Brevet FR2823543A1 — publié le 20021018

I'extérieur. L' invention a trait à un dispositif de connexion mécanique entre deux pièces. L'invention a également trait à une pompe, notamment à une pompe volumétrique, qui comprend un tel dispositif. Dans le domaine des pompes volumétriques utilisées, par exemple, pour le dosage de médicaments, il est connu d'utiliser une pompe pourvue d'un piston ajusté dans un cylindre avec un jeu très faible, de l'ordre de quelques micromètres (,um), permettant son coulissement dans le piston o en question. Le piston doit être relié à des moyens d'entraînement, alors que le cylindre doit être immobilisé par rapport à un bâti ou cadre de la pompe et vice verea. Pour relier ce piston à ces moyens d'entraînement et pour relier le cylindre à ce bâti, il est connu d'utiliser des roLules qui permettent, d'une part, une transmission du mouvement entre les moyens d'entraînement et le piston et, d'autre part, un positionnement adéquat du cylindre par rapport au bâti. Les possibilités d'ajustement obtenues grâce à des roLules permettent d' adapter la position _- o relative du piston et du cylindre, ceci afin de limiter les risques de grippage ou de serrage du piston dans le cylindre. Cependant, les rotules connues fonctionnent avec des jeux de l'ordre de quelques centièmes de millimètres, notamment au niveau de leurs axes respectifs. Lors de la mise en mouvement du piston et lors des inversions de course, des mouvements parasites ont lieu dans les rotules, ce qui ne permet pas d' assurer un positionnement précis du piston. En particulier, le piston n'est pas mis en mouvement 3 0 immédiatement lorsque ses moyens d'entraînement commencent à se déplacer et il en résulte des imprécisions dans le dosage obtenu avec une pompe équipée de roLules classiques. La situation est analogue pour une pompe équipée de doubles cardans ou de joints d'Oldham. Des problèmes analogues de précision de la transmission dun mouvement peuvent se poser dans d'autres dispositifs mécaniques, tels que des moteurs. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l 'invention en proposant un nouveau dispositif de connexion permettant des réglages de la position relative de deux pièces, notamment pour tenir compte de défauts d'alignement, alors qu'il n'induit pas de j eu sensible ou de retard lors de la transmission d'un effort. Dans cet esprit, l 'invention concerne un dispositif de connexion mécanique entre deux pièces caractérisé en ce qu'il comprend une bille, rigidement lice à la première o pièce, un logement de réception de cette bille, rigidement liée à la seconde pièce, et une bague disposée autour d'un barreau dans lequel est ménagé ce logement, cette bague étant pourvue d'une surface d'appui contre la bille en place dans le logement. Grâce à l 'invention, le dispositif de connexion permet un ajustement des positions relatives des pièces qu'il connecte, en tenant compte des différences d' orientation de ces pièces, notamment du fait des tolérances de fabrication d'une pompe ou d'un autre système mécanique. La bague zo s' oppose efficacement à un effort qui aurait tendance à extraire la bille de son logement dans la mesure o sa surface d'appui immobilise efficacement la bille dans son logement. Le mouvement de la bague en direction de la bille est pratiquement irréversible et un déplacement de la bague à l'opposé de la bille ne peut être obtenu que par un effort important exercé par la bille car seule la composante axiale d'un tel effort est susceptible de déplacer la bague. Selon des aspects avantageux de l'invention, le dispositif incorpore une ou plusieurs des caractéristiques 3 0 suivantes: - La surface d'appui de la bague est inclinée par rapport à un axe central de la bague et, lorsque la bague est montée sur le barreau, cette surface se rapproche de cet axe en direction de la seconde pièce. Dans ce cas, l'angle d'inclinaison de cette surface par rapport à cet axe est avantageusement compris entre 10 et 45 , de préférence égal à environ 17,5 . - I1 est prévu des moyens de charges élastiques de la bague en direction de la bille en place dans le logement. - Le logement est formé en creux dans une surface inclinée par rapport à un axe longitudinal du barreau. Ce logement forme avantageusement une surface d'appui de la partie de la surface extérieure de la bille opposée à la première pièce, cette surface d'appui s'étendant, dans un plan médian du barreau orÉhogonal à la surface inclinée, de part et d'autre d'un diamètre de la bille parallèle à l'axe o longitudinal du barreau. En particulier, cette surface d'appui peut couvrir la partie précitée de la surface extérieure de la bille sur une zone correspondant à la trace d'un cône d'angle au sommet compris entre O et 45 , de préférence égal à environ 20 . En outre, la surface inclinée peut être pourvue d'une encoche de réception d'une tige de liaison entre la bille et la première pièce à laquelle elle est rigidement lice. - Le logement ménagé dans le barreau forme un volume de réception d'un organe d'immobilisation de la bille zo en rotation autour d'un axe parallèle à un axe longitudinal du barreau. L'invention concerne également une pompe, notamment une pompe volumétrique, qui comprend un piston et un cylindre de réception et de coulissement de ce piston. Cette pompe est caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif tel que précédemment décrit pour la connexion entre le piston précité et ses moyens d'entraînement et/ou pour la connexion entre le cylindre précité et un bâti fixe de la pompe. Une telle pompe peut être assemblée en tenant compte so des dimensions réelles de ses pièces constitutives et des éventuels défauts d'alignement et elle fonctionne sans rattrapage de jeu, en particulier lors de la mise en mouvement du piston et lors de ses inversions de course. L' invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un dispositif de connexion conforme à l 'invention et d'une pompe incorporant un tel dispositif, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale de principe d'une pompe conforme à l' invention; - la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif de connexion utilisé dans la pompe de la figure 1; - la figure 3 est une coupe longitudinale de o principe du dispositif de la figure 2, en configuration montée; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 pour un dispositif conforme à un second mode de réalisation de l' invention; S - la figure 5 est une coupe longitudinale partielle du dispositif de la figure 4 avant assemblage; - la figure 6 est une vue de côté dans le sens de la flèche VI à la figure 5; - la figure 7 est une vue analogue à la figure 5, o lors d'une première étape d'assemblage du dispositif; - la figure 8 est une vue analogue à la figure 7, lors d'une seconde étape d'assemblage et - la figure 9 est une vue analogue à la figure 7 au terme de l 'assemblage. La pompe 1 représentée à la figure 1 comprend un cylindre 2 immobilisé par rapport à un bâti 3 par un dispositif de connexion mécanique 4. Un piston 5 est prévu pour coulisser dans le cylindre 2, comme représenté par la double flèche F1. so Le piston 5 est pourvu d'une gorge longitudinale 5a lui permettant de jouer le rôle d'un piston distributeur. Le piston 5 est entraîné par des moyens, tels qu'un moteur électrique, non représentés, associés à un organe de transmission de mouvement, tel qu'une bielle 6 partiellement a5 représentée. Un dispositif de connexion mécanique 7 est prévu entre la tige 5b du piston 5 et la bielle 6. Les dispositifs 4 et 7 doivent permettre un ajustement de la position du cylindre 2 par rapport au bâti 3 et de la position du piston 5 par rapport à la bielle 6 afin de compenser les éventuels défauts d'alignement et les variations dimensionnelles dues aux tolérances de fabrication de ces éléments. Il est en effet essentiel de maintenir le piston 5 aussi parfaitement aligné que possible dans le cylindre 2 puisque le jeu J entre ce piston et ce cylindre doit être aussi faible que possible pour assurer l'étanchéité entre l'extérieur du cylindre 2 et la chambre C 0 qu'il forme. On note respectivement 2a et 2b les tubulures d'admission et d'échappement du cylindre 2. Le dispositif 4 est représenté aux figures 2 et 3, le dispositif 7 étant analogue. Le dispositif 4 comprend un barreau 11 qui est solidaire du bâti 3. Le barreau 11 peut, par exemple, être soudé sur le bâti 3. Le barreau 11 est cylindrique, à section circulaire, et il est pourvu d'une collerette radiale externe 12. Une bague 13 est prévue pour être o disposée autour du barreau 11 avec interposition de plusieurs ressorts 14 entre la face arrière 13n de la bague 13, c'est-à-dire sa face tournée vers la collerette 12, et la face avant 12a de la collerette 12, c'est-à-dire sa face tournée vers la bague 13. 2s Les ressorts 14 travaillent en compression, en ce sens qu'ils exercent sur la bague 13 un effort F2 dirigé à l'opposé de la bague 12 et parallèle à un axe longitudinal Xll du barreau 11. La bague 13 est ajustée sur le barreau 11. On entend o par ajusté le fait que le jeu J' entre la surface radiale interne 13b de la bague 13 et la surface radiale externe 11b du barreau 11 est faible devant la longueur L13 de la bague 13. En pratique, pour une bague de longueur L13 égale à environ 25 mm, le jeu J' est de l'ordre de 0,05 mm. Ainsi, la bague 13 ne peut coulisser sur le barreau 11 que lorsqu'elle est soumise à un effort parallèle à l'axe X1l. En effet, si la bague est soumise à un effort oblique par rapport à cet axe, la surface 13b vient au contact de la surface 11b et la bague 13 se bloque par arc-boutement. L'extrémité 11a du barreau 11 est chanfreinée, en ce sens qu'elle présente une surface llc inclince par rapport à l'axe Xll d'un angle compris entre O et 45 , de préférence de l'ordre de 10 . Un logement 15 est formé en creux dans le barreau 11 à partir de la surface llc. Ce logement est délimité par une surface 15a en forme de partie de sphère. Une encoche 16 ménagée dans la surface llc prolonge le o logement 15 en direction de la face frontale d'extrémité 11d du barreau 11. Le cylindre 2 est pourvu d'un taraudage 2c de réception d'une partie filetée 17a d'un organe 17 qui comprend également une tige 17b à l'extrémité de laquelle est fixée une bille 18. Le diamètre Dl8 de la bille 18 est inférieur ou égal au diamètre D1s de la surface 15n, de telle sorte que la bille 18 peut être reçue dans le logement 15. Le mode de liaison entre les pièces 2 et 17 n'est pas limité à un assemblage par vissage. Ces pièces pourraient o également être soudées, collées ou emmanchées ensemble, voire être monobloc. Le fonctionnement est le suivant: Lorsque la bille 18 est en place dans le logement 15, la bague 13 est repoussée par l' effort F2 et sa surface interne avant 13c vient en appui contre la bille 18. La surface 13c est inclinée, par rapport à un axe central X13 de la bague 13, d'un angle dont la valeur est comprise entre et 45 , de préférence de l'ordre de 17, 5 . La surface 13c converge vers l'axe, c'est-à-dire se rapproche de celui-ci, so en direction de la collerette 12, c'est-à-dire en direction du bâti 3. En pratique, la surface 13z est un secteur de tronc de cône convergent vers l'axe X13 dont l'angle au sommet a une valeur double de celle de l' angle Q. Selon une variante non représentée de l'invention, la surface 13c pourrait être tronconique et s'étendre tout autour de l'axe X13. Selon une autre variante non représentée de l 'invention, la surface 13c pourrait être plane et s'étendre, globalement, dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 3. Quelle que soit sa géométrie, la surface 13c est en appui contre la bille 18 sous l'effet de l' effort F2. Dans ces conditions, si un effort de traction F3, F'3 est exercé sur le dispositif 4, la bille 18 exerce sur la surface 15a un effort générant un effort de réaction F4 se décomposant en une composante axiale F '4 et une composante 0 radiale F' '4. La composante F'4 est absorbée par l'appui de la bille 18 contre la surface 15a. En revanche, la composante F' '4 a tendance à éjecter la bille 18 du logement 15. Du fait de l'appui de la surface 13c sur la bille 18, la composante F"4 est compensée par une composante F' 's d'un effort F5 exercé par la bague 13 sur la bille 18. L' effort de réaction F6 exercé par la bille 18 sur la bague 13 se décompose en une composante axiale F' 6 et en une composante F " 6 perpendiculaire à cette composante axiale et de même intensité que la composante F' 's. o Les efforts Fs et F6 sont normaux à la surface externe de la bille 18 dans la zone de contact entre la bague 13 et la bille 18. Compte-tenu de l' orientation de ces efforts Fs et F6, leurs composantes axiales respectives F ' s et F ' 6 ont des intensités largement plus faibles que leurs composantes radiales F' 's et F' [6; C'est pourquoi, l' effort F2 exercé par les ressorts 14 est apte à vaincre en permanence l 'effort F6, de tel le sorte que la bague 13 maintient efficacement la bille 18 dans le logement 15. Par ailleurs, du fait de l' effort F2, tout jeu entre la o bille 18 et la partie de la surface 15a la plus proche de la face frontale 11d du barreau 11 est automatiquement rattrapé, de sorte que la précision de positionnement du cylindre 2 par rapport au bâti 3 est optimisée. Lorsqu'un effort de compression F8, F'8 est exercé sur le dispositif 4, la partie 18a de la bille 18 opposée à la tige 17b vient en appui contre la surface 15a. On note que la surface 15a s'étend de part et d'autre d'un axe central Xl7 de la tige 17 qui constitue un diamètre de la bille 18, de telle sorte que l 'effort Fg exercé par la bille 18 sur le barreau 11 est centré dans une zone particulière 15b de la surface 15a. En pratique, cette zone 15b correspond à la trace d'un cône imaginaire centré sur le centre C18 de la bille et dont l' angle au sommet y est compris entre 0 et 45 , de préférence égale à environ 20 . Grâce à la zone 15b de la surface 15a, le dispositif 4 est stable lorsqu'il subit un effort de compression F8, F'8. Dans le second mode de réalisation de l 'invention o représenté aux figures 4 à 9, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent des références identiques augmentées de 100. Dans ce mode de réalisation, un barreau 111 est entouré par une bague ajustée 113 et forme un logement 115 de réception d'une bille 118 reliée par une tige 117 à une pièce non représentée. La bille 118 est pourvue d'un ergot 119 prévu pour pénétrer dans une fente 120 ménagée dans le barreau 111, de telle sorte que la bille 118 est immobilisée en rotation autour d'un axe central X1ll du barreau 11 qui est superposé à l'axe o longitudinal X1l7 de la tige 117 en configuration montée du dispositif. Comme il ressort des figures 7 à 9, il est possible de mettre en place la bille 118 dans le logement 115 en déplagant celle-ci dans le sens de la flèche F1o à la figure 7, ce qui a pour effet de repousser la bague 113 à l'encontre d'un effort élastique F2 exercé par tout moyen approprié, tel que des ressorts 114. La direction de progression de la bille 118 est imposce par la coopération de l' ergot 119 et de la fente 120. Lorsque la bille 118 est o arrivée au niveau du logement 115, il suffit de déplacer légèrement la bille 118 vers le fond de ce logement comme représenté par la flèche F1l, ce qui permet à la bague 113 de reprendre naturellement sa position d'origine, représentée à la figure 5, sous l'effet de l' effort F2. Dans la position de la figure 9, la surface d'appui avant 113c de la bague 113 immobilise la bille 118 dans le logement 115, la bague étant bloquée sur le barreau 111 par arc-boutement sous l'effet d'un effort non parallèle à l'axe longitudinal Xlll du barreau 111. La surface 113c de la bague 113 est plane et inclince par rapport à l'axe central Xll3 de la bague 113 et converge en direction de cet axe en direction de la collerette 112 prévue sur le barreau 111. Une mise en place selon un procédé analogue peut être envisagée avec le dispositif conforme au premier mode de réalisation de l'invention. Les logements 15 et 115 ont été représentés avec des o surfaces d'enveloppe, 15a et équivalente, de forme sphérique. Ces logements peuvent être définis par des surfaces à plusieurs facettes ou par des plots formant entre eux une zone d'appui et de positionnement d'une bille. Le dispositif du premier mode de réalisation a été représenté dans son utilisation entre le cylindre 2 et le bâti 3. Bien entendu, il peut être utilisé entre le piston 5 et la came 6. De même, le dispositif représenté aux figures 4 à 8 peut être utilisé entre le cylindre et le bâti ou entre le piston et la bielle de la pompe de la figure 1 ou dans tout autre système mécanique o une connexion sans jeu est souhaitable. Les éléments constitutifs du dispositif et de la pompe de l 'invention peuvent être métal, par exemple en inox, ou en céramique. I1 peut également s'agir de pièces en inox revêtues d'une couche d'un matériau modifiant leurs coeffi- cients de froUtement respectifs. Ces éléments peuvent également être prévus dans d'autres matières et, notamment, en matière plastique éventuellement revêtue. Les valeurs des angles, et y mentionnées cidessus sont alors adaptées en fonction des cônes d'adhérence des matériaux utilisés. REVENDICATIONS 1. Dispositif de connexion mécanique entre deux pièces, caractérisé en ce qu'il comprend une bille (18; 118), rigidement liée à la première pièce (2, 5), un logement (15; 115) de réception de ladite bille, rigidement lié à la seconde pièce (3, 6), et une bague (13; 113) disposée autour d'un barreau (11; 111) dans lequel est ménagé ledit logement, ladite bague étant pourvue d'une surface (13c; 113c) d'appui contre ladite bille en place dans ledit logement 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface d'appui (13c, 113c) est inclinée par rapport à un axe central (X13; X1l3) de ladite bague, ladite surface se rapprochant dudit axe en direction de ladite seconde pièce (3, 6) lorsque ladite bague est montée sur ledit barreau. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l' angle () d'inclinaison de ladite surface (13c; 113c) par rapport audit axe (X13; Xll3) est compris entre 10 et 45 , de préférence égal à environ 17,5 . 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (14; 114) de charge élastique (F2) de ladite bague (13; 113) en direction de ladite bille (18; 118) en place dans ledit logement (15; 115). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit logement (15; 115) so est formé en creux dans une surface inclinée (a) par rapport à un axe longitudinal (X1l; X1ll) dudit barreau (11; 111). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit logement (15; 115) forme une surface d'appui (15) de la partie (18) de la surface extérieure de ladite bille (18) opposée à ladite première pièce (2, 5), ladite surface d'appui s'étendant, dans un plan médian (figure 3) dudit barreau (11) orthogonal à ladite surface inclinée, de parL eL d'auLre d'un diam@Lre (X) de ladiLe bille parallle audiL ae longiLudinal (). 7. DisposiLif selon la revendicaLion 6, caracL6ris en ce gue ladiLe surface d'appui (lSb) couvre ladiLe parLie s (18) de la surface exL6rieure de la bille (18) sur une zone correspodanL la Lrace d'un cane d'angle au GommeL (Y.) copris enLre Q eL 45 , de prfArence gal environ, 20 . 8. DisposiLif selon l'une des revendicaLions 5 7, caracL6ris en ce que ladiLe surface inclinde (116) esL ourvue d'une encoche (16) de rcepLion d'une Lige (17) de liaison enLre ladiLe bille (18) eL ladiLe premiAre pice (2, ) 9. DisposiLif selon l'une des revendicaLionG prcdenLes, caracL6ris en ce que ladiL logemenL (115) 1S forme un volume (120) de rcepLion d'un organe (119) d'immobilisaLion de ladiLe bille (118) en roLaLion auLour d'un axe parallle (X",) un axe longiLudinal (X",) dudiL barreau (111). 10. Pope, noLammenL pope volum6Lrigue (1), comprenanL o un pisLon eL un cylindre de rcepLion eL de coulissemenL (F dudiL pisLon, caracL@rise en ce qu'elle comprend au moins un disposiLif (4, 7) selon l'une des revendicaLions prcAdenLes pour la connexion enLre lediL pisLon (5) eL ses moyens d'enLrainemenL () eL/ou pour la connexion enLre