Brevet FR2774133A1 — publié le 19990730

Description La présente invention concerne une pompe pour débiter un fluide notamment un liquide hydraulique (huile) comprenant un arbre moteur passant à l'intérieur de la pompe guidée par au moins une installation de palier graissée par le flux de fuite du fluide débité et une installation d'étanchéité qui assure l'étanchéité de l'intervalle entre le carter de la pompe et l'arbre moteur. On connaît les pompes de ce type notamment sous forme de pompes hydrauliques. Ces pompes alimentent par exemple une boîte de vitesses automatique à partir d'une bâche d'huile dans des véhicules automobiles. Dans une telle application, il n'est pas possible de graisser les paliers de la pompe avec de la graisse, car la graisse serait rincée par le brouillard d'huile à l'intérieur de la boîte de vitesses. On prévoit ainsi normalement un joint d'étanchéité à ondulations et un perçage de fuite d'huile conduit pour graisser le palier de la pompe en fonctionnement avec de l'huile qui peut alors s'échapper de la chambre de fuite. On a constaté qu'à l'arrêt de la pompe, de l'huile peut passer par le palier, si bien que la pompe se vide. Cela signifie que l'huile de la chambre de pompe s'échappe et cette chambre se remplit avec de l'air. La présence de l'air dans la chambre de la pompe détériore de manière gênante le comportement au démarrage de la pompe. La présente invention a pour but de développer une pompe correspondant au type défini ci-dessus et en remédiant aux inconvénients indiqués. A cet effet, l'invention concerne une telle pompe caractérisée en ce que l'installation d'étanchéité présente un joint d'étanchéité à section essentiellement en forme de U, dont un segment d'étanchéité qui forme l'une des branches de l'élément en U s'appuie sur l'arbre moteur avec une precontrainte et dont l'autre branche du segment d'étanchéité en forme de U, s'appuie avec une précontrainte contre la surface d'étanchéité entourant l'arbre moteur et le joint d'étanchéité comprend une zone d'étanchéité formant la base de la section en U et reliant entre eux les segments d'étanchéité en étant tournés vers l'intérieur de la pompe pour que les segments d'étanchéité qui partant de la zone d'étanchéité s'éloignent de l'intérieur de la pompe. La pompe se caractérise par une installation d'étanchéité ayant un joint d'étanchéité à section en forme de U. Celui-ci s'appuie par l'une des branches du segment d'étanchéité en forme de U contre l'arbre moteur et par l'autre segment d'étanchéité formé par l'autre branche contre une surface d'étanchéité qui entoure l'arbre moteur ; cette surface est par exemple constituée par le carter de la pompe. Le joint d'étanchéité est disposé pour que les deux segments d'étanchéité s'écartent de l'intérieur de la pompe et s'appuient chaque fois avec une certaine précontrainte contre l'arbre moteur ou la surface d'étanchéité. La pression ambiante peut ainsi pénétrer dans le volume intérieur entre les segments d'étanchéité du joint d'étanchéité à section en forme de U. Lorsque la pompe fonctionne, une certaine pression à l'intérieur du carter de la pompe peut soulever un segment d'étanchéité, si bien que l'air à l'intérieur de la pompe et/ou le cas échéant l'huile de fuite peut sortir de l'intérieur de la pompe. Mais lorsque la pompe est à l'arrêt, il n'y a pas de pression à l'intérieur de la pompe, si bien que les segments d'étanchéité du joint d'étanchéité s'appliquent sûrement contre l'arbre moteur et la zone d'étanchéité, et que la pompe est fermée de manière pratiquement hermétique interdisant toute sortie de l'huile. Lors du nouveau démarrage de la pompe, l'unité de pompe qui se trouve à l'intérieur de la pompe est complètement remplie d'huile et offre un comportement optimum au démarrage. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses o l'installation d'étanchéité comporte un élément à ressort coopérant avec le joint d'étanchéité, l'élément de ressort exerce une précontrainte supplémen taire sur le segment d'étanchéité appliqué sur l'arbre mo teur, cette précontrainte pressant ce segment contre l'arbre moteur, le segment d'étanchéité appliqué contre l'arbre moteur com porte au moins deux lèvres d'étanchéité qui s'appuient sur la surface extérieure de l'arbre moteur, o le segment d'étanchéité appliqué sur l'arbre moteur fonc tionne comme un clapet anti-retour et pour une certaine pression à l'intérieur (volume libre 27) de la pompe se soulève et en dessous de cette pression ou pour une dépres sion à l'intérieur de la pompe, ce segment s'applique de manière étanche sur l'arbre moteur, l'élément à ressort sollicite le segment d'étanchéité ap pliqué contre la surface d'étanchéité avec une force de précontrainte supplémentaire qui presse ce segment d'étanchéité contre la surface d'étanchéité, le segment d'étanchéité appliqué contre la surface d'étanchéité comporte au moins deux lèvres d'étanchéité qui s'appuient sur la surface d'étanchéité, le segment d'étanchéité appliqué contre la surface d'étanchéité fonctionne comme clapet anti-retour et pour une certaine pression à l'intérieur de la pompe, il se sou lève alors qu'en dessous de la pression pour une certaine dépression à l'intérieur de la pompe, il s'applique de ma nière étanche contre la surface d'étanchéité. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - les figures 1 à 3 montrent différents exemples de réalisation de pompes à huile, - la figure 4 est une vue de détail à échelle agrandie et simplifiée. On suppose ci-après que la pompe décrite est une pompe pour un circuit d'huile comme par exemple celle équipant les boîtes à commande hydraulique. La pompe est usuellement logée dans le carter de la boîte de vitesses au-dessus de la bâche à huile. Dans les figures, on suppose par exemple que la pompe est une pompe alvéolaire à palette dont l'unité de pompe comporte un rotor recevant des palettes coulissant radialement et l'ensemble est monté à rotation dans un anneau de circulation. Entre chaque fois deux palettes successives, il y a un espace de volume variable pour former ainsi au moins une zone d'aspiration et une zone de pression. On peut également envisager que la pompe débite n'importe quel fluide et/ou qu'il s'agisse d'une pompe axiale ou à piston radial dont les formes de réalisation sont connues. La figure 1 montre un premier exemple de réalisation d'une pompe 1 avec une unité de pompe 5 logée dans un carter 3. Cette unité comprend un rotor 7 avec dans la direction radiale, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe de rotation 9, des fentes dans l'arbre moteur 11. Ces fentes reçoivent des palettes 13 mobiles radialement. Le rotor 7 tourne à l'intérieur d'un anneau de circulation 15 entourant un volume intérieur elliptique au sens large du terme et les palettes 13 glissent pendant la rotation du rotor 7 contre la surface intérieure de cet anneau. A droite et à gauche du rotor 7 et de l'anneau de circulation 15, il y a des plaques latérales 17, 19. L'arbre moteur 11 vient dans le rotor 7 cet arbre est guidé par une installation de palier 21 dans le carter 3 ; cette installation de palier est par exemple en forme de palier à coussinet ou de palier à roulement. L'extrémité de l'arbre moteur 11 en saillie du carter 3 comporte une roue d'entraînement 23 qui n'est représentée qu'en partie ; cette roue est par exemple une poulie ou une roue dentée pour appliquer le couple moteur à l'arbre moteur 11. Entre l'installation de palier 21 et l'unité de pompe 5, il y a une installation d'étanchéité 25 qui assure l'étanchéité du volume intérieur de la pompe 1 recevant l'unité de pompe 5 vis-à-vis de l'environnement. Entre l'unité de pompe 5 et l'installation d'étanchéité 25, il y a un volume libre 27 entourant l'arbre moteur 11 et qui peut recevoir l'huile de fuite pendant le fonctionnement de la pompe 1. L'huile de fuite est l'huile ou le liquide hydraulique qui s'échappe du côté actif ou côté haute pression par exemple à travers les intervalles entre le rotor et les plaques de pression ou plaques latérales. Cette huile sert à la lubrification de l'installation de palier 21 réalisée ici comme palier à deux rangées de billes ou deux rangées de rouleaux ; cette installation est dimensionnée pour recevoir les efforts appliqués par la roue d'entraînement 23 perpendiculairement à l'axe de rotation 9. Pour permettre le passage de l'huile de fuite dans l'installation de palier 21, l'installation d'étanchéité 25 comprend un joint d'étanchéité 29 de section essentiellement en forme de U dont les deux branches forment des segments d'étanchéité 31, 33 essentiellement parallèles à l'axe de rotation 9 de l'arbre d'entraînement 11 et qui sont reliés par une zone d'étanchéité 35 essentiellement perpendiculaire à l'axe de rotation 9 de l'arbre d'entraînement 11. Le joint d'étanchéité 29 est réalisé pour que ses segments d'étanchéité 31, 33 soient sous précontrainte, c'est-à-dire soient écartés pour bloquer le joint d'étanchéité 29. Le point d'étanchéité 29 est disposé pour que la zone d'étanchéité 35 soit associée au volume intérieur de la pompe 1 recevant l'unité de pompe 5 alors que les segments d'étanchéité 31, 33 vont de l'intérieur de la pompe vers l'extérieur. Si pendant le fonctionnement de la pompe 1, l'huile de fuite génère une surpression dans le volume libre 27, cette huile peut soulever l'un des segments d'étanchéité par exemple le segment d'étanchéité 31 appliqué contre l'arbre moteur 11 et arriver dans l'installation de palier 21. De là, l'huile de fuite s'échappe à l'extérieur. Il est également possible de réaliser le joint d'étanchéité 29 pour qu'en cas de surpression du volume libre 27, le segment d'étanchéité 33, extérieur se soulève de la surface d'étanchéité 37 entourant l'arbre moteur 11 ou le joint d'étanchéité 29. I1 faut alors veiller qu'un seul segment d'étanchéité se soulève, soit le segment intérieur 31, soit le segment extérieur 33. L'autre segment d'étanchéité respectif s'applique de manière étanche contre la surface d'appui respective et bloque ainsi le joint d'étanchéité 29. Il est également possible, en plus d'une butée mécanique, de prévoir également un anneau de fixation pour bloquer axialement le joint d'étanchéité. Dans l'exemple de réalisation représenté ici du joint d'étanchéité 29, il est prévu un élément à ressort 39 qui s'appuie suivant une forme annulaire à l'intérieur du joint d'étanchéité 29 dans le volume formé par les segments d'étanchéité 31 et 33 ; cet élément à ressort sollicite le segment d'étanchéité 31 intérieur, appliqué sur la surface extérieure de l'arbre moteur 11 en exerçant une force de précontrainte supplémentaire. En principe, le joint d'étanchéité 29 est pressé avec une certaine précontrainte entre la surface extérieure de l'arbre moteur 11 et la surface d'étanchéité 37, de sorte que les segments d'étanchéité 31 et 33 sont pressés contre l'arbre moteur 11 ou la surface d'étanchéité 37. Ces forces assurant l'étanchéité peuvent être augmentées par celles exercées par l'élément de ressort 39. A l'arrêt de la pompe 1, il n'y a plus de surpression à l'intérieur du carter 3. I1 est bien plus possible que l'huile débitée par la pompe revienne dans le réservoir situé au point bas et qu'il s'établisse une dépression au niveau de l'unité de pompe 5 et la chambre libre 27. On a constaté qu'en cas de dépression dans la chambre libre 27 entre les segments d'étanchéité 31, 33 par rapport à la pression atmosphérique, les segments d'étanchéité 31, 33 s'appliquent de manière étanche contre l'arbre 11 ou la surface d'étanchéité 37. On évite ainsi une poursuite de l'aspiration de l'air et que la pompe 1 ne se vide. L'installation d'étanchéité 25 ou son anneau d'étanchéité 29 fonctionne ainsi comme un clapet anti-retour. La figure 2 montre un autre exemple de réalisation d'une pompe alvéolaire à palette 1'. Les mêmes parties qu'à la figure 1 portent les mêmes références et leur description ne sera pas reprise. A l'intérieur du carter 3 de la pompe 1', il y a une unité de pompe 5 qui ne comporte qu'une plaque latérale 19. La plaque latérale du côté opposé est supprimée. L'unité formée du rotor 7 et de l'anneau de circulation 15 est appliquée directement contre une paroi plane 43 du carter qui assure le rôle de la plaque latérale. Le rotor 7 est mis en rotation à partir de l'extrémité E montée flottante de l'arbre moteur 11. Cet arbre est monté en outre à l'extérieur du carter 3 de la pompe 1' pour recevoir une poulie à courroie ou une roue d'entraînement, à une certaine distance de la pompe 1' sur l'arbre moteur 11. Cela signifie que les forces induites dans l'arbre moteur 11 ne sont pas appliquées à une roue d'entraînement qui se trouve à proximité immédiate du carter 3. Cela permet d'utiliser une installation de palier 21' beaucoup plus petite, qui guide l'arbre moteur 11 dans le carter 3 de la pompe 1'. Entre l'installation de palier 21' et le volume intérieur recevant l'unité de pompe 5, il est prévu de nouveau une installation d'étanchéité 25 identique à celle décrite en liaison avec la figure 1. L'installation de palier 21' est graissée par l'huile de fuite sortant de l'unité de pompe 5 dans un volume libre 27 entourant l'arbre moteur 11, entre l'installation d'étanchéité 25 et l'unité de pompe 5. L'huile de fuite arrive comme cela a été décrit à propos de la figure 1, dans l'installation de palier 21' dont elle assure le graissage. L'installation d'étanchéité 25 fonctionne également dans ce cas comme un clapet anti-retour pour que l'huile de fuite puisse passer du volume libre 27 à l'installation de palier 21'. I1 n'est toutefois pas possible à l'air ambiant de pénétrer à l'intérieur de la pompe 1' dans l'unité de pompe 5 ou à de l'huile sans pression, lors de l'arrêt de la pompe, de s'échapper en direction de l'installation de palier. Dans ces conditions, la pompe 1' ne peut pas se vider lorsqu'elle est à l'arrêt. La figure 3 montre en coupe longitudinale un autre exemple de réalisation d'une pompe 1'' qui présente fondamentalement la même construction que la pompe 1' décrite en liaison avec la figure 2. La seule différence est que l'installation d'étanchéité 25 qui n'est indiquée ici que par un symbole graphique, se trouve du côté de l'installation de palier 21' opposé à celui de l'unité de pompe 5. L'huile de fuite qui se produit pendant le fonctionnement de la pompe 1'' et arrive dans le volume libre 27 peut ainsi arriver librement dans l'installation de palier 21' et la traverser. Cette installation 21' est ainsi refroidie et lubrifiée. Puis, l'huile de fuite peut sortir de l'installation d'étanchéité 25. L'installation d'étanchéité 25 est réalisée de façon identique à celle des figures 1 et 2. Elle présente un joint d'étanchéité à section essentiellement en forme de U, qui comprend deux segments d'étanchéité essentiellement parallèles à l'axe de rotation 9 de l'arbre moteur 11 ; ces joints sont reliés par une zone d'étanchéité perpendiculaire à l'axe de rotation. L'anneau d'étanchéité est disposé pour que la zone d'étanchéité se trouve du côté de l'installation de palier 21', c'est-à-dire du côté tourné vers l'intérieur de la pompe 1'' alors que les segments d'étanchéité s'écartent vers la gauche en partant de l'intérieur de la pompe 1". Le joint d'étanchéité prévu également à la figure 3 de l'installation d'étanchéité 25 sert de clapet antiretour. il est sert possible à l'huile de fuite de sortir de l'intérieur de la pompe 1''. Mais lorsque la pompe ne fonctionne pas, de l'huile de retour dans le volume libre 27 pourrait créer une dépression. Du fait de la précontrainte des segments d'étanchéité 31, 33 de l'anneau d'étanchéité 29, l'installation d'étanchéité 25 est alors appliquée étroitement contre la surface extérieure de l'arbre d'entraînement 11 et la surface d'étanchéité 37, si bien que l'air ne peut pas pénétrer à l'intérieur de la pompe 1''. De plus, à l'arrêt de la pompe, l'huile ne peut sortir de l'installation d'étanchéité 25. On évite ainsi en toute sécurité que la pompe ne puisse se vider. Pour améliorer l'effet d'étanchéité de l'installation d'étanchéité 25, on peut prévoir sur le côté intérieur du segment d'étanchéité 31 tourné vers l'arbre moteur 11, au moins de lèvres d'étanchéité 41 (figures 1 et 4) appliquées contre la surface de l'arbre 11. Si à côté d'une saleté, l'une des lèvres d'étanchéité ne devait assurer une étanchéité suffisante, la seconde lèvre pourrait assurer la protection du volume intérieur de la pompe évitant que celleci ne se vide à l'arrêt. I1 apparaît ainsi clairement que l'installation d'étanchéité 25 comprend un anneau d'étanchéité 29 monté fixe dans le carter 3 et ayant sur son côté tourné vers l'arbre 11, un segment d'étanchéité 31 qui assure l'étanchéité de l'intérieur de la pompe vis-à-vis de l'extérieur pratiquement comme un clapet anti-retour. De plus, sur la surface intérieure tournée vers l'arbre moteur 11 du segment d'étanchéité 31, on peut prévoir au moins deux lèvres d'étanchéité 41. Il est possible de réaliser l'anneau d'étanchéité 29 fixe sur l'arbre 11 et de réaliser le segment d'étanchéité extérieur 33 pour qu'il s'applique contre une surface d'étanchéité 37 à la manière d'un clapet anti-retour. Dans ce cas, un élément à ressort peut coopérer avec le segment d'étanchéité extérieur 33 qui le sollicite avec une précontrainte. On peut également prévoir des lèvres d'étanchéité sur le segment d'étanchéité extérieur 33. La figure 4 montre une vue de détail simplifiée à savoir une installation d'étanchéité 25 montée sur un arbre moteur ou d'entraînement 11. L'installation de palier et les autres détails de la pompe n'ont pas été représentés. La figure 4 montre l'installation d'étanchéité 25 qui comprend un anneau d'étanchéité 29 ayant un segment d'étanchéité 31, intérieur tourné vers l'arbre 11 et un segment d'étanchéité 33, extérieur, tourné vers une surface d'étanchéité extérieure 37. Le segment d'étanchéité intérieur 31 est pressé d'une part grâce à son élasticité propre et d'autre part grâce à la précontrainte d'un élément de ressort 39 par exemple en forme de bagues à ressort, contre la surface périphérique de l'arbre moteur 11. L'agrandissement de la figure 4 montre clairement que l'installation d'étanchéité 25 ou son anneau d'étanchéité 29 comporte deux lèvres d'étanchéité 41a, 41b par lesquelles le joint d'étanchéité 29 s'appuie sur la surface périphérique de l'arbre 11 ; ces lèvres sont distantes dans une distance mesurée dans la direction de l'axe de rotation 9. Si des saletés devaient arriver dans la zone d'étanchéité avec l'huile de fuite passant entre les lèvres d'étanchéité 41a, 41b et la surface périphérique de l'arbre moteur 11, on peut assurer qu'au moins l'une des lèvres 41a, 41b continue d'être en contact étanche avec la surface de l'arbre moteur 11 et assure la fonction d'étanchéité de l'installation d'étanchéité 25. Cette vue à échelle agrandie laisse également apparaître un dispositif de renforcement 45 pour augmenter la solidité de l'anneau d'étanchéité 29 évitant le soulèvement du segment d'étanchéité 33. Si l'élément à ressort 39 est associé au segment d'étanchéité 33, extérieur appliqué contre la surface d'étanchéité 37, le dispositif de renforcement est associé dans ce cas au segment d'étanchéité intérieur 31. La figure 4 montre qu'une pression à l'intérieur de la pompe peut agir sur la surface du segment d'étanchéité 31 tournée vers l'arbre d'entraînement, ce segment d'étanchéité se trouvant à droite de la lèvre d'étanchéité 4lob. Le diamètre intérieur de l'anneau d'étanchéité 29 peut ainsi être élargi radialement contre l'élasticité propre du segment d'étanchéité 31 et contre la contrainte de ressort de l'élément de ressort 39 ; ainsi tout d'abord, la lèvre d'étanchéité 41b, puis la lèvre d'étanchéité 41a se soulève ront ; l'huile de fuite ne peut dans ces conditions arriver dans l'installation de palier non représentée à la figure 4. Les figures montrent également que le montage de l'installation d'étanchéité 25 est relativement simple. Dans l'exemple de la pompe 1 selon la figure 1 ou de la pompe 1' selon la figure 2, on place d'abord l'installation d'étanchéité 25 dans le carter 3, puis on met en place l'installation de palier préassemblée 21, 21' munie de l'arbre moteur 11. Il apparaît clairement de façon globale que l'on peut réaliser de manière simple un clapet anti-retour qui assure pendant le fonctionnement de la pompe, la lubrification de l'installation de palier d'une pompe tout en évitant que la pompe ne puisse se vider d'elle même ou se vider par aspiration La pompe ne risque pas de se vider à l'arrêt elle se caractérise par un comportement au démarrage particulièrement bon. En même temps, le clapet d'arrêt ferme la pompe pour que même les canaux d'aspiration et de pression, de sorte que même les canaux d'aspiration et de pression de la pompe ne peuvent se vider. REVENDICATIONS 10) Pompe pour débiter un fluide notamment un liquide hydraulique (huile) comprenant un arbre moteur passant à l'intérieur de la pompe guidée par au moins une installation de palier graissée par le flux de fuite du fluide débité et une installation d'étanchéité qui assure l'étanchéité de l'intervalle entre le carter de la pompe et l'arbre moteur, caractérisée en ce que # l'installation d'étanchéité (25) présente un joint d'étanchéité (29) à section essentiellement en forme de U, dont un segment d'étanchéité (31) qui forme l'une des bran ches de l'élément en U s'appuie sur l'arbre moteur (11) avec une précontrainte et dont l'autre branche du segment d'étanchéité (33) en forme de U, s'appuie avec une précon trainte contre la surface d'étanchéité (37) entourant l'arbre moteur (11) et le joint d'étanchéité (29) comprend une zone d'étanchéité (35) formant la base de la section en U et reliant entre eux les segments d'étanchéité (31, 33) en étant tournés vers l'intérieur de la pompe (1, 1', 1'') pour que les seg ments d'étanchéité (31, 33) qui partant de la zone d'étanchéité (35) s'éloignent de l'intérieur de la pompe (1, 1' , 1' ') 20) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation d'étanchéité (25) comporte un élément à ressort (39) coopérant avec le joint d'étanchéité (29). 30) Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément de ressort (39) exerce une précontrainte supplémentaire sur le segment d'étanchéité (31) appliqué sur l'arbre moteur (11), cette précontrainte pressant ce segment contre l'arbre moteur (11). 40) Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le segment d'étanchéité (31) appliqué contre l'arbre moteur (11) comporte au moins deux lèvres d'étanchéité (41) qui s'appuient sur la surface extérieure de l'arbre moteur (11). 50) Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le segment d'étanchéité (31) appliqué sur l'arbre moteur (11) fonctionne comme un clapet anti-retour et pour une certaine pression à l'intérieur (volume libre 27) de la pompe (1, 1', 1'') se soulève et en dessous de cette pression ou pour une dépression à l'intérieur de la pompe, ce segment s'applique de manière étanche sur l'arbre moteur (11). 6 ) Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément à ressort (39) sollicite le segment d'étanchéité (33) appliqué contre la surface d'étanchéité (37) avec une force de précontrainte supplémentaire qui presse ce segment d'étanchéité contre la surface d'étanchéité (37). 70) Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que le segment d'étanchéité (33) appliqué contre la surface d'étanchéité (37) comporte au moins deux lèvres d'étanchéité (41) qui s'appuient sur la surface d'étanchéité (37). 80) Pompe selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le segment d'étanchéité (33) appliqué contre la surface d'étanchéité (37) fonctionne comme clapet anti-retour et pour une certaine pression à l'intérieur de la pompe, il se soulève alors qu'en dessous de la pression pour une certaine dépression à l'intérieur de la pompe, il s'applique de manière étanche contre la surface d'étanchéité (37).