Brevet FR2767359A1 — publié le 19990219

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Domaine technique La présente invention concerne un patin et un dispositif à patin pour compresseurs de type à plateau bat- teur utilisés dans des climatiseurs d'automobile. Art antérieur Un compresseur de type à plateau batteur, tel que représenté schématiquement à la figure 7, comprend un arbre rotatif 3 monté en rotation dans une paire de blocs de cylin- dres 5a, 5b, cet arbre rotatif 3 comportant un plateau bat- teur 2 fixé sur celui-ci. Les blocs de cylindres 5a, 5b sont munis d'un certain nombre d'alésages de cylindre périphéri- ques équidistants 5, chaque alésage 5 recevant en glissement dans celuici un piston 4 à deux extrémités. Chaque piston 4 est muni en son centre d'un évidement 4a de manière à enjam- ber la périphérie extérieure du plateau batteur 2, cet évide- ment 4a comportant des sièges sphériques 4b formés à l'endroit de ses surfaces axialement opposées. Un patin 1 est logé dans chaque siège sphérique 4b et interposé entre le plateau batteur 2 et le piston 4 pour servir à transformer en douceur le mouvement de rotation du plateau batteur 2 en un mouvement de va-et-vient du piston 4. Bien que le type à dou- ble action comportant des pistons à deux extrémités ait été pris comme exemple, le type à simple action présente fonda- mentalement la même construction. Le patin 1 est généralement hémisphérique et s'engage dans le siège sphérique 4b du piston 4 par sa sur- face périphérique extérieure sphérique, en venant en contact de glissement avec le plateau batteur 2 par sa surface infé- rieure plate. On a connu jusqu'ici une disposition dans laquelle, comme représenté aux figures 8 et 9, dans la sur- face périphérique extérieure sphérique du patin 1, les par- ties de contact qui viennent en contact avec le siège sphérique 4b et la partie de jupe, sont réalisées avec des rayons de courbure mutuellement différents (voir la publica- tion de brevet Japonaise Hei 3-51912). Les figures 8 et 9 re- présentent le siège sphérique 4b du piston 4 et le patin 1 reçu dans celui-ci. Le siège sphérique 4b est défini par un rayon de courbure unique tandis que la surface périphérique extérieure sphérique du patin 1 comprend une surface de réfé- rence supérieure la ayant exactement le même rayon de cour- bure que le siège sphérique 4b, et une surface sphérique rétractée lb formée en rétractant la partie de bande sphéri- que de la jupe par rapport à la surface sphérique de réfé- rence la, en direction du centre du patin 1, cette partie de bande sphérique de la jupe répétant l'engagement et le déga- gement par rapport au siège sphérique 4b. En d'autres termes, la courbure de la surface sphérique rétractée lb diffère de celle de la surface sphéri- que de référence la et, de plus, les courbures respectives des diverses parties de la surface sphérique rétractée lb changent progressivement, de sorte que la surface périphéri- que extérieure du patin 1 comporte une pluralité de courbu- res. Par suite, un jeu convenable qui augmente progressivement à partir de la limite entre la surface sphé- rique rétractée lb et la surface sphérique de référence la change progressivement de taille suivant le mouvement de ba- lancement du patin 1, et facilite une action de coin facili- tant une alimentation effective d'huile de lubrification dans la zone de contact de la surface sphérique de référence glis- sante la. Dans les compresseurs de type à plateau batteur, le patin est forcé d'effectuer ce qu'on appelle une préces- sion suivant le mouvement de balancement rotatif du plateau batteur, ce qui risque de provoquer un contact local provo- quant à son tour d'autres inconvénients tels qu'une usure lo- cale. Par suite, pour assurer un contact correct du patin, il faut contrôler ce patin pendant sa fabrication de façon que la position de contact du patin se trouve à l'intérieur d'une plage prédéterminée. Dans le cas o la surface périphérique extérieure du patin, qui vient en contact avec le siège sphérique du piston, a exactement le même rayon de courbure que celui du siège sphérique, la position de contact a tendance à varier au lieu de rester inchangée. De plus, la position de contact du patin avec le siège sphérique est influencée par la quali- té de finition de la surface sphérique de ce patin, ce qui rend difficile de contrôler la hauteur du patin. En outre, dans le cas o la surface périphérique extérieure du patin5 est définie par une pluralité de courbures, il est difficile de traiter le patin et la position de contact de ce patin avec le siège sphérique du piston a plus tendance à varier. RESUME DE L'INVENTION Par suite, la présente invention a pour but d'éviter le contact entre la partie supérieure du patin et le siège sphérique du piston, ainsi que d'assurer une partie de contact qui reste convenable même si l'angle du plateau bat- teur est augmenté. Pour atteindre ce but, un patin pour compresseurs de type à plateau batteur selon la présente invention com- prend une surface périphérique extérieure d'un seul rayon de courbure qui vient en contact avec le siège sphérique du pis- ton, et une surface de contact de glissement plate qui vient en contact avec le plateau batteur, la partie supérieure du patin étant définie par une surface sphérique partielle ayant un plus grand rayon de courbure que celui du siège sphérique. Le terme de "légèrement plus grand" utilisé ici veut dire "plus grand que le rayon de courbure de la surface périphéri- que extérieure, mais pas aussi grand que ce qu'on appelle un effet de couronnement". La surface périphérique extérieure qui vient en contact avec le siège sphérique est définie par une seule courbure dont le rayon est égal ou légèrement inférieur à ce- lui du siège sphérique. En variante, la surface périphérique extérieure peut être formée par une surface courbe dont la génératrice est un arc ayant un centre de courbure situé dans une position radialement espacée de l'axe central du patin. Dans ce cas également, la surface périphérique extérieure est à une seule courbure. La surface périphérique intérieure du siège sphé- rique est à une seule courbure, c'est à dire qu'il s'agit d'une surface véritablement sphérique. Cependant, on peut avoir une surface courbe telle que seule la zone qui vient en contact avec le patin soit à une seule courbure, tandis que le rayon de courbure augmente progressivement lorsqu'on s'ap- proche de la partie d'extrémité de l'ouverture. Comme le patin pour compresseurs de type à pla- teau batteur selon la présente invention comporte une partie supérieure formée par une surface sphérique partielle ayant un plus grand rayon de courbure que celui de la surface péri- phérique extérieure du patin venant en contact avec le siège sphérique du piston, la surface périphérique extérieure et la partie supérieure se font suite d'une façon doucement conti- nue, de sorte qu'il n'y a pas de danger de contact de bord. De plus, la partie supérieure ne vient pas en contact avec le siège sphérique et définit un jeu minuscule de section trans- versale croissante entre elle et le siège sphérique. Ce jeu minuscule de section transversale croissante sert de réser- voir d'huile ce qui, en synergie avec le fait que la partie supérieure et la surface périphérique extérieure sont douce- ment continues l'une avec l'autre, comme décrit ci-dessus, permet de s'assurer que la lubrification entre le patin et le piston est effectuée d'une manière extrêmement satisfaisante. Comme la partie supérieure du patin n'est pas en contact avec le siège sphérique du piston, on peut contrôler facilement la partie de départ du contact et obtenir facile- ment une partie de contact qui soit optimale pour satisfaire les exigences de conception requises. Comme la surface péri- phérique extérieure du patin qui vient en contact avec le siège sphérique du piston est définie par un seul rayon de courbure, on peut obtenir une plus grande zone de contact. Par suite, même si l'angle du plateau batteur est augmenté, on peut obtenir la partie de contact nécessaire. De plus, comme le patin pour compresseurs de type à plateau batteur selon la présente invention a sa surface périphérique extérieure définie par une seule courbure, ce patin est facile à traiter en rendant ainsi possible de fa- briquer à bon marché un patin ayant une surface périphérique extérieure extrêmement précise, pour compresseurs de type à plateau batteur. Comme on peut réaliser une partie de contact qui convienne, comparativement à une partie conventionnelle ayant un rayon de courbure qui diminue lorsqu'on approche de la surface de contact de glissement, l'obtention d'une partie de contact est facile ce qui rend possible de créer un patin convenable satisfaisant les spécifications pour des charges élevées. Un autre but de la présente invention est de créer un patin pour compresseurs de type à plateau batteur qui permette de contrôler facilement le contact et qui soit facile à traiter. Pour atteindre ce but, la présente invention crée un patin pour compresseurs de type à plateau batteur, dans lequel la surface de siège formée sur le piston est sphérique (siège sphérique) et la génératrice de la surface périphéri- que extérieure du patin est un arc dont le centre de courbure est situé à un endroit radialement espacé de l'axe central du patin, et dont le rayon de courbure est plus petit que celui de la surface de siège. En d'autres termes, la position pour laquelle le patin vient en contact avec le piston est asso- ciée à une plage, de sorte que le contact se produit de façon fiable à l'intérieur de cette plage et à l'intérieur de la tolérance de diamètre de la surface sphérique. Cela permet de s'assurer que la surface périphérique extérieure du patin vienne toujours en contact avec le piston en un point fixe. Par suite, le contrôle du contact du patin est facilité. Comme la position de contact peut être déterminée avec préci- sion par le centre de courbure et le rayon de courbure, il est possible de régler la surface de contact et le diamètre de contact de manière à réaliser une conception optimale qui satisfasse les spécifications pour une vitesse élevée, des charges élevées, etc. Du fait de la disposition dans laquelle la sur- face périphérique extérieure du patin a une génératrice cons- tituée par un arc dont le centre de courbure est placé dans une position radialement espacée de l'axe central du patin, et dont le rayon de courbure est plus petit que celui de la surface de siège, comme décrit ci-dessus, la partie supé- rieure du patin est munie d'une cavité en creux. Cette cavité sert de réservoir d'huile. De plus, comme le rayon de cour- bure de la génératrice de la surface périphérique extérieure du patin est plus petit que celui de la surface de siège, et comme la surface périphérique extérieure du patin vient en contact avec le piston en un point fixe, cela définit entre les deux un jeu en forme de coin qui s'étale progressivement en partant du point de contact. Ce jeu en forme de coin sert à tirer l'huile dans l'espace compris entre les deux. Par suite, les actions respectives de la cavité en creux et du jeu en forme de coin coopèrent l'une avec l'autre pour effec- tuer de manière extrêmement satisfaisante la lubrification entre le patin et le piston. De plus, le dispositif à patin pour compresseurs de type à plateau batteur selon la présente invention est conçu de façon qu'un patin, une fois monté dans la surface de siège formée dans le piston, fasse saillie d'une quantité prédéterminée par rapport au piston contrôlé. Par suite, et de façon plus détaillée, on rend la surface de siège sphéri- que, et la génératrice de la surface périphérique extérieure du patin consiste en un arc dont le centre de courbure est situé en un point radialement espacé de l'axe central du pa- tin et dont le rayon de courbure est plus petit que celui de la surface de siège, ou encore la surface de siège est réali- sée sous une forme conique tandis que la surface périphérique extérieure du patin est réalisée sous une forme sphérique. Cela permet de s'assurer que la surface de siège et la sur- face périphérique extérieure du patin viennent toujours mu- tuellement en contact en un point fixe. Ainsi, la quantité dont le patin fait saillie par rapport au piston peut être contrôlée de façon qu'elle ait une valeur prédéterminée. Dans le patin pour compresseurs de type à plateau batteur selon la présente invention, comme la génératrice de la surface périphérique extérieure du patin qui vient en con- tact avec le siège sphérique du piston, est un arc dont le centre de courbure est situé en un point radialement espacé de l'axe central du patin et dont le rayon de courbure est plus petit que celui de la surface de siège, il en résulte que la surface périphérique extérieure du patin vient en con- tact avec le siège sphérique en un point prédéterminé. Par suite, le contrôle du contact du patin est facilité. De plus, comme la surface périphérique extérieure du patin vient en contact avec le piston en un point prédé- terminé, cela définit entre les deux un jeu en forme de coin qui s'étale progressivement en partant du point de contact. Ce jeu en forme de coin présente une forme avantageuse pour aspirer de l'huile et sert avantageusement à la lubrification entre le patin et le piston. De plus, du fait de la disposi- tion dans laquelle la surface périphérique extérieure du pa- tin a une génératrice en forme d'arc dont le centre de courbure est situé en un point radialement espacé de l'axe central du patin et dont le rayon de courbure est plus petit que celui de la cavité du piston, comme décrit ci-dessus, la partie supérieure du patin est munie d'une cavité en creux. Comme cette cavité en creux sert de réservoir d'huile, elle agit en synergie avec le jeu en forme de coin pour effectuer de manière extrêmement satisfaisante la lubrification entre le patin et le piston. De plus, comme le patin pour compresseurs de type à plateau batteur selon la présente invention a sa surface périphérique extérieure définie par une seule courbure, on peut le traiter facilement ce qui, en association avec le fait que le contrôle du contact est facilité, rend possible de fabriquer à bon marché un patin ayant une surface périphé- rique extérieure extrêmement précise, pour compresseurs de type à plateau batteur. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation re- présentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un patin en butée contre le siège sphérique d'un piston; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale analogue à celle de la figure 1, représentant un autre mode de réali- sation; - la figure 3 est une vue de côté d'une pièce modèle; - la figure 4 est une vue explicative représentant un procédé de mesure; - la figure 5 est une vue de côté schématique destinée à dé- crire le contact du patin; - la figure 6 est une vue en plan schématique; - la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'un com- presseur de type à plateau batteur; et - les figures 8 et 9 sont des vues en coupe représentant l'art antérieur. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERENTIELS Comme représenté à la figure 1, un patin 10 est réalisé dans une boule d'acier par forgeage à la presse et se présente sous la forme d'une hémisphère ou d'un bouton. La surface périphérique extérieure 14 qui vient en contact avec le siège sphérique 4b d'un piston 4 est formée par une sur- face sphérique ayant un rayon de courbure R1 égal ou légère- ment inférieur à celui du siège sphérique 4b. Comme la surface périphérique extérieure 14 est à une seule courbure, le patin est très facile à traiter comparativement à un patin comportant une pluralité de courbures, comme décrit ci-dessus en se référant aux figures 8 et 9, de sorte que son contact peut être déterminé avec précision. La partie supérieure 16 du patin 10 est formée par une surface sphérique partielle ayant un rayon de cour- bure R2 supérieur au rayon de courbure R1 de la surface péri- phérique extérieure 14. De plus, le rayon de courbure R2 de la partie supérieure 16 est plus grand que le rayon de cour- bure R1 du siège sphérique 4b du piston, et ce rayon est ré- glé à une valeur permettant d'obtenir le contact optimum avec le siège sphérique 4b. Du fait que la partie supérieure 16 est formée par une surface sphérique partielle ayant la courbure décrite ci-dessus, sa liaison avec la surface périphérique extérieure 14 est douce comparativement au cas o il s'agit d'une sur- face plate perpendiculaire à l'axe central 12. Par suite, il n'y a pas de danger que le patin 10 vienne en contact latéra- lement avec le siège sphérique 4b. De plus, la partie supé- rieure 16 ne vient jamais en contact avec le siège sphérique 4b et définit ainsi un jeu minuscule croissant 17 (comme on peut le voir en coupe) entre cette partie 16 et le siège sphérique 4b. Ce jeu minuscule 17 sert de réservoir d'huile et de l'huile de lubrification est fournie par son bord péri- phérique pour passer dans l'espace compris entre la surface périphérique extérieure 14 et le siège sphérique 4b. De plus, la partie supérieure 16 peut en outre être munie d'une fraisure, d'une rainure ou autre cavité per- mettant de renforcer la fonction de retenue de l'huile. La surface de contact de glissement 18 du patin , qui vient en contact avec le plateau batteur 2 (voir fi- gure 1) est plate et se relie à la surface périphérique exté- rieure 14 par une surface courbe 19 de rayon de courbure relativement petit. De plus, il n'est pas absolument néces- saire que la surface de contact de glissement 18 soit une surface plate perpendiculaire à l'axe central 12; par exem- ple cette surface peut être une surface sphérique convexe de grand rayon de courbure, ou une surface de couronne dont la zone médiane est doucement relevée par rapport à la zone pé- riphérique. Cependant, la surface plate est la plus avanta- geuse du point de vue de la facilité de traitement. De plus, la surface de contact de glissement 18 peut être munie d'un trou, d'une rainure ou autre cavité formant réservoir d'huile. La figure 2 représente un autre mode de réalisa- tion dans lequel les surfaces périphériques extérieures 14 du patin 10 sont formées chacune par une surface courbe ayant une génératrice se présentant sous la forme d'un arc dont le centre de courbure 1, O1 est espacé radialement de l'axe 12 du patin 10. Le rayon de courbure r est prévu pour être plus court que le rayon de courbure R1 du siège sphérique 4b. Plus précisément, le centre de courbure 01, 01, de la surface pé- riphérique extérieure 14 est espacé radialement vers l'exté- rieur d'une distance L, et axialement d'une distance H, par rapport au centre de courbure O du siège sphérique 4b. Par suite, il en résulte que les surfaces périphériques extérieu- res 14 du patin 10, comme on peut le voir dans la coupe lon- gitudinale de la figure 2, viennent toujours en contact en deux points avec le siège sphérique 4b du piston 4. Les points de contact en question peuvent être modifiés en chan- geant les centres de courbure 1 01, et le rayon de cour- bure r. Dans ce cas également, comme les surfaces périphériques extérieures 14 sont à une seule courbure, le traitement est très facile comparativement au cas d'une plu- ralité de courbures décrit ci-dessus en se référant aux figu- res 8 et 9, et les points de contact peuvent être déterminés avec precision. Du fait que la génératrice des surfaces périphé- riques extérieures 14 du patin 10, a le forme d'un arc comme décrit ci-dessus, une cavité est formée dans la partie supé- rieure 16 du patin 10. Comme cette partie supérieure 16 ne vient jamais en contact avec le siège sphérique 4b du piston 4, on peut efficacement l'utiliser en réservoir d'huile. Comme résultat géométrique du fait que la génératrice des surfaces périphériques extérieures 14 du patin 10, a la forme d'un arc tel que décrit ci-dessus, un réservoir d'huile est formé dans la partie supérieure du patin 10 sans qu'on ait à percer spécialement un trou dans cette partie supérieure pour former un réservoir d'huile; il va sans dire que cette si- tuation n'exclut pas l'addition d'un trou, d'une rainure ou autre cavité. Au lieu de former les surfaces périphériques ex- térieures 14 du patin 10 pour qu'elles aient une section lon- gitudinale faisant contact en deux points, on peut changer la surface périphérique intérieure du siège sphérique 4b du pis- ton 4 pour lui donner par exemple une surface conique permet- tant d'obtenir un contact du patin en deux points. Dans ce cas, la génératrice de la surface conique n'est pas limitée à une ligne droite mais peut avoir la forme d'un arc circulaire convexe ou d'un arc circulaire concave, ce dernier cas con- duisant à une forme de section longitudinale de type arche gothique. Le contrôle du contact du patin 10 est effectué sur la base de la "hauteur"" des patins qu'on trouve de la manière indiquée ci-après. Comme représenté aux figures 3 et 4, une pièce modèle M ayant reçu un usinage de finition à une courbure prédéterminée et à une hauteur h0, est placée sur une plaque de surface 20, puis un gabarit 22 muni d'une cavi- té conique 24 présentant un angle de cône prédéterminé, est placé sur celle-ci, et l'on mesure la distance (ou hauteur h1 de l'ensemble modèle) entre la plaque de surface 20 et la surface supérieure du gabarit 22. Ensuite, le patin 10 est placé sur la plaque de surface 20 et le gabarit 22 est placé sur celui-ci, puis on mesure la distance (ou hauteur h2 de l'ensemble de patin) entre la plaque de surface 20 et la sur- face supérieure du gabarit 22. Enfin, la hauteur H du patin qu'on doit trouver est calculée par la forme suivante: H = h0 + (h2 - h1) Le contact voulu peut être obtenu en contrôlant la hauteur H du patin de façon qu'elle tombe à l'intérieur d'une plage prédéterminée. De plus, si la surface périphéri- que extérieure 14 du patin 10 est divisée en cinq zones a à e. comme représenté schématiquement aux figures 5 et 6, le point de contact avec le siège sphérique 4b correspond à la zone c. Les zones b et d situées au-dessus et au-dessous de cette zone c sont des zones dans lesquelles aucun contact lo- cal ne doit pouvoir se faire. Cependant, un contact continu partant de la zone c est permis dans ces zones. Dans la zone a de la partir supérieure 16, aucun contact ne doit se faire du fait de la différence de courbure par rapport au siège sphérique. La zone la plus basse e est également la zone dans laquelle aucun contact ne doit pouvoir se faire. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Patin (10) pour compresseurs de type à plateau batteur, caractérisé en ce que le patin (10) comprend une surface périphérique extérieure (14) à une seule courbure qui vient en contact avec le siège sphérique (4b) d'un piston (4), et une surface de contact de glissement plate (18) qui vient en contact avec le plateau batteur (2), la partie supérieure (16) étant formée par une surface sphérique partielle ayant un rayon de courbure (R2) supérieur au rayon de courbure (R1) du siège sphérique (4b). 2 ) Patin (10) pour compresseurs de type à plateau batteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayon de courbure (R1) de la surface périphérique exté- rieure (14) est égal ou légèrement inférieur à celui du siège sphérique (4b). 3 ) Patin (10) pour compresseurs de type à plateau batteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la génératrice de la surface périphérique extérieure (14) est un arc dont le centre de courbure (O1, O1') est espacé radia- lement de l'axe central (12) du patin (10) 4 ) Patin (10) pour compresseurs de type à plateau batteur, caractérisé en ce que la génératrice de la surface périphérique extérieure (14) du patin (10) qui vient en contact avec un siège sphérique (4b) formé dans un piston (4), est un arc dont le centre de cour- bure (01, O1,) est espacé radialement de l'axe central (12) du patin (10), et dont le rayon de courbure (r) est plus court que le rayon de courbure (R) de la surface de siège (4b). ) Dispositif à patin pour compresseurs de type à plateau batteur, caractérisé en ce que le patin (10) monté dans une surface de siège (4b) formée dans un piston (4), fait saillie d'une quantité contrôlée par rapport au piston (4). 6 ) Dispositif à patin pour compresseurs de type à plateau batteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface de siège (4b) est sphérique et la génératrice de la surface périphérique extérieure du patin (10) est un arc dont le centre de courbure (01, O1,) est espacé radialement de l'axe central (12) du patin (10), et dont le rayon de courbure (r) est plus court que le rayon de courbure (R) de la surface de siège (4b). 70) Dispositif à patin pour compresseurs de type à plateau batteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface de siège (4b) est conique et la surface périphéri- que extérieure (14) du patin (10) est sphérique.