Brevet FR2736102A1 — publié le 19970103

MACHINE HYDRAULIQUE A PISTONS AXIAUX L'invention concerne une machine hydraulique à pistons axiaux comportant un tambour cylindrique, monté de manière à pouvoir tourner par rapport au carter, et dans laquelle un palier comportant une surface de glissement est disposé entre la périphérie du tambour cylindrique et le carter. Une telle machine est connue par exemple d'après la demande de brevet allemand 43 01 120 A1. Dans le cadre de connaissances croissantes concernant l'environnement, on s'efforce, dans des machines hydrauliques, de remplacer les huiles hydrauliques la plu- part du temps nocives, par d'autres liquides. On obtient des avantages particuliers lorsqu'on utilise de l'eau comme liquide hydraulique. Les huiles hydrauliques utilisées par le passé présentent cependant l'inconvénient consistant en ce que non seulement elles sont utilisées comme fluide hydrau- lique, mais que également elle possèdent simultanément des caractéristiques de lubrification qui réduisent le frotte- ment entre des parties mobiles de la machine hydraulique. Cette caractéristique de lubrification peut être fournie par de nombreux autres liquides, notamment par l'eau, mais pas au degré connu. C'est pourquoi on a déjà proposé d'utiliser, pour des éléments fonctionnels déterminés de la machine qui sont soumis à un frottement, des matériaux de matière plas- tique réduisant le frottement. Ces matières plastiques for- ment alors une partie d'une surface de frottement dans laquelle les parties réciproquement mobiles glissent l'une sur l'autre avec peu de frottement. L'utilisation de telles matières plastiques n'est cependant pas sans poser de pro- blêmes. En particulier, les matières plastiques ne peuvent être soumises qu'à une charge limitée du point de vue pres- sion et température. L'invention a pour but de faire fonctionner une machine hydraulique à pistons axiaux également avec un liquide qui ne réalise pas une lubrification aussi bonne que le fluide hydraulique. Ce problème est résolu dans une machine hydrau- lique à pistons axiaux du type indiqué plus haut grâce au fait que la surface de glissement est formée par une matière plastique réduisant le frottement et comporte au moins un évidement qui est relié à au moins un bord de la surface de glissement. Dans le cas de cette solution, pour améliorer la capacité de glissement entre le tambour cylindrique et le boitier, on utilise une matière plastique réduisant le frottement, du type déjà connu dans d'autres applications dans une machine hydraulique à pistons axiaux. Étant posi- tionnée entre le tambour cylindrique et le carter, la matière plastique de la surface de glissement est soumise en général à une contrainte relativement intense, qui peut conduire normalement à un accroissement notable de la tem- pérature de la couche de matière plastique, qui est indési- rable. Pour cette raison, on prévoit dans la surface de glissement un évidement qui est relié à au moins un bord de la surface de glissement. Le carter de la machine à pis- tons axiaux est en général rempli d'un liquide hydraulique, par exemple de l'eau. Lorsqu'on réunit alors l'évidement à un bord de la surface de glissement, le liquide hydraulique peut parvenir dans la zone du palier entre le tambour cylindrique et le carter. Dans le cas d'une rotation du tambour cylindrique par rapport au carter, ce liquide hydraulique est utilisé ou appliqué à la surface de glisse- ment. De ce fait on obtient un certain écoulement de liquide entre le tambour cylindrique et le carter dans la zone de palier. Même si l'écoulement et les quantités du liquide hydraulique sont seulement relativement faibles, ils sont cependant suffisants pour empêcher un dégagement de chaleur excessif. La chaleur qui apparait est évacuée par le liquide. Éventuellement la pellicule de liquide qui se forme entre le tambour cylindrique et le carter dans la zone du palier sert également d'agent lubrifiant. Ce phé- nomène n'est cependant pas encore expliqué de façon défini- tive. Sous l'effet de l'évacuation de chaleur, la surface de glissement et par conséquent la couche de la matière plastique qui réduit le frottement est maintenue à une température qui sollicite moins fortement la matière plas- tique et par conséquent prolonge de manière tout à fait considérable la durée de vie de la machine. Dans une forme de réalisation préférée il est prévu que l'évidement s'étend d'un bord de la surface de glissement à l'autre et traverse la surface de glissement. Dans cette forme de réalisation le liquide hydraulique peut pénétrer des deux côtés de la surface de glissement, ce qui améliore fortement les conditions d'écoulement. Le refroidissement devient de ce fait plus efficace. En outre, on peut utiliser l'évidement également pour évacuer l'air de la machine, ce qui est important notamment dans le cas d'une pompe lorsqu'on la met en service pour la première fois ou bien lorsqu'on la remet en fonctionnement après un désaccouplement des canalisations hydrauliques. En effet, de l'air qui s'est accumulé au- dessous de la zone de palier peut s'évacuer par l'évidement sans qu'il faille prévoir des perçages ou canaux supplémentaires de désaération dans cette partie de la machine. De préférence, l'évidement s'étend essentielle- ment parallèlement à l'axe de rotation. Ceci améliore la capacité de désaération. En outre, dans le cas de cette forme de réalisation, l'introduction de liquide dans l'évi- dement s'effectue dans une large mesure indépendamment du sens de rotation du tambour cylindrique. Avantageusement, plusieurs évidements sont pré- vus. C'est pourquoi le liquide peut pénétrer également en plusieurs emplacements sur la périphérie, dans la zone située entre le tambour cylindrique et le boîtier, ce qui améliore l'évacuation thermique et par conséquent le refroidissement. Les trajets que le liquide doit parcou- rir sont plus courts. Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, il subsiste un élément de surface continu qui s'étend sur au moins 120 dans la direction circonféren- tielle. Cette section de surface est associée à la zone comprise entre le carter et le tambour cylindrique et qui est soumise aux contraintes maximales. Par conséquent, dans des machines hydrauliques à pistons axiaux cette zone s'étend autour d'un point au niveau duquel (d'une manière décalée dans la direction axiale) le disque oblique possède son point le plus bas, c'est-à-dire est éloigné au maximum du tambour cylindrique. C'est en cet endroit en effet qu'est dirigée la force descendante qui agit sur le tambour cylindrique par l'intermédiaire des pistons qui sont soule- vés et abaissés dans le tambour cylindrique. Étant donné que cette zone est présente selon une disposition continue sans être interrompue par un évidement, elle est à même de supporter les forces maximales qui agissent entre le tam- bour cylindrique et le carter. L'entrée du liquide par des évidements qui délimitent cet élément continu de surface suffit pour évacuer la chaleur au degré nécessaire ou amé- liorer la lubrification par un film de glissement. De préférence, un évidement ne s'étend pas sur plus de 45 dans la direction circonférentielle. Le tambour cylindrique est par conséquent toujours soutenu d'une manière suffisante sur sa circonférence. Pour un fonction- nement fixe dans une position prédéterminée, il suffira en principe de prévoir un soutien dans la zone dans laquelle le disque oblique possède son point le plus bas. Mais dès que la machine est déplacée, qu'elle fonctionne pour réali- ser un transport ou bien dans le cas d'un fonctionnement non fixe ou bien dans une position qui diffère de la posi- tion prédéterminée (par exemple verticale), il est néces- saire de prévoir un soutien supplémentaire du tambour cylindrique par rapport au carter, qui est garanti par la limitation des évidements à une certaine taille. Il est également préférable que la somme des lar- geurs des évidements dans la direction circonférentielle soit inférieure à 120 . On obtient de ce fait effectivement un soutien très précis du tambour cylindrique dans le boî- tier même si la présence des évidements crée la possibilité que le liquide avance dans la zone présente entre le tam- bour cylindrique et le carter. De préférence, le carter possède, au moins sur une partie de sa longueur, une section transversale exté- rieure approximativement rectangulaire, au moins un évide- ment étant disposé de manière à être situé dans la zone dans laquelle l'épaisseur du carter est la plus faible. On obtient les différentes épaisseurs du carter par le fait que le tambour cylindrique possède une section transversale circulaire. Par conséquent, la surface de glissement doit également posséder une section transversale circulaire. De ce fait, dans le cas d'une section transversale extérieure rectangulaire, on obtient deux zones dans lesquelles le carter possède son épaisseur minimale. Dans le cas o le boîtier possède une section transversale rectangulaire, l'épaisseur minimale dans une zone du boîtier est légère- ment supérieure à ce qu'elle est dans l'autre zone. Dans le cas d'une section transversale carrée, les deux épaisseurs du carter sont identiques. Au contraire les machines de ce type sont montées de telle sorte qu'un des côtés de leur carter est horizontal et l'autre vertical. Si on oriente alors l'évidement de manière qu'il soit situé dans la zone dans laquelle le carter possède son épaisseur minimale, la machine peut être montée dans tous les cas de telle sorte que l'évidement soit tourné vers le haut dans la direction de la force de pesanteur, ce qui facilite la désaération de la machine par cet évidement. Lorsque l'on prévoit deux évidements qui sont disposés en étant décalés essentielle- ment de 90' l'un par rapport à l'autre, on peut même monter la machine de plusieurs manières différentes tout en garan- tissant l'aération. De préférence, une ligne de jonction reliant l'évidement à la surface de glissement possède une forme tirée d'un ensemble de courbes qui est limitée d'une part par la ligne circulaire et d'autre part par une droite qui fait un angle d'environ 45 par rapport à la tangente, les jonctions dans la surface de glissement étant arrondies. Par conséquent il n'existe aucune arête vive ni aucun bord droit qui puisse éventuellement détruire le palier. Grâce à la forme décrite, lors d'une rotation du tambour cylin- drique par rapport au carter l'eau est introduite sous une certaine pression dans la zone située entre le tambour cylindrique et le carter de sorte que l'évacuation désirée de chaleur est garantie. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 représente une vue en élévation de face de la face frontale d'un carter ouvert; et - la figure 2 représente une coupe II-II prise suivant la figure 1. Sur les figures 1 et 2 on a représenté un carter 1 d'une machine hydraulique à pistons axiaux, dans lequel un tambour cylindrique 2, représenté uniquement par une ligne formée de tirets sur la figure 2, est monté de manière à pouvoir tourner. Entre le carter 1 et le tambour cylindrique 2 est monté un palier 3 possédant une surface de glissement 4 formée d'une matière plastique qui réduit le frottement. Le tambour cylindrique 2 s'applique contre cette surface de glissement. Comme matière plastique réduisant le frottement, on utilise de préférence une matière thermoplastique à haute résistance, que l'on choisit dans le groupe compre- nant la polyaryléthercétone, notamment la polyéther- éthercétone, des polyamides ou des polyamidimides. La matière plastique peut être renforcée par du verre, du gra- phite, du polytétrafluoroéthylène ou un matériau carboné, ce renforcement se présentant sous la forme de fibres. En principe il suffit que la surface supérieure 3 soit réali- sée en une matière plastique. Dans de nombreux cas il est souhaitable que l'ensemble du palier 3 soit constitué par cette matière plastique. Dans ce cas, il existe le risque que la surface de glissement 4 se détache du palier 3 et n'existe plus. La surface de glissement 4 possède trois évide- ments 5, 6, 7, qui s'étendent d'un bord axial de la surface de glissement 3 en direction de l'autre bord et par consé- quent traversent la surface de glissement. Les évidements , 6, 7 sont formés par une zone du palier 3 possédant une épaisseur réduite. Ils s'étendent essentiellement parallè- lement à l'axe de rotation 8 du tambour cylindrique 2. Mais dans la surface de glissement 4, il subsiste un élément de surface continu 9, qui s'étend sur un angle a égal à au moins 120 dans la direction circonférentielle. Cet élément de surface 9 est situé dans une zone dans laquelle est également situé le point le plus bas d'un disque oblique non représenté de façon détaillée. Le point le plus bas du disque oblique est le point au niveau duquel la distance entre le disque oblique et le tambour cylindri- que 2 est maximale. Le tambour cylindrique 2 est repoussé précisément dans cette zone contre la surface de glisse- ment, sur la base de la force d'abaissement que le disque oblique applique au tambour cylindrique 2 par l'intermé- diaire des pistons également non représentés de façon détaillée. Cependant, pour pouvoir déterminer dans tous les cas de façon précise la position du tambour cylindrique 2 dans le carter 1, d'autres sections de palier 10 et 11 sont prévues pour supporter les tambours cylindriques 2 égale- ment dans d'autres directions. Pour garantir un soutien suffisant, il est prévu que la largeur de l'évidement 7 le plus grand ne dépasse pas un angle de 45 dans la direction circonférentielle. Globalement, la somme des largeurs des évidements 5, 6, 7 dans la direction circonférentielle ne devrait pas dépasser un angle de 1200. Comme cela est visible sur la figure 1, le carter i possède une section transversale essentiellement carrée, tandis que l'évidement 14 qui loge le tambour cylindrique circulaire possède une section transversale de forme cir- culaire. Par conséquent on obtient des parties dans les- quelles l'évidement 14 se rapproche plus fortement de la paroi extérieure du carter 1 que dans d'autres parties. Dans ces parties, la paroi du carter possède son épaisseur minimale. Dans le cas d'un carter rectangulaire, il existe en général des épaisseurs différentes dans ces zones. Cependant on peut définir une telle partie, qui est dési- gnée sur la figure 1 par exemple par les chiffres de réfé- rence 12 et 13, comme étant une partie dans laquelle le carter possède l'épaisseur la plus faible. Comme cela est visible sur la figure 1, les évi- dements 6 et 7 sont situés dans les zones 12, 13 dans les- quelles le carter possède son épaisseur minimale. Étant donné qu'une telle machine à pistons axiaux est montée fré- quemment de telle sorte que ses faces extérieures sont horizontales ou verticales, grâce à cet agencement on peut aboutir à ce que les évidements 6 ou 7 soient situés tou- jours en position haute dans la direction de la force de pesanteur. De l'air qui s'accumule dans l'évidement 14 qui loge le tambour cylindrique 2, peut alors s'évacuer aisé- ment par les évidements 6 ou 7 ménagés dans le tambour cylindrique avant la mise en service du moteur, notamment qui est agencé sous la forme d'une pompe. Par conséquent cette forme de réalisation facilite très grandement l'aéra- tion de la machine. La jonction entre les évidements 5, 6, 7 peut s'effectuer de différentes manières. Pour l'évidement 5, on a représenté la jonction sous la forme d'une ligne circu- laire 15, des arêtes ou des bords rectilignes étant évités au niveau de la jonction entre la ligne circulaire 15 et la surface de glissement 4. Ces jonctions sont arrondies. En outre, la jonction peut s'effectuer au moyen d'une droite 16 qui fait un angle d'environ 45 par rapport à la tan- gente à la surface de glissement 4, comme cela est repré- senté par exemple pour l'évidement 6. La ligne circulaire 15 et la droite 16 forment les limites d'un ensemble de courbes à partir duquel on peut choisir la ligne de jonc- tion entre les évidements 5, 6, 7 et la surface de glisse- ment 4. Il s'agit par conséquent toujours d'un agencement concave ou rectiligne de cette ligne de jonction, mais pas d'une jonction convexe. De ce fait, le liquide hydraulique, par exemple de l'eau, qui peut pénétrer sans problèmes dans les évidements 5, 6, 7, peut également pénétrer dans la zone située entre le tambour cylindrique 2 et la surface de glissement 4 et y être utilisé pour évacuer de la chaleur. Les évidements 5, 6, 7 possèdent en outre l'avan- tage consistant en ce que les différences possibles de pression autour du palier peuvent être compensées. De ce fait on peut éviter une contrainte unilatérale du palier. Les évidements 5, 6, 7 dans le palier 3 peuvent être formés déjà lors de la coulée du palier. On peut éga- O10 lement les former ultérieurement au moyen de l'un des types connus de déformation avec enlèvement de matière ou autres. Naturellement, on peut également prévoir encore un plus grand nombre d'évidements 5, 6, 7, le nombre trois s'étant avéré suffisant. REVENDICATIONS 1. Machine hydraulique à pistons axiaux compor- tant un tambour cylindrique, monté de manière à pouvoir tourner par rapport au carter, et dans laquelle un palier comportant une surface de glissement est disposé entre la périphérie du tambour cylindrique et le carter, caractéri- sée en ce que la surface de glissement (4) est formée par une matière plastique réduisant le frottement et comporte au moins un évidement (5,6, 7) qui est relié à au moins un bord de la surface de glissement (4). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'évidement (5,6,7) s'étend d'un bord de la sur- face de glissement (4) à l'autre et traverse la surface de glissement (4). 3. Machine selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'évidement (5,6,7) s'étend essen- tiellement parallèlement à l'axe de rotation (8). 4. Machine selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce qu'il est prévu plusieurs éléments (5,6,7). 5. Machine selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisée en ce qu'il subsiste un élément de surface continu (9), qui s'étend sur au moins 120 dans la direction circonférentielle. 6. Machine selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisée en ce qu'un évidement (5,6,7) ne s'étend pas sur plus de 45 dans la direction circonféren- tielle. 7. Machine selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisée en ce que la somme des largeurs des évidements (5,6,7) dans la direction circonférentielle est inférieure à 120 . 8. Machine selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisée en ce que le carter (1) possède, au moins sur une partie de sa longueur, une section trans- versale extérieure approximativement rectangulaire, au moins un évidement (6,7) étant disposé de telle sorte qu'il est situé dans la zone (12,13) dans laquelle l'épaisseur du carter est la plus faible. 9. Machine selon l'un quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisée en ce qu'une ligne de jonction (15,16) reliant l'évidement (5,6,7) à la surface de glis- sement (4) possède une forme tirée d'un ensemble de courbes qui est limité d'une part par une ligne circulaire (15) et d'autre part par une droite (16) qui fait un angle d'environ 45' par rapport à la tangente, les jonctions avec la surface de glissement (4) étant arrondies.