Brevet FR2721662A1 — publié le 19951229

La présente invention se rapporte au pompage volumétrique de matières très visqueuses, comme du caoutchouc non vulcanisé. La fabrication de produits en caoutchouc impose d'être capable d'extruder des produits tout en les dosant quantitativement de manière très précise. Parmi les multiples applications envisageables, on peut citer l'élaboration des mélanges de caoutchouc, qui requiert le dosage précis de différents constituants de base, ou bien l'assemblage d'un produit final comme un pneumatique, qui nécessite d'extruder sur un support en rotation des quantités rigoureusement définies de mélanges de caoutchouc. Dans ce dernier cas, le problème est rendu plus complexe du fait que, dans ce genre d'application, l'extrusion n'est pas continue, mais se produit à la demande, selon un cycle dont la période correspond au temps nécessaire pour l'assemblage de chaque objet fabriqué, par exemple de chaque pneumatique. Il est important d'atteindre une parfaite maîtrise des quantités extrudées y compris pendant les phases d'arrêt et de départ de l'extrusion. Dans ce but, de préférence, on s'assure que le débit de matière extrudée ne dépend que d'un paramètre de commande de la pompe, à savoir par exemple la vitesse de rotation d'un arbre de commande, et ceci d'une telle façon que le débit soit à tout instant rigoureusement proportionnel à la vitesse de rotation de l'arbre de commande. Par le brevet US 5261795, on connaît déjà une pompe volumétrique, ayant dans l'une de ses variantes deux pistons et des billes anti-tetour commandées par tiges et basculeur. Cette pompe répond à ces objectifs. Le but de la présente invention est de perfectionner une telle pompe, en particulier de l'alléger, à débit inchangé à un régime donné, sans préjudice aucun quant à sa précision volumétrique. Un autre but de l'invention est de faciliter l'écoulement de la matière refoulée, car les formules de mélange de caoutchouc utilisées dans les applications à l'industrie du pneumatique peuvent donner des produits de très haute viscosité. L'invention propose une pompe volumétrique pour matière visqueuse, ayant un corps comportant une ouverture d'alimentation pour introduire la matière dans la pompe et un orifice de sortie de la matière hors de la pompe, ladite pompe comportant au moins un piston de refoulement coulissant dans un cylindre entre un point mort bas et un point mort haut, une phase de refoulement intervenant pendant la course entre le point mort bas et le point mort haut, ladite comportant des passages d'admission et de refoulement débouchant dans le ou lesdits cylindres, lesdits passages étant aménagés dans ledit corps en des endroits séparés les uns des autres, ladite pompe comportant des moyens pour remplir le ou lesdits cylindres de ladite matière en phase d'admission, ladite pompe comportant un organe distributeur rotatif pourvu d'au moins un évidement en communication en permanence avec l'orifice de sortie, ledit évidement étant conformé de sorte que ledit organe distributeur, par sa rotation, met en communication le cylindre avec ledit orifice de sortie pendant la phase de refoulement du piston correspondant, et isole ledit cylindre de l'orifice de sortie en dehors des phases de refoulement. Afin de bien faire comprendre l'invention, deux mises en oeuvres de celle-ci sont décrites, chacune avec l'aide de trois figures: la figure 1 est une coupe suivant AA à la figure 2; la figure 2 est une coupe suivant CC à la figure 1; la figure 3 illustre le développement à plat de la came utilisée dans la pompe illustrée aux figures 1 et 2; la figure 4 est une coupe suivant BB à la figure 5; la figure 5 est une coupe suivant DD à la figure 4; la figure 6 illustre le développement à plat de la came utilisée dans la pompe illustrée aux figures 4 et 5. Pour une compréhension complète de l'invention, le lecteur est invité à se reporter au brevet US 5261795, dont la description est incorporée ici par référence. La première variante de l'invention est illustrée aux figures 1 à 3. La seconde variante de l'invention est décrite aux figures 4 à 6. Pour certains aspects non directement visibles aux figures jointes, le lecteur peut se reporter en particulier à la figure 4 du brevet US 5261795. Les organes similaires à ceux de la pompe décrite dans le brevet précité, qui n'apparaîtraient pas dans les dessins annexés à la présente description, sont désignés par des références suivies du signe "*" lorsque de telles références renvoient à la figure 4 précitée. La première variante montre une pompe à deux pistons de refoulement 10, dont les mouvements entre point mort bas et point mort haut sont parallèles à l'axe Z de la pompe. La figure 1 (de même que la figure 4) montre une coupe suivant un plan contenant l'axe Z de la pompe. On aperçoit le corps 1 de la pompe, comportant une ouverture d'alimentation 22*, ainsi qu'un orifice de sortie 17* conformé de manière -3- convenable, ayant par exemple l'allure d'une fente. Les pistons 10 sont disposés axialement dans le corps 1 de la pompe. A la figure 1, on voit les pistons 10 coulissant chacun dans un cylindre 11 creusé dans le corps 1 de la pompe. Les cylindres sont donc fixes par rapport au corps de la pompe. On voit une vis de gavage 21 tournant dans une chambre de transfert 20 centrale, autour de laquelle sont disposés lesdits cylindres 11, l'axe de ceux-ci étant parallèle à l'axe Z de la pompe. Ladite vis de gavage 21 est utilisée comme moyens mécaniques dont le déplacement assure un transfert forcé de la matière depuis l'ouverture d'alimentation 22* vers chacun desdits cylindres 10. Des lumières 12 assurent la communication entre la chambre de transfert 20 et les cylindres 11, et constituent ainsi un passage d'admission aménagé dans le corps de la pompe. A plusieurs endroits des dessins, on aperçoit des flèches telles que celle tracée au niveau de la lumière 12 de droite à la figure 1. Ces flèches symbolisent le flux de matière et aident à faire comprendre le fonctionnement de la pompe. Le corps 1 de la pompe comporte une pièce intermédiaire lA et un chapeau lB, qui sont rendus solidaires du corps au montage et peuvent être considérés comme faisant fonctionnellement partie dudit corps. La pièce intermédiaire lA recouvre les cylindres 11 du côté du refoulement; elle est percée de canalisations lAl (autant que de cylindres, donc ici deux) débouchant chacune d'un côté dans un cylindre et de l'autre à la surface d'un palier 1A2, alésé concentriquement à l'axe Z de la pompe. Le palier 1A2 supporte l'organe distributeur rotatif; celui-ci et ledit palier ont donc des formes de révolution adaptées l'une à l'autre. Chacune de ces canalisations constitue ainsi un passage de refoulement aménagé dans ledit corps, en un endroit séparé de l'endroit o est aménagé le passage d'admission vers le même cylindre. Lesdites canalisations lA1 débouchent à la surface du palier 1A2 en des points alignés circonférentiellement, et régulièrement répartis. Enfmin, le chapeau lB comporte une canalisation centrale lBl conduisant la matière vers l'orifice de sortie 17*. L'organe distributeur est matérialisé par un boisseau 6 tournant dans ledit palier 1A2. Le palier 1A2 et le boisseau sont ici cylindriques. Ce boisseau 6 comporte un perçage axial 61, ainsi qu'une fente 62, se développant perpendiculairement audit perçage. Le -4- perçage 61 et la fente 62 constituent l'évidement au travers duquel la matière collectée chemine, en direction de l'orifice de sortie 17* de la pompe. Afin d'assurer un débit de refoulement qui puisse être strictement continu (c'est à dire non pulsé), de préférence, on utilise au moins deux pistons, agencés pour que leurs phases de refoulement se suivent en séquence. On utilisera dans ce cas avantageusement une came 50 rotative, assurant un mouvement des pistons de refoulement tel que la somme des débits refoulés soit proportionnelle à la vitesse de rotation de la came 50. Dans l'application de l'invention au pompage de caoutchoucs non vulcanisés (matière première ou compositions vulcanisables), on a constaté que l'on peut très aisément dessiner une vis de gavage 21 assurant une propulsion de la matière telle que, à partir d'un seul arbre mécanique 3*, on commande non seulement à la fois le mouvement des pistons 10 et de l'organe distributeur rotatif (commandes qui doivent bien entendu être synchronisées), mais aussi le mouvement de la vis de gavage 21. Dans une réalisation fort simple de la présente invention, ladite vis de gavage 21 tourne à la même vitesse que la came 50, et que le boisseau 6. On propose ainsi une variante constructive intéressante parce que conduisant à une pompe très compacte. Il suffit de disposer la vis de gavage 21 en prolongement direct de l'arbre de commande 3*, de monter la came 50 directement sur ledit arbre de commande 3*, et de disposer le boisseau 6 dans le prolongement direct de la vis de gavage 21. La vis de gavage 21 et le boisseau 6 forment ainsi deux zones séparées, axialement adjacentes, du même organe rotatif. Pour la compréhension plus complète de la façon convenable de réaliser le boisseau 6 et d'organiser la commande des pistons 10, il convient de consulter plus spécialement les figures 2 et 3 en même temps que les explications données ci-dessous. La figure 3 est un diagramme représentant le chemin de roulement 52 d'un galet 51 de poussée en direction du point mort haut, ainsi que le chemin de roulement 54 d'un galet 53 de rappel vers le point mort bas. Bien entendu, un seul et même galet pourrait assurer à la fois les mouvements vers le point mort haut et les mouvements vers le point mort bas. Les axes de rotation 51 A et 53A des galets 51 et 53 superposés à la figure 3 sont solidaires d'un même piston 10. Les mouvements axiaux (mouvements parallèles à l'axe Z) desdits axes de rotation 5 1A et 53A et de la tête 10OA du piston 10 -5- correspondant sont identiques: à un déplacement "z" des galets 51 et 52 correspond donc un déplacement "z" identique du piston 10 correspondant. La figure 3 montre, en ordonnées, la position le long de l'axe Z desdits axes de rotation des galets, donc la position du piston 10 correspondant, par rapport à une abscisse angulaire, représentative de la position angulaire de la came 50. Sur le diagramme de la figure 3, on voit la course utile H d'un piston: c'est la course qu'il effectue vers le point mort haut, après avoir occulté la lumière 12 correspondante. Sur la came 50, on distingue une rampe de pente constante se déployant sur D-R radians. La valeur de l'angle R caractérise l'ampleur du recouvrement entre le fonctionnement en refoulement de deux pistons dont les phases de refoulement sont successives. Lorsqu'un galet 51 roule sur ladite rampe de pente constante, le piston 10 qui lui est solidaire assure un débit de refoulement de la matière directement proportionnel à la vitesse de rotation de la came 50, aux effets dus à la compressibilité de la matière près. De part et d'autre de cette rampe, la came 50 comporte des tronçons dits de recouvrement R, qui débutent et se terminent à des positions angulaires séparées de D radians. Les pistons étant eux-mêmes diamétralement opposés, les groupes de galets 51 et 53 commandant chacun un piston 10 sont eux-mêmes séparés angulairement de D radians. Les tronçons de recouvrement R sont dessinés de façon à ce que la somme des débits refoulés par les deux pistons pendant leur fonctionnement en recouvrement soit identique au débit refoulé par un seul des pistons lorsque son avance est commandée par la rampe de pente constante. L'existence d'un recouvrement entre pistons permet d'assurer un fonctionnement précis et sans heurts. Dans la seconde partie de la came 50, on voit un tronçon assurant le retour du piston considéré vers son point mort bas, mouvement au cours duquel la lumière 12 est découverte, puis une première avance, de course L, pour occulter la lumière. Le plan de coupe selon lequel la figure 2 est établie passe par la fente 62 du boisseau 6. Au centre, on reconnaît le perçage 61 au travers duquel la matière est emmenée vers l'orifice de sortie 17* de la pompe. Le plan de coupe AA passe par le centre des canalisations lAl. Le calage angulaire du boisseau 6 par rapport à la came 50 est tel que, au tout début de la phase de recouvrement, le boisseau 6 va découvrir la canalisation lA1 correspondant au piston 10 dont le galet 51 pénètre sur le tronçon de -6 recouvrement précédant la rampe de pente constante. Il s'agit de la canalisation lAI de gauche à la figure 2. Notons que le stade atteint dans le cycle de fonctionnement de la pompe, tel que représentée à la figure 2, n'est pas exactement le même que celui apparaissant à la figure 1: dans cette dernière, le piston 10 de droite n'a pas encore occulté la lumière 12, alors qu'à la figure 2, le boisseau 6 va découvrir la canalisation lAl correspondante (celle de gauche), ce qui ne peut se faire que si le piston 10 a occulté totalement la lumière 12, assurant ainsi l'étanchéité entre la chambre de transfert 20 et l'intérieur du cylindre 11. Afin d'occulter l'autre canalisation lA1 au bon moment, il convient de dimensionner l'écran 63 formé par le boisseau 6 en tenant compte du recouvrement choisi. A cette fin, par rapport à la trace AA du plan de coupe, du côté de la canalisation lA1 de droite, l'amplitude du recouvrement R est reportée sur le dessin. Les figures 2 et 3 correspondent exactement au même stade du cycle de fonctionnement. Sachant que la trace du plan de coupe AA et le trait d'axe A2 détermineraient les limites dudit écran si les canalisations lA1 avaient une dimension nulle dans le sens circonférentiel, on augmente la taille de l'écran de part et d'autre dans le sens circonférentiel d'une valeur proportionnelle à la dimension réelle "d" desdites canalisations lAI. Notons encore que la trace AA passe par le point médian des canalisations lA1, vues dans la coupe montrée à la figure 2. L'écran 63 que forme le boisseau 6 déborde donc de l'arc D-R d'une valeur donnée par d/2 o d est le développement dans le sens circonférentiel desdites canalisations 1A1. Ainsi, quand le boisseau (donc la came 50) aura tourné d'une valeur correspondant au recouvrement R, la canalisation lA1 correspondant au piston 10 arrivant au point mort haut sera occultée, ce qui permet à ce piston de repartir vers le point mort bas sans aspirer de matière. Remarquons que, sans rien changer ni à la came ni au boisseau, on peut intercaler deux autres pistons à équidistance entre les deux premiers. Sous réserve d'une adaptation de la vis de gavage, éventuellement rendue nécessaire pour assurer un remplissage complet des cylindres, on peut ainsi doubler le débit nominal de la pompe, toutes autres choses égales par ailleurs. Plus généralement, on peut utiliser un nombre pair quelconque de pistons, et adapter en conséquence éventuellement la vis de gavage et/ou la cylindrée utile balayée par les pistons. Il est aussi possible d'utiliser un nombre impair de pistons, sous réserve d'une adaptation de la came 50, que l'homme du métier n'aura aucune peine à établir à la lumière des explications données ci-dessus. 7- La seconde variante est décrite en renvoyant aux figures 4 à 6. Elle comporte quatre pistons. Cette pompe est agencée de façon à ce qu'un nombre pair de pistons travaillent en refoulement de façon simultanée, ceux-ci étant disposés à l'opposé l'un de l'autre par rapport à l'axe de la pompe. En cas de fortes sollicitations, cela permet de bien équilibrer les efforts auxquels la pompe est soumise. Dans ce cas, le ou lesdits évidements sont disposés de façon axisymétrique par rapport Àa l'axe de rotation du boisseau 6 formant distributeur rotatif La came 50 visible à la figure 6 est divisée en deux moitiés identiques, se développant chacune sur un arc de D radians. En cheminant le long de chacune de ces moitiés, on rencontre successivement un premier tronçon de raccordement R, une rampe de pente constante se développant sur (D/2)-R radians. Tout comme expliqué précédemment, la course H est la course utile pendant laquelle le piston considéré refoule de la matière en direction de l'orifice de sortie 17*. Sur la came 50, on rencontre ensuite un second tronçon de raccordement R, dessiné de façon complémentaire au premier, puis un tronçon de retour vers le point mort bas, et enfmin un tronçon causant une première avance en direction du point mort haut, d'une valeur L juste suffisante pour assurer la fermeture des lumières 12. Suivant un principe identique à ce qui a été exposé pour la première variante, les écrans 63 du boisseau 6, susceptibles d'occulter et de découvrir les canalisations lAI, sont dimensionnées en fonction du degré de recouvrement souhaité (déterminé par l'angle R) et en fonction de la dimension circonférentielle d desdites canalisations lAl. Plus généralement, on peut en suivant les principes exposés construire une pompe comprenant un nombre de pistons pair et supérieur à quatre. En particulier, on peut utiliser, avec une came 50 identique, un nombre multiple de quatre pistons répartis à équidistance. Afin de faire fonctionner une telle pompe, on peut très facilement l'accoupler à une source de puissance imprimant un couple sur l'arbre de commande 3*. Par exemple, le corps 1 de la pompe peut très aisément être saisi par un robot manipulateur, transmettant le mouvement à un arbre de commande 3 *, et assurant tous les déplacements souhaitables en fonction de l'application retenue. L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'un pneumatique, dans lequel une ébauche crue est assemblée progressivement en déposant sur un support rotatif les constituants prédéfminis à l'endroit voulu, la dépose de certains des constituants en caoutchouc au moins étant effectuée en amenant l'orifice de sortie d'au moins une pompe selon l'invention par devant ledit support et en conférant audit orifice les mouvements relatifs convenables par rapport audit support pendant que celui-ci est entraîné en rotation. Sur la base des principes exposés, l'homme du métier n'aura aucune peine à adapter la pompe selon l'application exacte qu'il souhaite en faire. La forme exacte de l'organe distributeur, ainsi que du dispositif de commande des mouvements des pistons et dudit organe distributeur peut bien entendu comporter de multiples variantes. On peut aussi occulter le passage d'admission vers les cylindres par un boisseau, qui peut former une seule pièce avec le boisseau utilisé au refoulement. De même, les pistons et cylindres peuvent avoir une allure très différente de ce qui a été illustré. On pourrait utiliser un piston plongeur, dans ce cas, le terme "cylindre" désignerait plutôt une chambre de pompage. Une telle pompe s'avère extrêmement robuste et précise. En l'utilisant pour des matériaux aussi difficiles à pomper que des compositions de caoutchouc vulcanisables du genre de celles utilisées dans l'industrie du pneumatique, elle assure un service fiable. _9- REVENDICATIONS 1. Pompe volumétrique pour matière visqueuse, ayant un corps (1) comportant une ouverture d'alimentation pour introduire la matière dans la pompe et un orifice de sortie de la matière hors de la pompe, ladite pompe comportant au moins un piston (10) de refoulement coulissant dans un cylindre (11) entre un point mort bas et un point mort haut, une phase de refoulement intervenant pendant la course entre le point mort bas et le point mort haut, ladite comportant des passages d'admission et de refoulement débouchant dans le ou lesdits cylindres, lesdits passages étant aménagés dans ledit corps (1) en des endroits séparés les uns des autres, ladite pompe comportant des moyens pour remplir le ou lesdits cylindres de ladite matière en phase d'admission, ladite pompe comportant un organe distributeur rotatif (6) pourvu d'au moins un évidement en communication en permanence avec l'orifice de sortie, ledit évidement étant conformé de sorte que ledit organe distributeur (6), par sa rotation, met en communication le cylindre (11) avec ledit orifice de sortie pendant la phase de refoulement du piston (10) correspondant, et isole ledit cylindre (11) de l'orifice de sortie en dehors des phases de refoulement. 2. Pompe selon la revendication 1, comportant un seul arbre mécanique de commande déterminant le débit de la pompe, commandant à la fois le mouvement desdits pistons (10) et le mouvement de l'organe distributeur rotatif (6). 3. Pompe selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle le corps comporte un palier (1A2) dans lequel tourne ledit organe distributeur (6), celui-ci et ledit palier ayant des formes de révolution adaptées l'une à l'autre, et dans laquelle le corps (1) comporte autant de canalisations (lAI1) que de cylindres, chaque canalisation (lA1) débouchant d'un côté dans le passage de refoulement, et de l'autre, à la surface dudit palier (1A2) en des points circonférentiellement alignés et régulièrement répartis. 4. Pompe selon l'une des revendications 2 à 3, comportant au moins deux pistons (10) axiaux, dans laquelle un dispositif à came (50) entraîné par ledit arbre de commande assure un mouvement des pistons (10) de refoulement tel que la somme des débits refoulés soit exactement proportionnelle à la vitesse de rotation dudit arbre de commande. - 10 - 5. Pompe selon l'une des revendications 1 à 4, comportant au moins deux pistons (10), agencée pour que les phases de refoulement desdits pistons se suivent. 6. Pompe selon l'une des revendications 1 à 4, comportant un nombre de pistons (10) pair et supérieur à quatre, agencée de façon à ce qu'un nombre pair de pistons travaillent en refoulement de façon simultanée, ceux-ci étant disposés à l'opposé l'un de l'autre par rapport à l'axe de la pompe. 7. Pompe selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle l'évidement dudit organe distributeur (6) consiste en une fente (62) et un perçage (61), se développant perpendiculairement à ladite fente (62) et disposé coaxialement à l'axe de rotation dudit distributeur (6), ledit perçage (61) débouchant vers ledit orifice de sortie. 8. Pompe selon la revendication 6, dans laquelle le ou lesdits évidements sont disposés de façon axisymétrique par rapport à l'axe de rotation dudit distributeur (6). 9. Pompe selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle les moyens pour remplir les cylindres comportent des moyens mécaniques en déplacement assurant un transfert forcé de la matière depuis l'ouverture d'alimentation vers lesdits cylindres (11). 10. Pompe selon la revendication 9, dans laquelle lesdits moyens mécaniques sont constitués par une vis de gavage (21) unique, en rotation dans une chambre de transfert (20) disposée entre ladite ouverture d'alimentation de la pompe et lesdits cylindres (11). 11. Pompe selon la revendication 10, dans laquelle ledit organe distributeur rotatif (6) est coaxial à la vis de gavage (21), ladite vis de gavage (21) tournant dans une chambre de transfert (20) centrale autour de laquelle sont disposés lesdits cylindres (11). 12. Pompe selon la revendication 10, dans laquelle ledit organe distributeur rotatif (6) est entraîné directement par la vis de gavage (21), ladite vis de gavage tournant dans une chambre de transfert (20) centrale autour de laquelle sont disposés lesdits cylindres (11). 13. Procédé de fabrication d'un pneumatique, dans lequel une ébauche crue est assemblée progressivement en déposant sur un support rotatif les constituants - 11 - prédéfmiis à l'endroit voulu, la dépose de certains des constituants en caoutchouc au moins étant effectuée en amenant l'orifice de sortie d'au moins une pompe selon l'une des revendications 1 à 11 par devant ledit support et en conférant audit orifice les mouvements relatifs convenables par rapport audit support pendant que celui-ci est entraîné en rotation.