces cellules disposent d'un canal d'huile assurant la lubrification. La pression exercée à l'avant du rotor est transmise à la sortie de la pompe au moyen d'une succession de cellules réactives qui se forment et disparaissent lors de la rotation des engrenages. Un circuit bouclé par la connection d'une entrée et d'une sortie permet d'assurer le fonctionnement parfait d'un rotor flottant. Chaque dent est fraisée en forme de trapèze dont le côté le plus large joue le rôle d'entraîneur tandis que les deux côtés du trapèze de la dent sont usinés en arcs de cercle afin d'obtenir un mariage entre dents (entraînées et entraîneuses) optimal et continu. Cette connection permet de créer des cellules actives éliminant tout frottement. Sur les quatres orifices d'entrée et de sortie de fluide deux sont réunis par un conduit pour constituer un rotor flottant. On connaissait jusqu'à ce jour des pompes du type moteur à engrenage constitué par une enceinte renferment côte-à-côte deux pignons garnis de dentures. La rotation de ces deux pignons provoque l'entraînement du fluide au moyen de dentures vers la sertie de la pompe. Ces pignons dentés peuvent être remplaces par des pignons ovales ou encore être ramenés par deux sentis, la rotation simultanée de ces pignons créent deux cellules en amont et en aval dont les différences de pression créent un entraînement du liquide de l'entrée vers la sortie de la pompe. Ce mouvement provoque entre les dentures une série de cellules, réactive à volume variable qui comprime le fluide et le projette vers la sortie de la pore. L'entrée et la sortie étant façonnées sur l'enceinte extérieure de la pompe. Ces types de pompes sont caractérisés par un faible débit lié à la grosseur de la pompe et à la vitesse de rotation appliquée aux pignons. L'usure des éléments tournants est importante entraînant une variation du débit et un défaut de rendement de la pompe en fonction de son utilisation. La mise en oeuvre de ces dispositifs est lourde et nécessite une source d'énergie importate. A partir des pompes à engrenage con--es à ce jour il a été mis au point un dispositif hydroméca ique à engrenage doublement croisé qui fait l'objet de l'i:toention. Ce dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé est caractérisé en ce qu'elle comporte un double rotor placé dans une enceinte portant deux couronnes de dents, les dents étant de forme trapézodale, glissant sur la base dont le profil est usiné en arcs de cercle, afin de constituer des cellules réactives, une des couronnes tourne librement sur les parois internes du rotor, la seconde couronne entraîneuse tourne sur un plateau, les dents des deux plateaux du rotor sont placés face-à-face, la pompe possède deux entrées et deux sorties, une entrée et une sortie est bouclée afin de créer un rotor flottant, les autres orifices servant à la circulation du fluide, les deux couronnes d'engrenage ont un centre de rotation différent dont la position est calculée en fonction des caractéristiques de la pompe, de l'importance des plateaux, et du nombre de dents. Les couronnes sont entraînées par des biellettes, synchronisées dans leur mouvement, des joints assurent l'étanchéité de l'ensemble, ceci seulement dans le cas du modèle plus élaboré. Le modèle simple est sans biellettes. L'invention ainsi caractérisée présente de nombreux avantages et notamment - Un rendement supérieur aux pompes à engrenage classique, la première couronne tourne librement sur les parois internes du rotor, la seconde formant une couronne dont les dents sont fixées perpendiculairement entraînent l'ensemble du dispositif. - Une usure très limitée dûe à l'utilisation d'un rotor flottant dans un système bouclé, et des surfaces en contact planes ou parallèles. - Un faible énergie de mise en route, - Une réalisation aisée. L'invention sera mieux comprises grâce aux dessins annexés qui ne sont présents que pour une réalisation préférentielle de l'homme de l'art. - La figure 1 de la Planche I/VI représente le schéma de principe de construction et de fonctionnement du dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé. - La figure 2 de la Planche II/VI représente le calcul géométrique permettant de positionner les couronnes de dents face-à-face dans les rotors. - Les figures 3 et 4 de la Planche III/VII représentent pour chaque rotor le calcul géométrique que l'on adopte pour disposer et calculer le nombre de dents face-à-face. - La figure 5 de la planche IV/VI représente le profil de chaque dent face aux autres dents, constituant une cellule réactive. - Les figures 6 et 7 de la planche V/VII représentent le montage des biellettes d'entraînement en 21. - Les figures 8, 9, 10 et 11 de la planche VI/VII représentent, selon une coupe en épaisseur, les diverses possibilités d'assemblages, suivant le choix du constructeur, en simple ou double pompe. Le montage simple (fig. 11) ne se faisant uniquement qu'avec un nombre impair de dents. Ce montage implique également la mise en court circuit, par une tubulure entre entrée et sortie, d'une moitié de la pompe (fig. 1 de la PI. I/VII). Le choix du nombre pair de dents implique le montage en série de deux éléments, donc quatre rotors dentés soit deux pompes.Dans ce cas, un élément pompe doit avoir sa denture décalée d'une 1/2 dent par rapport à l'autre élément pompe, sans quoi le débit serait épuisé. Fig. 9 et 10 de la Pl. VI/VII. Les figures 12 et 13 de la Pl. VII/VII représentent une application mécanique du dispositif. En se reportant à la figure 1 de la planche 1/VII on a représenté le principe de construction du dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé. L'enceinte (1) est définie selon un schéma représentant deux chambres circulaires communiquant sur un côté et ayant leur centre (6) et (7) placées sur le même axe horizontal. Ces deux chambres de faible épaisseur contiennent le double rotor de la pompe. Ce rotor est constitué par un jeu de dents de forme trapézoïdale dont une série (3) est positionnée en périmètre : la forme des dents constitue un trapèze dont la base en forme d'arc et placée sur le périmètre le plus petit côté du trapèze est positionné ver le centre. La couronne de dents intérieures (2) est montée sur un disque constituant le rotor entraîneur. Les dents (3) et (2) face-à-face s'emboîtent parfaitement pendant la rotation du double rotor. L'enceinte ou carter (1) est doté de quatre orifices, deux sont réunis par une tubulure (4) permettant de provoquer une circulation bouclée créant un rotor flottant. Les deux autres orifices (5) sont utilisés pour la rentrée et la sortie du fluide selon le sens de rotation des rotors. On a représenté sur la figure 2 de la planche II/VI la construction géométrique d'une pompe dont chaque rotor comprend 7 dents. Sur une ligne horizontale on a déterminé deux centres (6) et (7) servant de repère pour le tracé des cercles sur lequel on positionne les dents qui constitueront le double rotor. A partir du centre (7) on trace un cercle de rayon Ri. Ce cercle est divisé en secteurs égaux qui correspond au nombre N de dents choisies. Pour une largeur déterminée on a dessiné chaque dent Al, B2, C3, D4, E5, F6, G7. Ces dents ont le profil d'un trapèze dont la grande base est arrondie et constituée d'une couronne. Chaque dent est placée sur un cercle dont le centre est le point (7). A partir du point (6) le nouveau cercle de même diamètre que le précédent est tracé et divisé en arcs égaux dont la valeur totale est de 3600. Au centre de chaque cercle ainsi dessiné on a tracé des rayons espacés les uns des autres par des intervalles régulier afin de positionner les dents A, B, C, D, E, F, G. de façon à ce qu'elles soient à la même distance du centre (6). Ces dents en forme de trapèze dont la plus grande base est positionnée entre les dents A, B2, C3, D4, E5, F6, G7. Toutes les dents ont des intervalles définit par le calcul géométrique, la plus grande base en forme d'arc de cercle est tournée vers l'extérieur, la plus petite étant orientée vers les centres (6) ou (7). Après avoir établi le schéma de base ont défini la largeur et le nombre de dents et les intervalles en fonction de l'importance que l'on veut donner à la pompe. Ce calcul géométrique est représenté sur les figures 3 et 4 de la planche III/VI. Pour construire une pompe objet de l'invention il faut définir le nombre de dents que l'on veut placer à l'intérieur du rotor périphérique. On a représenté sur la figure 3 un tracé géométrique permettant d'établir et de calculer une disposition de dents et d'intervalles pour un rotor périphérique pouvant recevoir des couronnes de 7 dents chacune.. En se reportant à la figure 3 on trace une couronne AG, cercle dont l'épaisseur est égale à la hauteur des dents. A l'intérieur de cette couronne AG on décrit un autre cercle Ap dont le diamètre est égal à celui de la base des trapèzes constituant l'intervalle défini entre les dents. Le centre des deux cercles étant confondu. En traçant une tangente au cercle Ap, on définit un point de rencontre avec le cercle Ag les côtés de la dent A. Ce tracé définit la forme et la grandeur de la dent. Lorsqu'on a positionné ce tracé on prolonge cette droite vers le bas du cercle Ag pour positionner la dent A.. et dessiner sa base. La largeur de la couronne déterminant la hauteur de la dent. On répète ainsi de suite ces tracés et l'on obtient le dessin des dents, leur intervalles et leurs positions pour un largeur de dents donnée. Ce tracé est valable pour définir un nombre de dents impair comme il est indiqué à la figure (3) où l'on trouve le nombre de dents Al, A2, A3, A4, A5, A6, A7. Lorsqu'on veut définir un nombre de dents pair on trace un grand cercle BG contenant un petit cercle BP dont le diamètre est égal à l'intervalle que l'on veut définir entre les dents. On trace les tangentes à partir du cercle BP et cellesci rencontrent le cercle BG définissant ces deux tangentes remontant au point X qui se situe sur un nouveau cercle interne et qui soit entraîné. La dimension et leur intervalle dépendent de ce cercle X dont le centre est le point (7) : en rappelant le tracé on obtient en un nombre pair de dents dont les côtés sont limités par les tangentes du cercle ainsi tracées. Ces tangentes précisent les côtés du trapèze des dents. On obtient ainsi une couronne dont le nombre de dents est 8, dénommées B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8. On a représenté sur la figure 5 de la planche IV/VI l'engrenage croisé et le profil des dents (2) et (3). Les couronnes entraînées et entraîneuses tournent sur leur axes (6) et (7). La couronne entraînée (7) entraînant les dents (3) de l'autre couronne au moyen de ses dents (2). Afin de provoquer l'évacuation de l'huile dans les cellules réactives (10) on renvoie celle-ci vers la partie en amont ou en aval suivant le sens de rotation du rotor. Le canal (23) est constitué par les rainures fraisées (9) en demicercle sur les côtés du trapèze du profil des dents (2) et (3) qui se font face. Ce canal est ouvert à chaque extrémité pendant la rotation. Les cellules de réaction apparaissent en (10) de la P1. V/VII. Elles vont déboucher dans la partie creuse de la denture (14) du rotor qui transmet la pression exercée à l'avant du rotor. La surface de ces cellules (10) est égale à celle du creux de la denture. La pression est compensée par la pression arrière et le rotor est flottant dans le cas où les canalisations (8) sont reliées entre elles. Lorsque deux dents face-à-face pivotent une légère fuite d'huile a lieu. Cet effet favorise la lubrification.On constitue des couples de pompe à engrenage croisé. Dans le cas de pompe dont le nombre de dents est un nombre impair une seule moitié de la pompe est active, l'autre moitié est refermée sur elle-même. L'huile circule librement entre le point (8) par la tubulure établie à cet effet. Lors du montage à deux couronnes superposées on place les parties actives des deux pompes en opposition, les tubulures de court circuit étant diamétralement en opposition afin d'améliorer la rotation. Le couple se manifeste par deux poussées tangentielles de part et d'autre du centre dont l'axe est placé entre deux rotors flottants. Les orifices 5 sont utilisés pour la circulation entrée et sortie de l'huile selon le sens de rotation du rotor. En se reportant aux figures 6 et 7 de la planche V/VI on a représenté les biellettes d'entraînement du rotor qui sont fixées aux points 18 et 21 de la pompe. Ces biellettes d'entraînement sont représentées sur le dessus par la figure 6 et en-dessous par la figure 7. Et pour assurer le changement d'axe un joint (17) doté de biellettes (21) qui relient le joint (17) au second joint (18) au moyen d'un disque rigide (22) commun aux deux biellettes. Selon ces arrangements l'axe de centrage (12) est déplacé d'un intervalle constant (D) correspondant à la distance entre les centres et (6) et (7) des deux couronnes. La figure 7 représente les mêmes biellettes représentées en-dessous et homothétiques à l'autre. Ces biellettes fixées sur les centres 6 et 7 entraînent et synchronisent le mouvement de rotation du dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé. On a représenté sur les figures 8, 9, 10 de la planche VI/VII l'ensemble d'une de la pompe nue en épaisseur sans les biellettes d'entraînement. En rappel nous avons fait figurer le dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé vue de face avec ses dents (2) et (3). Sur la figure 9 la pompe est vue en coupe.où l'enceinte (1) renferme un axe (12) d'entraînement issu de la biellette. Les dents (2) d'une couronne d'entraînement sont entraînés par les dents (3) de la seconde couronne périphérique. Le disque intérieur et les dents (2) de la couronne d'entraînement sont figurés horizontalement par l'index (24). Les roulements (25) permettent la rotation de la couronne supportant les dents (3). On a représenté sur la figure 10 de la planche VI/VI dans la position de la seconde couronne portant les dents (2) face à face avec les dents (3). L'entraînement crée un intervalle générant une cellule réactive (10) Les points (13) représentent les roulements assurant la rotation de la couronne. On a représenté une autre position de la pompe dans des conditions de fonctionnement différents lors du croisement de l'engrenage. Les dents (3) entraînées par la couronne sont à la périphérie de l'enceinte. Les dents (2) de la couronne intérieure sont dans cette figure près de l'axe moteur. L'axe (26) constitue le support d'entraînement de la couronne portant les dents (3) entraînant par les dents (2). Les dents (3) sont situées sur la périphérie extérieure de l'ensemble. Les index (13) représentent les roulements. Nous avons représenté sur la P1. VI/VII le dispositif hydromécanique en fonction simplement hydraulique. La planche VII/VII représente les possibilités des engrenages doublement croisées en application mécanique uniquement. Nous avons représenté sur les figures 12 et 13 de la pl. VII/VII le dispositif hydromécanique dans son application mécanique. La disposition des dents, leur forme géométrique, leur couplage par surfaces planes, permet des couplages à couple très puissant sans nécessiter de lubrification par huile dite "haute pression" dite aussi huile de pont. Le décalage entre axes des rotors constitue un joint de transmission pour arbres parallèles non en ligne. Cette disposition est ordinairement effectuée par joints de oldham ou joint de transmission par plateaux et biellettes, joints Polstra pour de petits écarts. De telles solutions ne permettent que la mise en bout d'arbre de ces joints de transmission, l'arbre ne "traverse" par la transmission. Le dispositif hydromécanique décrit ici permet une traversée complète par l'arbre de commande et l'arbre mené, après décalage du dispositif. Cette propriété permet de les insérer dans une ligne d'arbre sans la rompre, tel qu'on le fait couramment avec des moteurs ou générateurs électriques traversés totalement par leur arbre (leur axe). La fig. 12 représente un empilage de trois couples. On voit que les deux arbres sont tangents extérieurement aux plateaux et intérieurement aux couronnes. Ces dernières sont accolées dos-à-dos, les dents en opposition. Un espace est aménagé pour recevoir le roulement (13) qui les relie au carter, une gorge qui permet de recevoir ce roulement mais laisse les couronnes réunies (à leur circonférence intérieure) derrière ce roulement. Une perspective cavalière de ce montage est donnée fig. 13. Sur la Pl. VII/VII l'indice (26) repère l'arbre meneur, ou arbre d'entrée. L'indice (28) repère l'arbre mené ou arbre de sortie. Les roulements sont indexés en (13). Les couronnes jumelées sont indexées en (27) . Les plateaux dentés sont indexés en (14) fig. (12) et (13). La fig. (14) représente une transmission mixte avec relais par chaîne, ou courrois crantées, comme une des possibilités d'application. REVENDICATIONS REVENDICATION 1 Dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé, caractérisé en ce qu'il comporte un double rotor placé dans une enceinte portant deux couronnes de dents, les dents étant de forme trapézoïdale, glissant sur une base et dont le profil des côtés est usiné en arcs de cercle afin de constituer des cellules réactives ; une des couronne tourne librement sur les parois du rotor, la seconde couronne entraîneuse tourne sur un plateau, les dents des deux plateaux des rotors sont placés face à face axialement avec des intervalles ; la pompe possède deux entrées et deux sorties dont une entrée et une sortie sont bouclées sur elles-mêmes, mais l'autre entrée et sortie servant à la circulation du fluide, les deux couronnes d'engrenage ont un centre de rotation différent dont la position est calculée en fonction des caractéristiques voulues de la pompe ; les couronnes sont entraînées par des biellettes décentrées qui suppriment alors toute friction due au couplage mécanique des rotors. REVENDICATION 2 Dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pompes peuvent être accouplées deux-à-deux avec deux rotors flottants au moyen d'une tubulure (4) réunissant une entrée et une sortie de chaque pompe accouplée. REVENDICATION 3 Dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé selon la revendication 1, caractérisée en ce que cette pompe subit un minimum de frottement au moyen de dents (2) et (3) de forme trapézoldale, et implantées axialement dont les côtés sont en arc de cercle constituant des cellules réactives avec une légère fuite par un canal (23) constitué entre les dents, qui évacue l'huile qui reste lors de leur rotation. REVENDICATION 4 Dispositif hydromécanique à engrenage doublement croisé selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cellules réactives entraînant le fluide sont obtenues au moyen de deux rotors portant des série paires ou impaires de dents, dont les intervalles constituent les cellules réactives d'entraînement, lorsque les dents du rotor de la couronne intéressée (2) placées sur un centre (6) entraînent la dent (3) placée sur le périmètre de l'autre couronne placée sur un centre (7).