Brevet FR2699968A1 — publié le 19940701

POMPE A PALETTE L'invention concerne une pompe à palette munie d'un arbre entraîné en rotation qui est monté en porte à faux et de manière excentrée dans un couvercle de carter, et dont l'extrémité libre fait saillie dans le carter, et sur lequel une palette est guidée de manière rectiligne, radialement par rapport à l'arbre. Ce type de pompe à palette est connu par la demande de Brevet Européen NO 87114934.0 (EP-1548). Cette pompe connue a un débit important et présente l'avantage d'être constituée d'un très petit nombre d'éléments et donc d'être largement exempte d'usure. L'objectif de l'invention consiste à augmenter encore le débit de la pompe et à réduire le nombre des éléments constitutifs ainsi qu'à les simplifier sur le plan technique. Le problème est résolu selon l'invention par le fait que la partie de l'arbre faisant saillie dans le carter est réalisée sous forme de guide de coulisse, et en ce que la palette comporte sur sa face frontale tournée vers l'arbre une rainure de guidage rectiligne, adaptée au guide de coulisse et qui s'engage sur le guide de coulisse. Selon l'invention, le rotor monté en porte à faux sur l'arbre, indispensable dans la pompe connue est supprimé et remplacé par un guide de coulisse monté sur l'extrémité en porte à faux de l'arbre. Ce guide de coulisse est un élément qui ne pose aucun problème en ce qui concerne sa fabrication, ses caractéristiques de résistance et sa tenue dans le temps. Avec la suppression du rotor, le volume du carter utilisable pour le débit est augmenté. En revanche, la palette présente une structure légèrement plus compliquée du fait de l'aménagement de la rainure de guidage. L'aménagement et l'usinage de la rainure de guidage dans une palette de ce type qui, en tant que plaque quadrangulaire, peut être facilement bridée, ne présente cependant aucune difficulté. Le guide de coulisse est, dans l'esprit de l'invention, un téton disposé sur l'arbre. Ce téton comporte deux surfaces latérales mutuellement parallèles, qui sont ajustées dans la rainure de la palette de manière telle que la palette soit parfaitement guidée de manière rectiligne sur les surfaces latérales, mais puisse par ailleurs glisser. Le guide de coulisse peut également être légèrement bombé, en ce sens que les surfaces latérales essentiellement parallèles sont constituées par des portions d'une enveloppe de cylindre à très grand rayon. La palette peut ainsi modifier légèrement sa position angulaire par rapport à l'arbre et adapter sa position à l'intérieur du carter de manière telle qu'elle ne se coince pas. Le guide de coulisse fait suffisamment saillie axialement à l'intérieur du carter pour assurer un bon guidage rectiligne.Il faut par ailleurs éviter que la palette se coince à l'intérieur du carter. C'est pourqoi il est prévu de préférence que le guide de coulisse s'étende au-delà du centre axial du carter. La rainure dans la palette peut être obtenue par le fait qu'une fente continue est aménagée dans le plan médian de la palette, qui s'étend parallèlement à ses deux faces latérales. Il est nécessaire, pour un bon guidage de la palette, que les faces latérales de cette fente soient parfaitement parallèles entre elles. La palette peut également avoir une forme de U. La palette est alors guidée sur le guide de coulisse par les flancs s'étendant perpendiculairement à l'aile transversale du U. L'aile transversale glisse sur la paroi frontale de la pompe située en regard de l'arbre. Ainsi, la palette est munie d'une rainure continue non fermée à ses extrémités, qui est par conséquent facile à usiner. La rainure peut également être utilisée pour le guidage de segments de palette, qui sont guidés à l'intérieur de la rainure au moyen de languettes de guidage et glissent par leur face extérieure sur la paroi périphérique du carter, et assurent l'étanchéité entre la palette et le carter. Dans ce cas, la rainure formée entre les flancs de la section en forme de U sert simultanément au guidage de segments de guidage ou de segments d'étanchéité.Il est impératif, que l'aile transversale soit en retrait par rapport aux extrémités de la palette d'au moins la valeur de la hauteur des languettes de guidage. Dans tous les cas, il peut être intéressant de munir les extrémités de la palette de segments de guidage ou de segments d'étanchéité, qui possèdent un faible degré de liberté par rapport à la palette. De tels segments de guidage ou segments d'étanchéité sont destinés à compenser les tolérances du carter par rapport à la palette résultant de l'usinage et/ou de l'usure. La pompe à palette selon l'invention est réalisée de préférence sous forme de "pompe mono-palette", c'est-àdire de pompe munie d'une seule palette, ladite palette étant rigide, à l'exception des segments de guidage ou des segments d'étanchéité éventuellement montés, qui ont un faible degré de liberté. Les extrémités extérieures de la palette, qui sont formées le cas échéant par les segments de guidage ou les segments d'étanchéité, présentent un rayon de courbure. La forme du carter est déterminée par le fait qu'il décrit une courbe fermée. Cette courbe a pour caractéristique, que toutes les sécantes, qui passent par l'axe de l'arbre de pompe, ont même longueur, indépendamment de l'angle d'inclinaison de ces sécantes. La longueur des sécantes correspond à la distance des centres des rayons de courbure des extrémités de la palette - vus en coupe radiale du carter.Une courbe fermée de ce type est par exemple une concoïde. La demande de Brevet allemand 39 33 618.2 (1-1743) présente des formes de courbe adaptées. La forme du carter, en coupe radiale, est alors la courbe équidistante par rapport à cette courbe fermée avec pour distance le rayon de courbure des extrémités de la palette, des segments de guidage ou des segments d'étanchéité. Afin d'obtenir un rendement volumétrique aussi élevé que possible, l'aspiration et le refoulement sont munis de préférence de clapets anti-retour. Sous cette forme de réalisation, la pompe à palette est surtout utilisée comme pompe à vide, entraînée par le moteur d'un véhicule et servant au fonctionnement de servoutilisateurs, par exemple d'amplificateurs de force de freinage. Le fait de disposer l'aspiration et le refoulement symétriquement par rapport au point mort inférieur permet également d'améliorer le rendement volumétrique. Le point mort inférieur est la génératrice du carter qui est la moins éloignée de l'axe de l'arbre. L'aspiration et le refoulement sont situés immédiatement en dessous de la position de point mort inférieur de la palette, c'est-à dire en dessous du plan axial sécant perpendiculaire au plan axial passant par le point mort inférieur (plan de symétrie). Les faces extérieures de la palette sont, dans le mode de réalisation le plus simple, des surfaces planes mutuellement parallèles. Ce mode de réalisation présente l'avantage, lorsqu'on utilise la pompe comme pompe à vide lubrifiée à l'huile, d'éviter le refoulement de l'huile au point mort inférieur. Cependant, le rendement volumétrique se trouve augmenté lorsque les faces extérieures se présentent sous la forme de portions d'enveloppe de cylindre. à rayon de courbure relativement important. La caractéristique essentielle de ces enveloppes de cylindre est qu'elles s'adaptent à la forme du carter au point mort inférieur, de telle sorte que la palette remplit presque intégralement, à son point mort inférieur, la portion du carter contenant le point mort inférieur. Dans la présente demande, la position de point mort inférieur correspond à la position de la palette dans le plan axial qui forme un angle de 900 avec le plan axial (plan de symétrie) passant par le point mort inférieur. Dans cet exemple de réalisation, on a prévu une ouverture de refoulement supplémentaire qui est située sensiblement au point mort inférieur, afin d'éviter les coups de bélier. Une autre possibilité pour éviter les coups de bélier au point mort inférieur de la palette consiste, lorsque la palette arrive au point mort inférieur, à permettre à l'huile de passer de l'extrémité avant de la palette vers l'extrémité arrière, par l'intermédiaire de gorges entre les extrémités de la palette. La palette selon l'invention est soumise à une force centrifuge lors du passage par le point mort inférieur. Afin de compenser cette force centrifuge et ses effets néfastes, la palette s'appuie par l'intermédiaire de ressorts sur le guide de coulisse. L'adaptation de la longueur des ressorts et de leur caractéristique élastique permet d'obtenir les effets souhaités. Il est décrit ci-après des exemples de réalisation de l'invention. La figure 1 montre une coupe radiale simplifiée d'une pompe à palette Q vide. La figure 2A montre une coupe axiale simplifiée d'une pompe à palette à vide. Les figures 2B, 3, 4, 5, 6 représentent des coupes axiales d'une pompe à palette à vide avec des formes de palette différentes. La description qui va suivre concerne tous les modes de réalisation. Les différentes formes de palette seront examinées à la suite de la description. Le carter 1 de la pompe comporte un couvercle 13 muni d'un bossage de palier excentré. L'arbre 2 est monté mobile en rotation dans le bossage de palier. L'arbre est entrainé par l'intermédiaire d'un accouplement 15, par exemple par le moteur diesel non représenté d'un véhicule automobile, afin de produire un vide pour le fonctionnement de servo-utilisateurs. L'autre extrémité frontale du carter 1 est fermée au moyen d'un couvercle 25 muni d'un joint 14. L'arbre comporte un épaulement qui affleure avec la paroi frontale intérieure du couvercle 13, et qui constitue le guide de coulisse 3. Ce guide de coulisse est un coulisseau en forme de plaque monté sur l'arbre, comportant deux surfaces de guidage planes mutuellement parallèles. La longueur radiale de ce coulisseau correspond approximativement au diamètre de l'arbre. Sa dimension dépend essentiellement de l'excentricité de l'axe de l'arbre 19 à l'intérieur du couvercle ou du carter 1. Plus cette excentricité est faible, et plus la longueur radiale du coulisseau peut être importante. Les surfaces de guidage peuvent etre légèrement bombées dans la direction radiale, un rayon de courbure très grand étant cependant nécessaire. Grâce à ce bombement, la palette peut suivre l'arbre avec un très léger décalage angulaire vers l'avant ou vers l'arrière, ainsi que cela est décrit plus loin. La palette 4 est munie d'une rainure de guidage 5. Cette rainure de guidage est aménagée dans la palette à partir d'une face. La profondeur axiale de la rainure de guidage correspond approximativement à la longueur axiale du guide de coulisse 3. Le guide de coulisse 3 s'étend de préférence au-delà du centre axial du carter de pompe 1 afin, non seulement de garantir un bon guidage rectiligne de la palette, mais encore d'empêcher un basculement et un coincement de celle-ci. La palette est munie à ses extrémités de segments de guidage 6, qui sont montés dans des rainures de la palette, et ont une faible liberté de déplacement dans la direction radiale. On peut utiliser comme variante des segments d'étanchéité qui sont engagés à partir de l'extérieur sur les extrémités de la palette. Les segments de guidage ou les segments d'étanchéité sont appliqués par leur section bombée sur le carter.Ils ont par conséquent, vu dans un plan radial, un rayon de courbure r. La distance des centres de ces rayons de courbure est appelée longueur des sécantes S dans ce qui suit. Le carter décrit une courbe fermée, dont la caractéristique est que l'ensemble des sécantes - vu dans un plan radial - qui passent par l'axe de l'arbre ont la même longueur. La forme du carter - considéré dans le même plan radial - est par conséquent définie par la courbe équidistante par rapport à cette courbe fermée, distante de la valeur des rayons de courbure r. La courbe fermée est dans le cas idéal une conchoïde ou une spirale de Pascal. La pompe à palette comporte un orifice d'aspiration 7, commandé par un clapet anti-retour 8, et un orifice de refoulement 9 commandé par un clapet anti-retour 10. L'orifice de refoulement 9 débouche par exemple dans le carter du moteur. Les restes d'air et d'huile sont rejetés par l'intermédiaire de l'orifice de refoulement dans le carter du moteur. L'aspiration est reliée à un servo utilisateur, par exemple à l'amplificateur de force de freinage d'un véhicule automobile. L'aspiration et le refoulement sont situés de part et d'autre du point mort inférieur. Le point mort inférieur correspond à la génératrice du carter qui est la plus proche de l'axe de l'arbre 19. Sur la figure 1, la palette est représentée dans une position angulaire qui correspond au plan axial passant par le point mort inférieur. Ce plan axial divise le carter en deux moitiés essentiellement symétriques, et est appelé de ce fait plan de symétrie. L'admission et le refoulement sont situés en dessous, du plan axial qui coupe à angle droit le plan de symétrie c'est-à-dire du côté tourné vers le point mort inférieur. Ce plan axial perpendiculaire est appelé, dans le cadre de la présente demande de brevet, position de point mort de la palette. La position de point mort de la palette est représentée par exemple à la figure 3. Lors de sa rotation dans la direction de rotation 22, la palette définit deux chambres à l'intérieur du carter. L'une de ces chambres communique avec l'orifice de refoulement 9, tandis que l'autre chambre communique avec l'orifice d'aspiration 7. Lors de la rotation, la chambre d'aspiration s'agrandit tandis que la chambre de refoulement se rétrécit entre deux positions de point mort consécutives de la palette. Les formes de palette sont décrites dans ce qui suit. La forme de palette selon les figures 1, 2A correspond pour I'essetiel à la forme selon les figures 3 et 4. Dans ces cas, les surfaces extérieures 23 et 24 de la palette sont des portions de cylindre à rayon relativement grand ou encore à courbure relativement faible. Ainsi que le montre la figure 3, la courbure est choisie de manière telle, que la palette s'adapte au carter avec sa surface latérale concernée dans ces positions de point mort inférieur. On obtient ainsi la vidange complète de la chambre de refoulement lorsque la palette arrive dans sa position de point mort inférieur. Toutefois, lorsqu'on utilise la pompe comme pompe à vide lubrifiée à l'huile, il est nécessaire d'expulser l'huile en excédent. Un orifice de refoulement 11 supplémentaire, également commandé par un clapet anti-retour 12 dans la direction d'écoulement, est prévu à cet effet. L'orifice de refoulement supplémentaire 11 débouche également par exemple dans le carter du moteur. Cet orifice de refoulement supplémentaire permet d'éviter l'apparition de pressions élevées dans l'huile restant à l'intérieur du carter, qui peuvent entrainer une flexion ou une rupture de la palette, du guide de coulisse ou de l'arbre. La particularité de la palette selon la figure 1 réside encore dans le fait que la palette est munie de conduits 26 axiaux. Ces conduits 26 sont disposés de manière telle que, d'une part ils réduisent la masse et le poids de la palette, et d'autre part n'affectent pas sa résistance. La particularité de la palette selon la figure 4 réside dans le fait que la palette s'appuie sur le guide de coulisse 3 lorsqu'elle passe par le point mort inférieur. A cet effet le guide de coulisse 3 est muni de perçages radiaux, dans lesquels sont logés des ressorts de compression 17, 18. Ces ressorts de compression sont fixés dans la zone de l'axe. Lorsqu'une extrémité de la palette arrive au point mort inférieur, celle-ci s'appuie sur l'un des ressorts de compression 17, 18. Ainsi, la force des ressorts s'oppose à la force centrifuge. Les effets de la force centrifuge sont ainsi compensés. Les palettes selon les figures 1 à 4 peuvent être fendues sur l'ensemble de leur largeur, qui correspond à la longueur axiale du carter, de telle sorte que la rainure de guidage rectiligne 5 soit ouverte aux deux extrémités frontales de la palette côté face frontale du carter. La rainure peut aussi être fermée à l'une de ses extrémités frontales par une aile transversale 21. La palette a, dans ce cas, une section en forme de U, avec une aile transversale 21 et des ailes latérales 20 qui s'y rattachent. L'aile transversale 21 est appliquée sur une face frontale, c'est-à-dire sur le couvercle 25, du carter de pompe. Sur les figures 1 et 2A, la rainure est fermée aux extrémités de la palette tournées vers la périphérie du carter. La palette selon la figure 2B a également une forme de U. Elle comporte une aile transversale 21 s'étendant dans la direction radiale, qui est appliquée sur l'un des couvercles 25. La palette comporte en outre des ailes latérales 20, perpendiculaires qui se raccordent aux deux extrémités de l'aile transversale et forment deux surfaces planes parallèles. Les ailes latérales 20 forment la rainure, par l'intermédiaire de laquelle la palette est guidée de manière rectiligne sur le guide de coulisse 3. L'aile transversale 21 s'étend dans la direction radiale sur une partie seulement de la longueur de la palette. On obtient ainsi aux extrémités de la palette tournée vers la périphérie du carter, une rainure dans laquelle sont guidés les segments de guidage 6 au moyen d'une languette de guidage. Le centre M du rayon de courbure r du segment de palette 6, ainsi que la longueur de sécante S, qui, comme indiqué précédemment, déterminent la forme du carter, sont également indiqués sur la figure 2. La rainure sert donc simultanément au guidage rectiligne sur le guide de coulisse 3 et au guidage rectiligne des segments de guidage dans la palette 4. La longueur radiale de l'aile transversale 21 est déterminée par la longueur des languettes de guidage 27. Il est en effet nécessaire que les languettes de guidage 27 s'étendent sans interruption sur l'ensemble de la largeur axiale du carter pour assurer l'étanchéité, côté aspiration et côté refoulement. Ce mode de réalisation de la palette présente l'avantage que la rainure de guidage rectiligne 5 ainsi que la rainure de guidage des languettes de guidage 27 peuvent être usinées en continu en une seule opération avec le même outil, par exemple par rectification ou par fraisage. Dans le mode de réalisation de la palette selon la figure 6, les surfaces extérieures 23 et 24 correspondent pour l'essentiel à la forme selon les figures précédentes. On se réfèrera donc à la description correspondante. Chacune des surfaces extérieures 23 est munie en outre d'une gorge de décharge 26. La gorge de décharge 26 s'étend essentiellement d'une extrémité de la palette à l'autre. Une ou plusieurs gorges peuvent être prévues. Il est représenté une gorge munie d'un fond de gorge rectiligne. Le fond de gorge peut également être disposé à distance sensiblement constante des parois latérales 23, 24. Les gorges de décharge 26 ont pour fonction d'éviter les pointes de pression dans l'huile de graissage. En effet, lorsque la palette atteint sa position de point mort, l'huile peut passer du côté refoulement vers l'autre extrémité de la palette côté aspiration. Grâce à cette disposition, l'orifice de refoulement supplémentaire 11 des figures 1, 3, 4 n'est plus nécessaire. Dans la forme de palette selon la figure 5, les surfaces latérales 23, 24 de la palette sont planes. La palette a donc, à l'exception de ses zones d'extrémité, un profil de section essentiellement quadrangulaire. L'huile de graissage peut, avec cette forme également, passer du côté refoulement au côté aspiration lorsque la palette atteint sa position de point mort inférieur. Les pointes de pression sont ainsi évitées et l'orifice de refoulement supplémentaire 11 des figures 1, 3, 4 n'est plus nécessaire. REVENDICATIONS 1. Pompe à palette comprenant un arbre (2) entrainé en rotation, qui est monté en porte-à-faux et de manière excentrée dans un couvercle de carter et dont l'extrémité libre fait saillie dans le carter (1) et est réalisée sous forme de guide de coulisse (3) sur lequel la palette (4) est engagée par une rainure de guidage (5) rectiligne et est guidée de façon rectiligne radialement par rapport à l'axe (19) de l'arbre, caractérisée par le fait que la palette présente, au moins dans la zone de la rainure de guidage (5) rectiligne, une section en forme de U de telle manière que le guide de coulisse (3) s'engage entre les deux ailes latérales parallèles (20) du U. 2. Pompe à palette suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que l'aile transversale (21) du U est appliquée sur le couvercle de carter (25) éloigné de l'arbre (2). 3. Pompe à palette suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la rainure de guidage (5) rectiligne définie par section en U est fermée aux extrémités de la palette (4) tournées vers la périphérie du carter. 4. Pompe à palette suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les ailes latérales parallèles (20) du U sont munies de canaux (26) axiaux. 5. Pompe à palette suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la palette (4) est appliquée contre le carter de pompe par l'intermédiaire de segments de guidage (6) ou segments d'étanchéité, mobiles radialement. 6. Pompe à palette suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les surfaces de guidage du guide de coulisse (3) sont réalisées sous forme de surfaces cylindriques à faible courbure. 7. Pompe à palette suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que guide de coulisse fait saillie au-delà du centre axial du carter.