Brevet FR2844836A1 — publié le 20040326

i Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine volumétrique hydrostatique comportant un arbre moteur et au moins un organe de refoulement, et pendant une rotation complète de l'arbre d'entraînement s l'organe de refoulement exécute plusieurs mouvements dans le sens du refoulement. Etat de la technique Dans ces machines, les mouvements agissant dans le sens du refoulement se font en général sous la forme des courses. Les machiI0 nes volumétriques à plusieurs courses, du type défini ci-dessus, présentent par rapport aux machines volumétriques à une seule course l'avantage de diminuer de manière considérable l'encombrement. Par exemple les machines volumétriques ainsi évoquées peuvent être des machines à pistons radiaux et en général plusieurs organes de refoulement 15 en forme de piston sont appuyés chacun par l'intermédiaire d'un galet sur un chemin de came par exemple extérieur. Ce type de machine ne nécessite globalement qu'un nombre réduit de pièces. Dans la plupart des machines à pistons radiaux à plusieurs courses, le débit volumétrique n'est pas réglable. Lorsqu'on utilise de tel20 les machines comme des moteurs, on ne peut modifier la vitesse de rotation qu'en modifiant le débit volumétrique d'alimentation. Cela se traduit par des débits volumétriques trop importants, des pertes importantes et en conséquence un surdimensionnement des conduites d'alimentation et par suite un encombrement important. Il est également connu de modifier le débit volumétrique de machines à pistons radiaux en coupant ou en branchant des chambres de refoulement suivant un échelonnement. Mais il s'agit dans ce cas d'un réglage classique du débit volumétrique comme cela se fait par exemple dans le cas de machines à pistons axiaux à construction inclinée, par un 30 basculement commandé de la glace inclinée. Bien plus, dans les machines à pistons radiaux, lorsqu'on commute, le débit volumétrique change brusquement si bien que de telles machines ne fonctionnent pas sans secousses lorsqu'elles sont utilisées comme moyens d'entraînement. Le document DE-198 49 334-Ai, décrit une machine volu35 métrique comprenant un dispositif à pistons radiaux avec en parallèle un dispositif à pistons axiaux, réglable. Les rotors des deux dispositifs sont coaxiaux l'un par rapport à l'autre et sont combinés de manière synchrone en rotation. On arrive ainsi à une " dérivation de puissance interne " per- mettant une variation continue de la vitesse de rotation. Mais cette machine volumétrique a l'inconvénient d'une construction compliquée. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une ma5 chine volumétrique à plusieurs courses correspondant au type défini cidessus et dont le débit volumétrique puisse être réglé en continu et qui en outre offre une construction simple. Exposé et avantages de l'invention Ce problème est résolu selon l'invention par une machine 10 volumétrique hydrostatique caractérisée en ce que deux chemins de came représentant chacune une fonction périodique de même période (T et qui peuvent être déphasés l'un par rapport à l'autre;- l'organe de refoulement coopérant avec les deux chemins de came pour que l'amplitude des mouvements dans le sens du refoulement pour l'organe de refoulement puisse 15 être commandée par le déphasage des chemins de came. La caractéristique de l'invention consiste ainsi à mettre en prise l'organe de refoulement avec deux chemins de came et non avec un seul chemin de came de sorte que les mouvements actifs dans le sens du refoulement pour l'organe de refoulement se composent de deux compo20 santes de mouvement. Suivant le déphasage ou le chevauchement de phase, la combinaison des deux composantes de mouvement donne un mouvement global déterminé pour l'organe de refoulement entre une valeur minimale et une valeur maximale, correspondant à un refoulement ou débit volumétrique minimum et maximum. Ainsi le débit volumétrique de la machine volumétrique hydrostatique selon l'invention se règle en continu tout en offrant une construction simple. Selon un développement avantageux de l'invention, l'organe de refoulement est couplé de manière articulée à un élément palpeur 30 ayant deux bras appuyé chacun sur l'un des chemins de came. De façon avantageuse, les points d'appui des deux bras sont distants dans la direction de développement des chemins de came d'une demie période ou au moins sensiblement d'une demie période. Dans la mesure o les deux chemins de came sont dépha35 sés d'une demie période, on peut réduire à zéro le volume débité ou refoulé. On peut également envisager de façon intéressante des applications dans lesquelles les deux chemins de came sont déphasés de moins d'une demie période. Dans ce cas, la machine volumétrique hydrostatique selon l'invention ne peut toutefois pas se régler sur un débit zéro. Selon un autre développement avantageux de l'invention, les deux chemins de came sont déphasés d'une demie période l'un par 5 rapport à l'autre dans des directions de réglage opposées. Cela permet d'inverser le sens de rotation de la machine volumétrique hydrostatique selon l'invention tout en ayant un même sens de passage du liquide hydraulique. La fonction périodique représentée par les deux chemins de 1o came est de préférence la fonction sinusodale ou une variante de fonction sinusodale. Selon un développement particulièrement avantageux de l'invention du point de vue de la simplicité de la réalisation, la machine volumétrique est une machine à pistons radiaux en particulier une mai15 chine à pistons radiaux avec appui extérieur et plusieurs organes de refoulement. Il est ainsi avantageux que la machine à pistons radiaux comporte deux bagues de déplacement écartées l'une par rapport à l'autre dans la direction axiale et dont la surface périphérique intérieure radiale, 20 respective comporte chacune un chemin de came, des organes de refoulement étant prévus axialement entre les bagues de refoulement. Un développement selon l'invention prévoit que l'élément palpeur présente un segment central cylindrique, installé axialement entre les chemins de came, ce segment venant de façon rotative dans un per25 çage de l'organe de refoulement et il se poursuit des deux côtés par un bras dirigé dans la direction périphérique du chemin de came correspondant, ce bras étant appuyé par un galet sur le chemin de came. Le déphasage des deux chemins de came peut s'obtenir de manière simple par les bagues de déplacement montées de façon rotative par leur surface péri30 phérique extérieure sur le boîtier de la machine. Il est particulièrement avantageux d'utiliser la machine volumétrique hydrostatique selon l'invention comme moyen d'entraînement direct en particulier comme entraînement de roue. Les pertes de patinage des pièces d'entraînement et qui augmentent fortement avec la vitesse de 35 rotation sont minimales car la machine volumétrique hydrostatique est utilisée comme machine tournant lentement. De plus le nombre de composants est faible ce qui maintient le cot de fabrication à niveau réduit et augment la sécurité de fonctionnement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre le déroulement de la fonction périodique représentée par les chemins de came qui sont déphasés l'un par rapport à l'autre; - la figure 2 montre un déroulement selon la figure 1 pour un déphasage nul; - la figure 3 montre un déroulement selon la figure 1 avec un déphasage 10 correspondant à une demie période; - la figure 4a montre un déroulement selon la figure 1, avec un déphasage en position intermédiaire; - la figure 4b montre un déroulement selon la figure 1 avec un déphasage dans une autre position intermédiaire; - la figure 5 est une coupe d'un dispositif formé de deux chemins de came et d'un organe de refoulement, selon la ligne de coupe AA de la figure 7; - la figure 6 est une vue de dessus du dispositif de la figure 5 dans la direction de la flèche Z; - la figure 7 est une vue schématique de la course obtenue pour la position Vmax des chemins de came; - la figure 8 est une vue schématique de la course pour une position des chemins de came comprise entre Vmax et Vmin; - la figure 9 est une vue schématique de la course pour les chemins de 25 came en position Vmin; la figure 10 est une section d'une machine à pistons radiaux à plusieurs courses pour des chemins de came en position Vmax; - la figure 11 est une coupe longitudinale de la machine à pistons radiaux de la figure 10. Description de modes de réalisation La figure 1 montre le développement de deux chemins de came qui seront décrits ci-après et qui représentent chacun une fonction périodique (fonction sinusodale ou variante de fonction sinusodale). En abscisse on a l'angle de face période T. Elles sont déphasées de A(p. L'organe de refoulement qui sera décrit ci-après est appuyé par un élément palpeur sur les deux chemins de came schématisé aux figures i - 4b par un segment de droit A, N. La longueur du segment de droite A, B correspond au moins sensiblement à la demi période T/2. s L'extrémité A du segment de droit A, B se trouve sur la courbe 1 et l'extrémité B, sur la courbe 2. Le point M du segment de droite A, B par lequel l'élément palpeur est couplé de manière articulée à l'organe de refoulement est de préférence équidistant des points A, B. Mais on peut également envisager une disposition différente selon laquelle la distance i0 entre le point M et les points A, B n'est pas égale: suivant les différentes excursions hi, h2 des chemins de came (chemins de came différents) la distance peut être différente. En outre cela s'applique au même chemin de came avec une possibilité de réglage limitée. La figure 2 montre les deux courbes 1, 2 glissées l'une sur 15 l'autre dans la direction p. Le déphasage est alors nul. On voit qu'en déplaçant le segment de droite A, B dans la direction (p sur les courbes 1, 2, le segment n'exécute qu'un mouvement pendulaire et le point M ne se déplace pratiquement pas dans la direction h (h3 = 0). Si selon la figure 3 on coulisse les deux courbes 1, 2 en les 20 écartant jusqu'à ce que le déphasage corresponde à la demi période T/2, on voit qu'en décalant le segment de droite A, B dans la direction (p, le point M décrit une fonction périodique (représentée en trait interrompu) avec un débattement maximum h3 dans la direction h (h3 = max) correspondant à une courbe de déplacement 3 de l'organe de refoulement. La figure 4a montre une position intermédiaire pour le déphasage, entre un déphasage 0 et celui correspondant à une demi période T/2. La courbe 3 décrite par le point M représente une fonction dont le débattement h3 est compris entre le maximum (figure 2) et le minimum (figure 3). La figure 4b montre une position intermédiaire pour laquelle, par comparaison à la figure 4a, les deux courbes 1, 2 sont décalées l'une par rapport à l'autre de la même valeur dans des directions opposées (-A(p). On obtient ainsi une courbe de déplacement 3 décalée de T/2. Cela permet de réaliser des machines volumétriques hydrostatiques 35 selon l'invention qui permettent de modifier le sens de rotation de l'arbre d'entraînement avec un même sens de passage du flux de liquide hydraulique. Les figures 5 à 11 suivantes montrent schématiquement le principe de fonctionnement de la machine volumétrique hydrostatique selon l'invention. La figure 5 montre une coupe du dispositif formée de deux 5 chemins de came 4, 5 juxtaposés de manière parallèle, et représentant une fonction comme cela est montré aux figures 1 - 4b. Un organe de refoulement 7 en forme de piston coopère par l'intermédiaire d'un élément palpeur 6 avec les chemins de came 4, 5. L'organe de refoulement 7 est mobile dans la direction longitudinale d'une chambre de refoulement 8 10 formée d'un cylindre creux. Le type de coopération entre l'organe de refoulement 7 ou l'élément palpeur 6 et les chemins de came 4, 5 découle de la combinaison avec la figure 6. L'élément palpeur 6 comporte deux bras 6a, 6b. Le bras 6a s'appuie par un galet 9a contre le chemin de came 4. Le bras 6b est 15 appuyé par un galet 9b sur le chemin de came 5. Les deux bras 6a, 6b s'étendent dans la direction de développement des chemins de came 4, 5 (voir figure 5). La distance entre les points d'appui des bras 6a, 6b et les chemins de came 4, 5 (correspondant à l'écartement des axes des galets 9a, 9b) correspond à une demie période T/2. La représentation de la figure 7 montre le mouvement de l'organe de refoulement 7, les deux chemins de came 4, 5 étant décalés d'une demie période T/2. Si l'organe de refoulement 7 avec l'élément palpeur 6 passe sur les deux chemins de came 4, 5 (ou inversement si l'on fait passer des chemins de came 4, 5 le long de l'organe de refoulement 7 25 et de l'élément palpeur 6) on obtient la courbe de déplacement 3 avec le débattement maximum possible h (course). Cette position des chemins de came 4, 5 l'un par rapport à l'autre correspond également à la position Vmax de la machine volumétrique hydrostatique selon l'invention pour le volume de refoulement le plus grand possible. A la figure 8 on a représenté les chemins de came 4, 5 légèrement décalés par rapport à la position de la figure 7. Si maintenant on fait passer l'organe de refoulement 7 avec l'élément palpeur 6 sur les chemins de came 4, 5, on arrive à un mouvement pendulaire pour l'élément palpeur 6. Le débattement de la courbe de déplacement 3 diminue alors. 35 Les passages par 0 de la courbe enveloppe 3 ne sont pas décalés par rapport au réglage Vmax des chemins de came 4,5 (figure 7) de sorte qu'il n'y a pas lieu de modifier la commande des chambres de refoulement 8 pour le remplissage ou l'expulsion du fluide. Si l'on repousse les chemins de came 4, 5 l'un vers l'autre suffisamment pour qu'il soit en phase, le mouvement pendulaire de l'élément palpeur 6 s'accentue et le débattement de la courbe de déplacement 3 devient égal à 0. Cela correspond à la position Vmin représentée à 5 la figure 9 de la machine volumétrique hydrostatique selon l'invention c'est-à-dire au réglage correspondant au volume de refoulement le plus faible possible. Les figures 10 et 11 montrent une machine volumétrique hydrostatique selon l'invention réalisée sous la forme d'une machine à 10 pistons radiaux avec appui extérieur selon l'invention. En principe il est évident que l'on peut également appliquer l'invention à d'autres types de machines. Les éléments déjà décrits dans les figures précédentes et qui sont utilisés dans la présente machine portent les mêmes références. Dans le cas d'une machine à pistons radiaux, les fonctions périodiques 15 sont réalisées sur un cercle. Le boîtier 10 de la machine comporte deux bagues de déplacement 11, 12, montées à rotation chaque fois avec une surface périphérique extérieure 12a, 12b dans le boîtier 10 de la machine. Les chemins de came 4, 5 déjà décrits sont réalisés sur la surface périphéri20 que radiale intérieure des bagues de déplacement 11, 12. Entre les bagues de déplacement i1, 12, on a un rotor 13 (tambour cylindrique) comportant plusieurs chambres de refoulement 8, radiales, recevant chacune un organe de refoulement 7 en forme de piston, mobile. Le rotor 13 est couplé de façon synchrone en rotation à un 25 arbre d'entramement 14. L'alimentation en liquide des chambres de refoulement 8 se fait par l'intermédiaire d'au moins un disque de commande , axial. Chaque élément palpeur 6 comporte un segment central 6c, cylindrique situé axialement entre les chemins de came 4, 5. Ce segment 30 central est monté à rotation dans un perçage 7a de l'organe de refoulement 7. De part et d'autre du segment central 6c, on a les deux bras 6a, 6b déjà décrits, alignés dans la direction périphérique des chemins de came 4, 5 et ainsi perpendiculaires au segment central 6c. Les bras 6a, 6b s'appuient par des galets 9a, 9b sur les chemins de came 4, 5. Les galets 35 cylindriques 9a, 9b sont montés à rotation dans des cavités d'extrémité des bras 6a, 6b. Pour pouvoir tourner l'une par rapport à l'autre, les deux bagues de déplacement 11, 12, chaque bague 11, 12 comporte un tou- rillon radial 1 lb, 12b logé dans une cavité en forme de poche du boîtier 10. L'installation de réglage attaquant les tourillons Ilb, 12b n'est pas représentée dans les figures. En tournant les deux bagues de déplacement 11, 12 on rè5 gle le volume débité par la machine volumétrique hydrostatique selon l'invention entre un débit nul et un débit maximum. La machine convient de façon idéale comme entraînement direct (par exemple un moteur de roue tournant lentement avec une plage de régulation importante) grâce à sa construction compacte et aux faibles pertes. 10 REVEND I CATI ONS ) Machine volumétrique hydrostatique comportant un arbre moteur et au moins un organe de refoulement, et pendant une rotation complète de l'arbre d'entraînement l'organe de refoulement exécute plusieurs mouve5 ments dans le sens du refoulement, caractérisée par deux chemins de came (4, 5) représentant chacune une fonction périodique de même période (T) et qui peuvent être déphasés l'un par rapport à l'autre; 0o l'organe de refoulement (7) coopérant avec les deux chemins de came (4, 5) pour que l'amplitude des mouvements dans le sens du refoulement pour l'organe de refoulement (7) puisse être commandée par le déphasage des chemins de came (4, 5). 20) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe de refoulement (7) est couplé de manière articulée à un élément palpeur (6) ayant deux bras (6a, 6b) dont chacun (6a, 6b) s'appuie sur l'un des chemins de came (4, 5). ) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les points d'appui des deux bras (6a, 6b) sont écartés dans la direction du développement des chemins de came (4, 5) d'une demie période (T/2) ou 25 au moins sensiblement d'une demie période (T/2). ) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les deux chemins de came (4, 5) sont déphasés d'une demie période (T/2). 30 ) Machine volumétrique hydrostatique selon revendication 2, caractérisée en ce que les deux chemins de came (4, 5) sont déphasés de moins d'une demie période (T/2). 6 ) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 4, caractérisée en ce que les deux chemins de came (4, 5) sont déphasés d'une demie période (T/2) l'un par rapport à l'autre dans des directions de réglage opposées. ) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fonction périodique est une fonction sinus ou une variante d'une fonction sinus. 8 ) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1, 10 caractérisée en ce que la machine est à pistons radiaux notamment sous forme de machine à pistons radiaux avec appui extérieur et plusieurs organes de refoulement (7). 90) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 8, caractérisée en ce que la machine à pistons radiaux comporte deux bagues de déplacement (11,12) écartées axialement l'une de l'autre et dont la surface radiale périphérique intérieure comporte chacune un chemin de came (4, 5) et les or20 ganes de refoulement (7) se trouvent axialement entre les bagues de déplacement (11, 12). ) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'élément palpeur (6) comporte un segment central (6c) cylindrique prévu axialement entre les chemins de came (4, 5), ce segment étant monté à rotation dans un perçage (7a) de l'organe de refoulement (7) et des deux côtés il se poursuit par un bras (6a, 6b) aligné dans la direction périphérique du chemin de came (4, 5) correspondant, chaque bras s'appuyant par 30 un galet (9a, 9b) sur le chemin de came (4, 5). 11 ) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 9, caractérisée en ce que les bagues de déplacement (11, 12) sont montées par leur surface périphé35 rique extérieure (1 la, 12a) respectives de façon rotative dans le boîtier de machine (10). 12 ) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1, il caractérisée en ce qu' elle est appliquée comme entraînement direct notamment comme entraînement de roue.