Brevet FR2831614A1 — publié le 20030502

Pompe hydraulique à vis-réversible-sans drainage externe La présente invention concerne une pompe hydraulique à vis, dont l'utilisation est prévue pour l'entraînement de vérins hydrauliques, pour ascenseurs ou autre installation similaire. La présente invention concerne exclusivement le domaine des ascenseurs entrâmes de façon hydraulique. Dans la présente demande de brevet pour une pompe à vis, pour ascenseur ou similaire, il faut entendre non seulement les ascenseurs au sens propre du terme, mais également des monte-charge ou des dispositifs monte-handicapés. Actuellement la pompe à vis est largement employée dans les ascenseurs hydrauliques, mais d'une conception, et d'un emploi totalement différents de la présente demande. Dans le système d'entraînement pour ascenseur, du type hydraulique, de façon classique, on trouve un grand réservoir d'huile, dans lequel sont noyés un moteur électrique accouplé à une pompe. Cette pompe se présente sous la forme d'un bloc cylindrique, traversé longitudinalement par trois trous communicants latéralement, et un orifice perpendiculaire placé à quelques centimètres de l'extrémité du bloc, côté bride, pour le refoulement du fluide. Dans les trois trous longitudinaux traversant le bloc, une vis sans fin est introduite dans le trou central, cette vis sans fin est intitulée vis d'entraînement. Cette vis sans fin est entraînée par son extrémité qui se trouve à l'extérieur du bloc. La partie extérieure à cette extrémité de la vis sans fin, est lisse, est usinée pour être accouplée à l'arbre du moteur. L'autre extrémité de la vis sans fin, dépasse librement, de quelques centimètres à l'extérieur du corps de la pompe, sans aucun maintien. La raison de ce point est détaillée un peu plus loin dans la fonction. De part et d'autre de la vis sans fin, dans les deux trous latéraux de la vis centrale dite d'entraînement, deux vis sans fin y sont logées. Ces deux vis sans fin sont imbriquées dans les filets de la vis d'entraînement. Ces vis sans fin latérales, sont appelées vis de convoyage du fluide ou de transmission de fluide Les deux vis sans fin de transmission du fluide, sont de la même longueur que la vis d'entraînement de la partie filetée, seul l'axe de la vis d'entraînement dépasse du couvercle pour être reliée à l'axe du moteur électrique. Lorsque la vis centrale est activée, elle entraîne obligatoirement les deux vis latérales Le dépassement des vis, à l'extérieur du corps de la pompe, du côté opposé, à l'axe d'entraînement, permet à ces dernières, d'aspirer une grande quantité d'huile, directement dans le réservoir. L'huile est donc aspirée à la pression atmosphérique, est refoulée en pression par l'orifice de refoulement. On comprend, qu'un tel mode de fonctionnement de ce type de pompe, élimine toute possibilité de réversibilité. Celui-ci est principalement conçu pour faire du débit constant, dans des applications spécifiques, avec une rotation unidirectionnelle. Ce type de pompe est utilisé notamment dans le domaine de l'ascenseur. La vitesse de rotation de la pompe est très élevée, le ralentissement se faisant par la réduction du débit du fluide, dans les orifices du bloc distributeur ou par le biais de valve proportionnelle. La réduction des orifices de passage du fluide, sans baisser la pression, est une importante cause de l'élévation de la température du fluide. Ce type de pompe est installé dans la conception du groupe moto-pompe des ascenseurs hydrauliques. La pompe à vis est utilisée pour sa caractéristique silencieuse, et ne transmettant aucune pulsation. Cette pompe est utilisée pour fournir un débit et une pression pour pousser la charge uniquement en montée. Pour la descente, la pompe est neutralisée, la gravitation assure le mouvement. II faut cependant souligner que la régularité de la vitesse pendant les mouvements en direction de la montée et de la descente de l'ascenseur est loin d'être maîtrisée. La constance de la vitesse est très aléatoire, voire impossible à obtenir, en raison de la variation permanente de la charge transportée. Un des objets de la présente invention est d'innové le processus de rotation de la pompe, du contrôle de la vitesse, et la contre pression sur les vis. - Innové le processus, consiste à faire tourner la pompe dans le sens montée et descente de l'ascenseur. Ce mode de contrôle rend la pompe réversible, a savoir être capable d'aspirer et de refouler dans les deux sens de rotation - le contrôle de la vitesse, consiste à réduire ou accélérer la vitesse du débit de la pompe, ce système peut être adapter à la toute nouvelle génération d'ascenseur hydraulique qui emploi un accumulateur de pression, permettant ainsi de contrôler la vitesse dans le sens de la descente de l'ascenseur. On comprend qu'une pompe adaptée pour contrôler la vitesse de l'ascenseur, par sa propre vitesse de rotation, celle-ci devient un élément important et incontournable. Dans le cas d'une rotation bi-directionnelle, cet élément reçoit une pression des 2 côtés, c'est-à-dire, à l'aspiration et au refoulement. Le procédé étudié, issu de la nouvelle technologie, a révélé que la pression à la sortie de la pompe s'inversait pendant la trajectoire, la pompe devenait moteur et vis versa. Aucune pompe dans le commerce n'est prévue à cet effet, elles sont en mode pompe ou en mode moteur , mais jamais les deux en même temps, et encore moins avoir de la pression à l'aspiration, et qui s'inverse à un moment donné dans le même cycle de déplacement. - Augmenter la partie filetée des vis de convoyage dans la zone des 2 orifices, - Le perçage des 2 orifices, réalisés sur le corps de la pompe de façon asymétrique, améliorent nettement cette possibilité de réversibilité, et d'aspiration. La caractéristique importante de l'invention, concerne la suppression du drainage de la pompe. En effet, le drainage pour les pompes est indispensable et systématique, cette disposition permet d'évacuer la pression cumulée par les fuites internes. Un manque de drainage ou la suppression de drainage dans le système actuel, peut immanquablement détériorer la pompe. Un fonctionnement en circuit fermé, avec un drainage, devient alors incompatible pour les ascenseurs de la nouvelle génération, dont le principe est basé sur la récupération d'énergie en circuit fermé. La suppression du drainage vers l'extérieur de la pompe, devient un détail important, est apporte une solution majeure dans cette application. Ce problème est résolu dans la présente demande de brevet. Pour atteindre ce but, selon la présente demande d'invention et de répondre aux caractéristiques des nouvelles installations, le sujet est traité suivant le détail ci-après. Dans un bloc cylindrique plein, en aluminium ou en fonte, traversé longitudinalement par trois trous communicants latéralement, dans ces trois trous, 3 vis sans fin sont introduites, une au centre appelée vis d'entraînement, dans les trous latéraux des vis de convoyages y sont également introduites. Les 3 vis sont imbriquées entre elles, par les filets de leur filetage respectif, tournent lorsque la vis sans fin est actionnée. Dans cette conception, les trois vis sont prisonnières dans le corps de la pompe, de façon étanche. Seul l'axe de la vis d'entraînement, dépasse du carter, celui-ci est guidé par un roulement interne, l'étanchéité en sortie d'arbre est assurée par un joint résistant à 400 bars et un frottement de l'arbre tournant à 1500 tours minute. Deux orifices sur le corps de la pompe, un à chaque extrémité, percé de façon asymétrique. La position asymétrique des orifices est prévue ainsi, pour que le fluide soit dans le sens de la rotation des filets, pour une meilleure aspiration lors de la réversibilité. Les 2 orifices sont prévus pour l'entrée et la sortie du fluide. Cet arrangement laisse apparaître un cycle inhabituel, la pression est présente aux 2 orifices, la pompe tourne suivant la position de l'ascenseur soit en mode pompe, soit en mode moteur. Un exemple de configuration : Un accumulateur peut avoir en pression P2 lorsque la tige du vérin est rentrée soit 50 bars, alors que du côté vérin 30 bars sont nécessaires pour son déplacement. Lorsque le vérin commence à monter, la pression de l'accumulateur diminue, la pompe passe du mode moteur au mode pompe lorsque la pression de l'accumulateur est inférieure à celle du vérin, lorsque celui ci est totalement déployé, et vis versa, en descente. La pompe dans ce cas de figure, doit gérer un delta de pression dans la phase de déploiement du vérin. Les vis doivent tenir à la contre pression. Dans ce type de fonctionnement le drainage est important pour la libération de la pression induite par les fuites internes, mais très néfaste pour un fonctionnement en circuit fermé. Il n'est pas possible d'imaginer une perte de fluide dans ce type d'arrangement, car la course de l'ascenseur dépend de la quantité d'huile disponible dans l'accumulateur. Pour conserver la fonction drainage et la récupération du fluide, un circuit interne est mis en place, de la façon suivante. Un petit conduit percé dans le bloc prend naissance depuis la partie avant de la vis d'entraînement dans une cavité creusée à même le couvercle et part vers l'orifice opposé de l'entrée de la pompe. A l'extrémité du trou débouchant dans l'orifice d'aspiration. Un clapet anti-retour est vissé, permettant ainsi de libérer l'huile, lorsque la pression est supérieure à la pression dans le raccord d'aspiration. L'huile libérée dans l'orifice de l'aspiration se retrouve obligatoirement dans le circuit. Un autre conduit est usiné de la même façon, depuis la partie arrière de la pompe, vers l'orifice de refoulement, avec clapet anti-retour, pour assurer le même principe de récupération du drainage en cas de réversibilité. Dans le même alignement du clapet, un trou débouchant vers l'extrémité du bloc permet le passage d'un outil pour le serrage du clapet, qui est par la suite obstrué par un bouchon. Les 2 conduits asymétriques sont terminés de la même façon. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins annexés sur lesquels : Il est a noté que le nombre de vis n'est pas limitatif il peut être augmenter par exemple de 2 autres vis de convoyages si le volume doit être important. La figure 1 est une vue schématique du fond de la pompe, sans le couvercle, avec le départ du conduit de drainage et les trois trous de logement des vis sans fin. La figure 2 est une vue schématique du côté bride, sans le couvercle avec son roulement. La figure 3 est une vue schématique et simplifiée du corps de la pompe à vis, laissant apparaître la disposition des conduits de drainage, ainsi que l'emplacement des clapets antiretour. La disposition des orifices asymétriques. Sur les dessins il est représenté dans la figure 1, un corps de pompe 6, vu du fond sans le couvercle 1, celui-ci peut être en fonte ou en aluminium. Dans l'axe du corps de la pompe 6, un trou central 20 est prévu pour loger la vis centrale dite vis d'entraînement non représentée sur le schéma. De part et d'autre du trou central 20,2 trous latéraux 21 communicants prévus pour recevoir les vis de convoyage 17. Dans la partie supérieure, un trou matérialise le départ du conduit de drainage 18, celui-ci à pour but de récupérer le fluide sous pression des fuites internes, stockées dans la chambre 19. Un autre orifice 2 diamétralement opposé permettant le passage d'un outil. Les explications et l'utilité de ces trous sont développées dans le texte détaillant la figure 3. Un joint torique 5, assure une bonne étanchéité entre le corps de la pompe 6 et le couvercle du fond Inon représenté sur cette figure. La figure 2, représente la partie arrière du corps de la pompe 6, Dans l'axe du corps de la pompe 6, un trou central 20 est réalisé traversant le bloc de part en part pour loger la vis centrale, dite vis d'entraînement, non représentée sur le schéma. De part et d'autre du trou central 20,2 trous latéraux 21 communicants prévus pour recevoir les vis de convoyage 17. Dans la partie inférieure de la vue, un trou matérialise le départ du conduit de drainage 7, celui-ci à pour but de récupérer le fluide sous pression, des fuites internes stockées dans la chambre 9. Un autre orifice 14 diamétralement opposé, permettant le passage d'un outil. Les explications et l'utilité de ces trous sont développées dans le texte détaillant la figure 3. Un joint torique 5, assure une bonne étanchéité entre le corps de la pompe 6 et le couvercle bride 13, non représenté sur cette figure. On aperçoit également un roulement 8 de maintien de la sortie d'arbre de la vis d'entraînement non représentée sur cette figure. La figure 3, regroupe les éléments et les innovations représentés de façon schématique faisant l'objet de la présente demande de brevet. Pour une meilleure compréhension, la description de la figure 3 est faite avec le cheminement du fluide par exemple : A l'entrée de l'orifice 3, le fluide est aspiré celui-ci peut éventuellement venir d'un accumulateur de pression c'est à dire avec une pression supérieure qu'à celle nécessaire au refoulement, dans ce cas la pompe tourne en mode moteur, le moteur électrique assure le freinage de la vis en limitant la vitesse de débit. L'huile arrivant donc par l'orifice 3, s'engouffre dans le bloc de la pompe 6, lorsque la vis d'entraînement représentée sur cette figure par son axe 11 est actionnée, elle entraîne dans son mouvement les deux vis de convoyage 17 de fluide, une seule est représentée sur cette figure 3. Au fur et à mesure du cheminement du fluide par la vis de convoyage 17, vers l'orifice de refoulement5, la pression augmente. Au distingue dans l'orifice de refoulement 15 un clapet anti-retour 16, empêche le fluide de partir dans le conduit 18, le bouchon 14 du passage d'outil est là également pour obstruer le passage. Une seule zone est susceptible de laisser passer les fuites internes se situent autour du roulement de la vis d'entraînement ll, et l'extrémité 12 de la vis de convoyage 17 du fluide. Ces fuites internes arrivent dans la chambre 9 prévue pour la récupération des fuites et lubrification du palier. Un joint 10 haute pression de 400 bars empêche l'huile de franchir cette zone,. Jusqu'à présent un drain externe était obligatoire dans cette zone pour éviter le retournement du joint 10 soumis au fur et à mesur à des pressions importantes. Lorsque celle-ci devient plus importante que la pression au refoulement, l'huile ou le fluide est conduit par l'orifice 7, vers l'orifice 3 via le clapet antiretour 4 placé dans la zone d'aspiration. Dans le même alignement du clapet 4 un trou est réalisé pour le passage d'un outil d'usinage pour le clapet et le serrage de celui-ci qui est obstrué par un bouchon 2. Le couvercle du fond 1 et le couvercle bride 13 sont fixés solidement sur le corps de la pompe 6 un joint torique 5 se trouve à l'avant et à l'arrière du corps de la pompe 6. Lorsque l'on inverse le sens de rotation sur l'axe 11 de la vis d'entraînement non représentée sur cette figure, l'entrée de l'orifice 15, aspire le fluide, celui-ci peut éventuellement venir d'un vérin sous pression, dans ce cas la pompe tourne en mode moteur, le moteur électrique assure le freinage de la vis en limitant la vitesse de débit pour recharger l'accumulateur de pression à la vitesse souhaitée. L'huile s'engouffre dans le bloc de la pompe 6, lorsque la vis d'entraînement représentée sur cette figure par son axe 11 est actionnée, elle entraîne dans son mouvement les deux vis de convoyage 17 de fluide, une seule est représentée sur la figure 3. Au fur et à mesure du cheminement du fluide par la vis de convoyage 17, vers l'orifice de refoulement 3, la pression augmente. Au distingue dans l'orifice de refoulement 3 un clapet anti-retour 4, empêche le fluide de partir dans le conduit 7, le bouchon 2 du passage d'outil est là également pour obstruer le passage. Une seule zone est susceptible de laisser passer les fuites internes se situent autour de l'extrémité 12 des vis de convoyage 17 du fluide, et l'extrémité de la vis d'entraînement non représentée sur cette figure et qui se termine de la même façon que la vis de convoyage 17. Ces fuites internes arrivent dans la chambre 19 prévue pour la récupération des fuites et lubrification du palier. Dans cette zone 19 il ni y a pas de joint externe car il ni y a pas de sortie d'arbre. Lorsque la pression dans la chambre 19 devient plus importante que la pression dans la zone de l'orifice 15, le clapet 16 s'ouvre et évacue la pression dans l'orifice 15 qui devient l'orifice d'aspiration. Dans le même alignement du clapet 16, un trou est réalisé pour le passage d'un outil d'usinage pour le clapet et le serrage de celui-ci qui est obstrué par un bouchon 14. REVENDICATIONS 1-Pompe hydraulique du type à vis caractérisée en ce qu'elle comprend un corps 6 en aluminium ou en fonte dans lequel sont usinés différents conduits trous et orifices : Un trou central 20 longitudinal prévu pour recevoir une vis d'entraînement, est matérialisée par un axe 11 (Figure 3) ; Deux trous communicants 21, avec le trou central 20, prévu pour recevoir les vis de convoyage 17 du fluide, Deux orifices 3 et 15 qui sont alternativement des orifices d'aspiration et de refoulement, en fonction du sens de rotation de la vis, Un trou 18 départ du conduit de drainage vers l'orifice 15, Un clapet anti-retour 16, débouchant dans l'orifice 15 installé pour ramener la pression induite par les fuites internes dans l'orifice, Un trou 14 pour passage d'outil de serrage, avec un bouchon pour obstruer le passage vers la chambre 9, Un trou 7 départ du conduit de drainage vers l'orifice 3, Un clapet anti-retour 4, débouchant dans l'orifice 3 installé pour ramener la pression induite par les fuites internes dans l'orifice, Un trou 2 pour passage d'outil de serrage, avec un bouchon pour obstruer le passage vers la chambre 19, Un joint 10 d'arbre spécial 400 bars, 1500 tours minute, placé dans la bride en sortie d'arbre 11 de la vis d'entraînement, Un couvercle du fond 1, muni d'une chambre 19 de réception du fluide des fuites internes, Un couvercle bride 13, avec une chambre 9 de réception du fluide pour les fuites internes, Un roulement 8 en sortie d'axe 11 de la vis d'entraînement, Un joint torique 5 assurant l'étanchéité, entre le couvercle du fond 1 et le corps de la pompe 6. Un joint torique 5 assurant l'étanchéité, entre le couvercle bride 13 et du corps de pompe 6. 2-Pompe hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'arrangement est tel que les vis sont entièrement dans le corps de pompe 6. 3-Pompe hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que celle-ci est réversible et permet une rotation bidirectionnelle.. 4-Pompe hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les orifices 3 et 15, sont placés de façon asymétrique pour une meilleure aspiration. 5-Pompe hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit 18 permet d'évacué la pression induite par les fuites internes dans l'orifice 15, par le clapet anti-retour 16, lorsque celle-ci est présente dans le fond 1. 6-Pompe hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que celle-ci, dispose d'un conduit 7 permettant d'évacué la pression induite par les fuites internes vers l'orifice 3, par le clapet anti-retour 4. lorsque celle-ci est présente dans le couvercle bride3. 7-Pompe hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les trous de passages 2, et 14 sont utilisés pour introduire un outil de serrage pour l'installation des clapets anti-retour 4, et 16, et sont par la suite obstrués.