Brevet FR2828717A1 — publié le 20030221

La présente invention concerne les pompes volumétriques destinées notamment aux mélanges caoutchouteux et, plus particulièrement, les pompes à engrenage. Il est connu d'utiliser des pompes volumétriques à engrenage pour des matériaux plastiques à haute viscosité telles que celle décrite dans la publication US 5 120 206. Une telle pompe utilise un engrenage comportant une roue dentée motorisée d'entraînement, roue menante , et une deuxième roue en prise avec la première et entraînée en rotation par celle-ci, ainsi qu'une vis de gavage qui permet d'alimenter de façon forcée ladite pompe en matériau plastique à haute viscosité. Les mélanges caoutchouteux présentent également une très haute viscosité qui provoque un couple résistant très important sur la roue menante. Ce couple résistant est d'autant plus important que l'on cherche à atteindre des débits importants en augmentant la largeur des roues dentées. Ces difficultés sont tellement importantes que, dans les applications de pompes à engrenage au caoutchouc, on constate de fréquentes ruptures des roues dentées. Par ailleurs, l'atteinte de débit important pour les mélanges caoutchouteux est limitée par l'aspect thermique. En effet, l'augmentation de débit, principalement fonction de l'augmentation de vitesse de rotation des roues dentées s'accompagnent d'une élévation importante de la température des mélanges caoutchouteux or cette température doit être à la fois maîtrisée et surtout son augmentation limitée pour éviter une vulcanisation anticipée de ces mélanges. L'invention vise à pallier l'ensemble de ces inconvénients. Selon l'invention, la pompe à engrenage notamment pour des mélanges caoutchouteux, comporte une enceinte dans laquelle tourne un ensemble de roues dentées comprenant une roue dentée centrale qui coopère avec deux autres roues dentées périphériques, ladite pompe comportant au moins une chambre d'alimentation dans laquelle agit au moins un moyen de gavage pour refouler la matière vers ladite enceinte au travers d'au moins un orifice de passage, chacune des roues dentées étant entraînée directement par un couple moteur et des moyens de précontrainte entre les dents assurant un contact étanche de la zone d'engrènement de la roue centrale avec chacune des deux roues périphériques. Cette disposition permet, d'une part, la transmission d'un couple moteur à chaque roue dentée de l'engrenage et d'autre part une meilleure répartition des efforts entre les trois roues dentées rendant plus fiable et plus résistante la pompe. Selon une caractéristique de l'invention, la chambre d'alimentation comporte deux orifices de passage vers l'enceinte, les deux orifices de passage étant disposés symétriquement par rapport au centre de la roue centrale, et deux orifices de sortie du mélange disposés symétriquement par rapport au centre de la roue centrale de sorte que chaque orifice de passage soit disposé sensiblement symétriquement à un orifice de sortie par rapport à la droite passant par le centre des trois roues dentées en projection dans un plan perpendiculaire aux axes desdites roues. Ainsi, le parcours des mélanges caoutchouteux dans l'enceinte est minimisé ce qui limite également les montées en température. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un exemple de réalisation d'une pompe volumétrique conforme à l'invention, en référence au dessin dans lequel : - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle de la pompe conforme à l'invention selon la ligne 1-1 représentée sur la figure 2, - la figure 2 est une coupe radiale grossie de la pompe conforme à l'invention selon la ligne II-Il représentée sur la figure 1, - la figure 3 est une coupe fonctionnelle de la zone de gavage de la pompe conforme à l'invention selon la ligne III représentée sur la figure 2, - la figure 4 est une coupe fonctionnelle de la zone de refoulement de la pompe conforme à l'invention selon la ligne IV représentée sur la figure 2, - la figure 5 est une coupe partielle des moyens de précontrainte entre les dents de la pompe selon la ligne V représentée sur la figure 1. Selon les figures 1 et 2, la pompe à engrenage 1 comprend un corps 10 comportant une enceinte 12 portant un ensemble 2 de roues dentées dont la fonction est de pomper volumétriquement. Cet ensemble 2 comporte une roue dentée centrale 4 qui coopèrent respectivement avec deux roues dentées périphériques 3 et 5. Chacune des deux roues périphériques 3,5 engrène respectivement avec la roue centrale 4 sans être cependant en prise avec cette dernière, afin d'éviter notamment l'entraînement de l'une des roues dentées par une autre. En effet, chacune des roues dentées 3,4, 5 est entraînée directement par un moteur afin comme on l'a dit précédemment de rendre la pompe plus fiable. Bien entendu, on peut utiliser un seul moteur avec un réducteur spécifique pour transmettre la puissance à chaque roue dentée. Les deux roues dentées 3 et 5 sont disposées symétriquement par rapport au centre de la roue dentée centrale 4 qui comporte un nombre de dents impair. Ainsi, en considérant la roue centrale 4, on constate que les efforts sont symétriques et donc qu'ils s'annulent. Les deux roues dentées périphériques 3 et 5 ont de diamètres identiques et sur chaque face de chacune de ses roues est positionné un flasque respectivement 6 et 7 pour la roue 3 et, 8 et 9 pour la roue 5. Ces flasques 6,7, 8,9 dont le diamètre est supérieur ou égal à celui de l'extrémité des dentures des roues 3 et 5 permettent de supprimer le cisaillement latéral des mélanges caoutchouteux sur les parois de la pompe, ce qui réduit considérablement les cisaillements qui s'exercent sur ces mélanges. De plus, la petite taille des roues dentées 3 et 5 permet d'engendrer de faibles efforts au niveau des axes. Par ailleurs, il existe pour chaque roue périphérique 3,5 des moyens de précontrainte entre les dents de la roue centrale 4 et respectivement les roues périphériques 3 et 5 permettent par l'intermédiaire des flasques 6,7, 8,9 de réaliser un système d'étanchéité dynamique par une mise en porte à faux desdites roues 3 et 5 et par une mise à pression atmosphérique des fuites de mélanges caoutchouteux. Les moyens de précontrainte agissant sur les roues 3 et 5 étant identiques, on ne décrira dans ce qui suit que les moyens agissant sur la 5 en référence aux figures 1 et 5. Les moyens de précontrainte comprennent une vis 25 engagée dans un orifice de passage qui traverse simultanément l'arbre moteur 11 de transmission à l'arbre 51 de la roue 5 et l'arbre 51. La vis traverse également une clavette bombée 26 dont les parois bombées sont en contact respectivement avec une paroi 111 de l'arbre moteur et une paroi 511 de l'arbre 51 de sorte que le serrage de la vis 25 génère par l'intermédiaire de la clavette 26 un couple torsionnel entre l'arbre moteur 11 et l'arbre 51. Cette précontrainte agit dans le même sens que la rotation de la pompe représenté par la flèche F. L'échappement de mélanges caoutchouteux des roues 3 et 5 s'effectue par des exutoires situés sur les flasques 6,7, 8 et 9 et azimutés avec précision, comme on le voit sur la figure 2. Le corps 10 porte un moyen de gavage qui consiste essentiellement en une vis 15, en rotation dans une chambre d'alimentation 16. On pourrait sans sortir du cadre de l'invention, envisager la présence de plusieurs vis débouchant sur une même chambre d'accumulation. La chambre d'alimentation et de mise en pression 16 comporte du côté opposé à l'ensemble 2 des roues un orifice d'alimentation non représenté servant à alimenter la pompe. A l'autre extrémité de la chambre d'alimentation 16, sont situés deux orifices de passage 17,18 assurant la communication entre la chambre d'alimentation et mise en pression 16 et l'enceinte 12 contenant l'ensemble 2 des roues tel qu'on le voit sur la figure 3. Ces orifices de passage 17,18 sont disposés symétriquement l'un vis-à-vis de l'autre par rapport au centre de la roue centrale 4 et tels qu'ils soient respectivement disposés à proximité de ladite roue centrale et de l'une des roues périphériques. L'enceinte 12 débouche sur deux orifices de sortie du mélange 19 et 20, également disposés symétriquement l'un vis-à-vis de l'autre par rapport au centre de la roue centrale 4, de sorte qu'ils soient respectivement disposés à proximité de ladite roue centrale et de l'une des roues périphériques, de sorte que chaque orifice de passage 17,18 soit disposé sensiblement symétriquement à un orifice de sortie 19,20 par rapport à la droite passant par le centre des trois roues dentées 3,4, 5 en projection dans un plan perpendiculaire aux axes desdites roues. Cette disposition permet d'optimiser le chemin parcouru par le mélange caoutchouteux en le minimisant comme on le verra plus clairement dans ce qui suit. Ainsi la distance entre la zone d'admission dans l'enceinte 12 et la zone de refoulement est minimale, ce qui facilité également la garantie de l'étanchéité. Enfin, la forme des dentures a été optimisée pour véhiculer le mélange dans l'enceinte 12. La cylindrée des axes de dent est la plus grande possible alors que les surfaceS de cisaillement périphériques sont réduites. Les orifices de sortie 19 et 20 débouchent respectivement dans deux canaux, seul le canal 19'correspondant à l'orifice 19 est représenté sur la figure 4. Les deux canaux se rejoignent à la zone de jonction 22 dans un canal 23 jusqu'à un orifice de sortie 24. On décrira succinctement ci-après, le fonctionnement d'une pompe à engrenage conforme à l'invention telle que décrite précédemment, en référence à aux figures 2,3 et 4. On introduit un mélange caoutchouteux dans la chambre d'alimentation 16 par un orifice non représenté, sous une forme pouvant être indifféremment une bande continue ou des granulés. Le mélange est ainsi distribué sur la vis de gavage 15. Dans la chambre d'alimentation 15, le mélange caoutchouteux est refoulé en étant mis sous pression jusqu'aux orifices de passage 17 et 18 qui le conduisent dans l'enceinte 12 en débouchant à l'opposé par rapport au centre de la roue principale 4 comme le montre la figure 2. On notera B et C les deux parties du mélange débouchant respectivement des orifices 17 et 18 pour suivre leur parcours à l'aide des flèches représentées sur la figure 2. Une partie du mélange B s'engage ainsi dans les creux de dents de la roue périphérique 5 jusqu'à l'orifice de sortie 19 alors que l'autre partie du mélange B s'engage en sens de rotation inverse dans les creux de dents de la roue centrale 4 jusqu'à l'orifice 20. De la même façon une partie du flux du mélange C s'engage dans les creux de dents de la roue périphériques 3 jusqu'à l'orifice 20 et l'autre partie en sens inverse de rotation dans les creux de dents de la roue 4 vers l'orifice 19. Le montage en précontrainte des dents des roues 3 et 5 respectivement au contact des dents de la roue 4 empêche le mélange de fluer entre les dents des roues3 et 4 ou 5 et 4. Le chemin parcouru dans par les flux B et C de mélange comme on le voit clairement est assez court ce qui limite considérablement les montées en température dans cette zone. Les flux B et C issus des orifices de sortie 19 et 20 débouchent alors, comme le montre la figure 4 dans le canal 19'et le canal non représenté correspondant à l'orifice 20 puis les flux se rejoignent dans la zone de jonction 22 pour s'écouler à travers le canal 23 jusqu'à l'orifice de sortie 24. REVENDICATIONS 1) Pompe à engrenage (1) notamment pour des mélanges caoutchouteux, comportant une enceinte (12) dans laquelle tourne un ensemble de roues dentées comprenant une roue dentée centrale (4) qui coopère avec deux autres roues dentées périphériques (3,5), ladite pompe comportant au moins une chambre d'alimentation (15) dans laquelle agit au moins un moyen de gavage pour refouler la matière vers ladite enceinte (12) au travers d'au moins un orifice de passage (17,18), chacune des roues dentées (3,4, 5) étant entraînée directement par un couple moteur et des moyens de précontrainte entre les dents (25,26) assurant un contact étanche de la zone d'engrènement de la roue centrale (4) avec chacune des deux roues périphériques (3,5). 2) Pompe selon la revendication 1, dans laquelle les moyens de précontrainte assurent l'étanchéité par l'intermédiaire pour chaque roue dentée périphérique (3,5) deux flasques (6,7, 8,9) encadrant la roue, le diamètre de ces flasques étant supérieur ou égal à celui des extrémités des dents de la roue concernée. 3) Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle les moyens de précontrainte comprennent pour chaque roue périphérique une vis (25) coopérant par l'intermédiaire d'une clavette bombée (26) avec l'arbre moteur (11) de transmission à l'arbre (51) d'entraînement de la roue concernée (5) et ledit arbre d'entraînement (51) de sorte à imposer un couple torsionnel entre ces deux arbres (11, 51). 4) Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les deux roues périphériques (3,5) sont disposées symétriquement par rapport au centre de la roue centrale (4) qui possède un nombre impair de dents. 5) Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle les deux roues périphériques (3,5) ont un diamètre inférieur à celui de la roue centrale (4). 1 6) Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la chambre d'alimentation (15) comporte deux orifices de passage (17,18) vers l'enceinte (12), les deux orifices de passage (17,18) étant disposés symétriquement par rapport au centre de la roue centrale (4), et deux orifices de sortie (19,20) du mélange disposés symétriquement par rapport au centre de la roue centrale de sorte que chaque orifice de passage (17,18) soit disposé sensiblement symétriquement à un orifice de sortie (19,20) par rapport à la droite passant par le centre des trois roues dentées (3,4, 5) en projection dans un plan perpendiculaire aux axes desdites roues.