Brevet FR2715197A1 — publié le 19950721

La présente invention concerne une pompe a piston du type comprenant un corps ayant un alésage cylindrique fermé à ses extrémites, avec un orifice d'admission a une extrémité et un orifice de refoulement & l'autre extrémité, un piston qui est monté coulissant dans l'alésage du corps et qui sépare deux chambres dans ledit alésage, à savoir une première chambre côté orifice d'admission et une seconde chambre côté orifice de refoulement, une tige de piston qui s'étend coaxialement dans l'alésage du corps et dont une première extrémité est accouplée au piston, tandis que son autre extrémité, extérieure au corps, peut être accouplée a un moteur pour entraîner le piston en mouvement alternatif dans l'alésage du corps, ledit piston comportant un passage axial metttant les deux chambres en communication, un clapet d'admission installé dans le piston pour ouvrir ledit passage axial quand le piston est déplacé dans un sens et le fermer quand le piston est déplacé dans le sens opposé, et un clapet de refoulement monté en série avec l'orifice de refoulement dudit corps. Dans les pompes à pistons connues de ce type, la tige de piston est liée rigidement au piston et l'organe obturateur du clapet d'aspiration est usuellement constitué par une bille ou par un pointeau mobile logé dans une cavité qui est formée dans le piston et dans laquelle débouche le passage axial de ce dernier. Le siège du clapet d'aspiration est forme à l'endroit où ledit passage axial débouche dans ladite cavité. La bille ou le pointeau coopère avec le siège pour ouvrir ou fermer ledit passage axial selon le sens de mouvement du piston. Avec une telle construction connue, la bille ou le pointeau peut, en fonctionnement, "rebondir" sur le siège au moment de la fermeture du clapet d'aspiration quand le piston commence à être déplacé dans le sens du refoulement du fluide pompé vers un appareil utilisateur. Les rebonds de la bille ou du pointeau provoquent des fuites de fluide vers l'amont, qui diminuent d'autant la quantité de fluide qui est effectivement envoyée à l'appareil utilisateur. Ces fuites sont incontrôlables et tout-à-fait aléatoires dans le temps, ce qui est particulièrement genant lorsque la pompe est utilisée comme pompe doseuse. En outre, avec cette construction connue, on constate une usure rapide du siège et/ou de la bille ou du pointeau obturateur. En effet, pendant le mouvement du piston, l'espace entre la bille ou le pointeau obturateur, et le siège augmente ou diminue progressivement alors que le fluide commence à être pompé par suite du mouvement du piston. Il en résulte que le fluide pompé subit dans ledit espace, lorsque celui-ci est faible, un laminage qui provoque l'usure du clapet et/ou de la bille ou du pointeau obturateur. Cette usure peut être très importante et très rapide lorsque le fluide pompé est chargé de particules abrasives, comme par exemple dans le cas des peintures. Il est possible de limiter dans une certaine mesure les rebonds en prevoyant un faible ressort taré qui sollicite la bille ou le pointeau obturateur en direction du siège du clapet d'aspiration. Toutefois, cette solution nécessite l'utilisation d'une pièce supplémentaire, qui augmente le coût de la pompe, et le tarage du ressort n'est pas facile. En effet, ce tarage dépend de la nature du fluide pompé, notamment de sa viscosité, laquelle peut varier avec la température dudit fluide. En outre, le ressort ralentit le mouvement d'ouverture de la bille et accentue donc l'effet de laminage, donc l'usure. D'autre part, la fermeture permanente du clapet à bille, par l'action du ressort, s' oppose à l'évacuation de l'air contenu initialement dans le corps de la pompe, ce qui provoque des débits irréguliers de la pompe et des volumes de liquide délivrés non constants, ce qui est un défaut grave dans le cas où la pompe est utilisée comme pompe doseuse. Enfin, avec la construction connue, puisque la tige de piston est liée rigidement au piston, ce dernier, la tige de piston, l'alésage cylindrique du corps et le trou dans lequel passe la tige de piston dans l'une des parois d'extrémité du corps de la pompe doivent être usinés avec une grande précision afin d'éviter au montage des défauts d'alignement qui pourraient provoquer en fonctionnement des frottements localisés excessifs entre les éléments, entraînant leur usure. La présente invention a donc pour but de remédier aux inconvénients des pompes à piston connues du type décrit ci-dessus. A cet effet, la pompe à piston selon la présente invention est caractérisée en ce que le piston est accouplé à la tige de piston par une liaison autorisant un mouvement relatif axial limité entre le piston et la tige, et en ce que l'organe obturateur du clapet d'aspiration est solidaire de la tige de piston et coopère avec un siège formé dans ledit passage axial du piston. Avec cette construction, lorsque la tige de piston est déplacée dans un premier sens, le piston ne commence à être déplacé qu'après que l'organe obturateur du clapet d'aspiration, qui est solidaire de la tige de piston, est venu en contact avec le siège formé dans le piston. Il en résulte une fermeture étanche plus rapide, plus sûre et sans rebond de l'organe obturateur du clapet d'aspiration, puisque la force appliquée par la tige de piston et la contre-pression exercée par le fluide pompé se conjuguent pour maintenir le clapet d'aspiration fermé. On notera que l'étanchéité est améliorée puisque la force appliquée au clapet d'obturation pour le maintenir fermé augmente en fonction de la résistance opposée par le fluide pompé au déplacement du piston vers l'orifice de refoulement et que cette résistance est appliquée sur la totalité de la surface utile du piston. En outre, comme le piston n'est pas déplacé tant que l'organe obturateur n'est pas venu en contact avec le siège du clapet d'aspiration, il n'y a pas de fuite du fluide pompé vers l'amont et il n'y a pas de laminage du fluide pompé entre l'organe obturateur et le siège, évitant ainsi l'usure de ces éléments. Enfin, comme le piston n'est plus lié rigidement à la tige de piston, un éventuel défaut d'alignement entre eux ne pose pas de problème et ils n'ont donc plus besoin d'être usinés et/ou montés avec une aussi grande précision qu'auparavant. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront au cours de la description qui va suivre de deux formes d'exécution de l'invention données à titre d'exemple en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente schématiquement, en coupe axiale, une pompe à piston selon un premier mode de réalisation de l'invention, la pompe étant montrée dans une phase de refoulement. La figure 2 est une vue semblable à la figure 1 montrant la pompe dans une phase d'aspiration. La figure 3 représente, en coupe axiale, une pompe à piston selon un second mode de réalisation de 1'invention, la pompe étant montrée dans une phase de refoulement. La figure 4 est une vue partielle montrant le piston et la tige de piston de la pompe de la figure 3, dans une phase d'aspiration. La pompe 1 représentée dans les figures 1 et 2 comprend un corps cylindrique 2, dont les extrémités sont fermées par des flasques ou bouchons 3 et 4. Le corps 2 comporte, près du bouchon 3, un orifice d'admission 5 pour un fluide à pomper, tandis que le bouchon 4 comporte un orifice axial 6, à travers lequel le fluide pompé est refoulé par la pompe en service à travers un clapet de refoulement classique 7, constitué par exemple par un clapet anti-retour. Au lieu d'être forme au centre du bouchon 4, l'orifice de refoulement 6 pourrai t bien entendu être formé dans le corps cylindrique 2 près du bouchon 4. La pompe 1 des figures 1 et 2 comporte en outre un piston creux 8 qui peut coulisser dans l'alésage du corps cylindrique 2 et qui sépare dans celui-ci deux chambres &commat; 9 et et 11. Le piston creux 8 contient un clapet d'admission 12 et il est accouplé à une tige de piston 13 dont l'extrémité qui est extérieure au corps 2 peut être accouplée de manière classique & un moteur (non montré) permettant d'entraîner le piston 8 en va-etvient dans l'alésage du corps 2. Le piston 8 comporte un passage axial 14 qui débouche, à une extrémité, dans la chambre 9 et, a son autre extrémité, dans une cavité 15 formée dans le piston 8 et ouverte en direction de la chambre 11. Le siège 16 du clapet d'aspiration 12 est formé a l'endroit où le passage axial 14 débouche dans la cavité 15. Selon l'invention, l'organe obturateur 17 du clapet d'aspiration 12 est solidaire de la tige de piston 13. Il peut y être fixé rigidement ou en faire partie integrante. Selon une autre caractéristique de l'invention, le piston 8 est accouplé & la tige de piston 13 par une liaison autorisant un mouvement relatif axial limité entre le piston 8 et la tige de piston 13. A cet effet, la tige de piston 13 porte un élément 18 formant butée axiale, qui se trouve dans la cavité 15, tandis que le piston 8 comporte un élément 19 formant contre-butée, qui fait saillie dans la cavité 15. Lorsque l'organe obturateur 17 du clapet d'aspiration 12 est en contact avec le siège 16, l'élément formant butée 18 de la tige de piston 13 se trouve à une distance axiale d de l'élément 19 formant contre-butée du piston 8. Cette distance définit la course libre de la tige de piston 13 par rapport au piston 8 lorsqu'elle est déplacée de la gauche vers la droite dans la figure 1. L'élément 18 peut avoir par exemple la forme d'un disque, qui est fixé coaxialement & la tige de piston 13 et qui présente au moins une ouverture 21 laissant passer librement le fluide & pomper d'un côté à l'autre du disque 18. La ou les ouvertures 21 peuvent être réalisées sous la forme de trous percés dans le disque îa ou sous la forme d'encoches formées dans la périphérie du disque. Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures 1 et 2, le disque 18 peut être avantageusement fixé sur la tige de piston 13 de telle façon que sa position soit réglable, de manière à pouvoir régler la course libre d de la tige de piston 13 par rapport au piston 8 et, par conséquent, la position de l'organe obturateur 17 par rapport au siège 16 dans la position d'ouverture du clapet d'aspiration 12. Comme montré dans les figures 1 et 2, l'élément formant contre-butée 19 du piston 18 peut se présenter par exemple sous la forme d'un anneau lié rigidement au piston 8 et ayant un diamètre intérieur plus petit que le diamètre extérieur du disque 18. L'élément 19 peut être réalisé d'une seule pièce avec le piston 8 ou il peut être réalisé sous la forme d'une pièce rapportée et fixée rigidement, par exemple par vissage, au piston 8. Au lieu d'être réalise sous la forme d'un anneau continu, l'élément 19 peut être réalisé sous la forme d'un élément crénelé ou sous la forme de plusieurs saillies réparties régulièrement a la périphérie interne de la cavité 15. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la tige de piston 13 s'étend axialement dans la chambre 11 et passe de manière étanche & travers un trou 22 formé dans le bouchon d'extrémité 3 du corps 2. La pompe représentée dans les figures 1 et 2 fonctionne de la manière suivante. On supposera que, pour commencer, le piston 8 se trouve dans la position extrême droite dans l'alésage du corps 2 et que l'élément formant butée 18 de la tige de piston 13 est en contact avec l'élément formant contre-butée 19 du piston 8. Dans ces conditions, lorsque la tige de piston 13 est déplacée vers la gauche dans le sens de la flèche F, elle se déplace tout d'abord d'une distance d sans entraîner avec elle le piston 8. Après cela, l'organe obturateur 17, qui est solidaire de la tige de piston 13, vient en contact avec le siège 16 pour fermer le passage axial 14 du piston 8. A ce moment, le piston 8 est déplacé vers la gauche et refoule le fluide contenu de ia chambre O a travers l'orifice de refoulement 6 et le clapet de refoulement 7 jusqu'8 ce que le piston 8 atteigne la position extrême gauche dans l'alésage du corps 2. En même temps, du fluide est aspiré dans la chambre 11 à travers l'orifice d'admission 5. Lorsque le mouvement de la tige de piston 13 est inversé (dans le sens de la flèche G), elle commence à se déplacer d'une distance d sans entraîner avec elle le piston 8, de manière à ouvrir le passage axial 14 pour mettre la chambre 9 en communication avec la chambre 11. Lorsque l'élément formant butée 18 vient en contact avec l'élément formant contre-butée 19, le piston 8 commence à être déplacé vers la droite par la tige de piston 13. La dépression qui en résulte dans la chambre 9 provoque la fermeture du clapet de refoulement 7 et le fluide qui était contenu dans la chambre 11 passe dans la chambre 9 à travers la ou les ouvertures 21, la cavité 15 et le passage axial 14. Lorsque le piston 8 atteint la position extrême droite dans l'alésage du corps 2, le mouvement de la tige de piston 13 est & nouveau inversé et le cycle décrit ci-dessus recommence. On remarque donc que la chambre 11 n'est jamais mise sous pression, ce qui permet de limiter les risques de fuites & travers l'orifice 22 assurant le passage de la tige 13. La garniture d'étanchéité placée entre le bouchon d'extrémité 3 et la tige de piston 13 peut donc être, au choix, du type à simple joint torique, à joint & lèvres ou à soufflet en matière plastique ou même en métal. Les figures 3 et 4 montrent un autre mode de réalisation de la pompe selon l'invention. Dans les figures 3 et 4, les éléments qui sont identiques ou qui jouent le même rôle que ceux du mode de réalisation des figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes numéros de référence et ne seront pas décrits à nouveau en détail. On va donc seulement indiquer les différences entre les deux modes de réalisation. Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, l'orifice d'aspiration 5 se trouve au centre du bouchon d'extrémité 3, bien qu'il pourrait se trouver dans le corps 2 au même emplacement que dans les figures 1 et 2. L'orifice de refoulement 6 est formé dans le corps 2 près du bouchon d'extrémité 4. Le passage axial 14 du piston 8 a un diamètre substantiellement plus grand que celui de la tige de piston 13, qui passe à travers lui et qui s'étend axialement dans la chambre 9. La tige de piston 13 passe de manière étanche à travers un trou 23 formé au centre du bouchon d'extrémité 4. Le siège 16 du clapet d'aspiration 12 a une forme tronconique et l'organe obturateur 17, qui est solidaire de la tige de piston 13, a une forme tronconique correspondant à celle du siège 16. Pour le reste, la pompe des figures 3 et 4 est identique & celle des figures 1 et 2 et fonctionne de la même manière. L'intérêt de cette réalisation est qu'elle permet de plonger le côté de la pompe, où se trouve l'orifice d'aspiration 5, directement dans le récipient de liquide à pomper, le bouchon d'extrémité 3 pouvant même être supprimé dans ce cas. Il va de soi que les formes de réalisation de l'invention qui ont été décrites ci-dessus ont été données a titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi notamment que le siège 7 et l'organe obturateur 17 du mode de réalisation des figures 1 et 2 peuvent avoir une forme tronconique semblable & celle du mode de réalisation des figures 3 et 4. En outre, il est & signaler que les dessins des figures 1, 2, 3 et 4 ont été volontairement simplifiés pour en simplifier la compréhension et que l'invention est applicable d des pompes à piston à simple effet comme à double effet, dès lors que le clapet d'aspiration est incorporé au piston. Dans le cas d'une pompe à piston & double effet, le piston 8 et l'alésage du corps 2 de la pompe sont étagés et présentent des sections de diamètres différents qui sont dans un rapport prédèfini, par exemple 2:1, comme cela est bien connu. REVENDICATIONS 1.- Pompe à piston comprenant un corps installé dans le piston pour ouvrir le passage axial quand le piston est déplacé dans un sens et le fermer quand le piston est déplacé dans le sens opposé, et un clapet de refoulement 2.- Pompe à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit passage axial 3.- Pompe à piston selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément (18) formant butée axiale de la tige de piston (13) a la forme d'un disque, qui est fixé coaxialement à la tige de piston 4.- Pompe à piston selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément (19) formant contrebutée a la forme d'un anneau lié rigidement au piston (8) et ayant un diamètre intérieur plus petit que le diamètre extérieur du disque (18). 5.- Pompe à piston selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la tige de piston (13) s'étend dans la première chambre (11) et passe de manière étanche a travers un trou 6.- Pompe à piston selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la tige de piston (13) passe avec un Jeu radial substantiel dans le passage axial (14) du piston (8), puis s'étend coaxialement dans la seconde chambre (9) et passe de manière etanche à travers un trou