Brevet FR2895036A1 — publié le 20070622

La presente invention concerne une pompe a membrane a actionnement hydraulique avec protection de la membrane en cas de fuites hydrauliques dans la chambre d' actionnement. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Une surcourse a 1'aspiration est due a un deficit de liquide dans la chambre hydraulique d'actionnement de la membrane. En realite, dans certains types de pompes, cette surcourse ne se produit pas car la membrane en fin d'aspiration prend appui sur une surface de limitation de la course. Il peut alors se produire des cavitations dans la chambre hydraulique, et, en tout etat de cause, la cylindree de la pompe est affectee a la baisse. Dans certaines pompes ou it n'y a pas de limitations mecaniques a la course d'aspiration de la membrane, une surcourse, en plus de 1'affaiblissement des performances, peut engendrer une deformation et une fatigue excessive de la membrane nuisibles a sa longevite. Une surcourse au refoulement a pour cause un ex-ces de liquide dans la chambre hydraulique d'actionnement de la membrane. Cette situation se rencontre par exemple lorsque la pompe est en arret prolonge alors que s'installe une depression dans la chambre de travail. La chambre de commande hydraulique voit son volume s'accroitre petit a petit, remplit par le fluide provenant du reservoir par des canaux capillaires resultant des jeux mecaniques de fonctionnement. Au demarrage suivant, la membrane peut se dechirer. Ces phenomenes sont bien connus et it existe de nombreux dispositifs pour y remedier. On citera des pompes qui presentent une plaque ou une grille d'appui arriere de la membrane et un clapet unidirectionnel de la realimentation tare, qui s'ouvre quand un seuil de depression est atteint dans la chambre hydraulique. Si ce seuil est important, la detente de 1'huile de la chambre 2 hydraulique est trop importante et la stabilite du debit est affectee. On constate egalement un pic de depression au debut de la phase d'aspiration du fait des inerties des elements en mouvement et une ouverture prematuree du clapet tare qui conduit a une surcompensation nuisible au refoulement. Le document FR 2 557 928 comporte des moyens de compensation des fuites qui sont automatiques compte tenu du principe meme de fonctionnement de la pompe. Ce sys- teme est sujet egalement a une surcompensation. On mentionnera egalement le document EP 547 404. Le dispositif decrit met en oeuvre des clapets dont 1' ouverture ou la fermeture est associee a une position atteinte par la membrane. Ainsi, pour supprimer la surcourse de refoulement, un clapet interrompt la communication entre deux parties de la chambre hydraulique isolant ainsi le fluide au contact de la membrane du fluide au contact du piston lorsque la membrane a atteint une position de consigne en fin de refoulement. L'excedent de fluide d'actionnement est alors deroute vers une bache au travers d'une soupape de decharge. De meme, pour supprimer une surcourse d'aspiration, un clapet s'ouvre au moment ou la membrane atteint une position de consigne de fin d'aspiration. Cette ouverture met en communication la chambre hydraulique avec une bache d'huile par un conduit de realimentation et un mouvement complementaire du piston provoque 1'aspiration d'un volume d'huile de compensation dans la chambre hy-draulique. Pour ce qui concerne le clapet de compensation controle ou pilote par la membrane, it est necessaire pour le faire changer d'etat, que la membrane developpe un effort destine a vaincre 1'effort oppose d'un ressort qui maintient le clapet dans son etat d'obturation du 3 conduit de realimentation. Cet effort a vaincre limite la hauteur d'aspiration de la pompe. En d'autres termes, dans le cas de fonctionnement de la pompe avec une depression a 1'aspiration, it peut se produire un non- fonctionnement du dispositif de compensation, une cavitation prenant alors naissance dans la chambre hydraulique d'actionnement sans que 1'ouverture du clapet puisse intervenir. On comprend quill y a grand interet a diminuer la force du ressort de rappel du clapet sur son siege pour ne pas trop penaliser le fonctionnement de la pompe a 1'aspiration. Mais it n'est guere possible de diminuer cette force au-dessous dune valeur correspondant a une pression de 0,3 bars (3 metres de colonne d'eau ou 300 hectopascals). Les pompes a membrane equipees d'un systeme de compensation des fuites pilote par la membrane ont donc un pouvoir d'aspiration mediocre. OBJET DE L'INVENTION La presente invention concerne une pompe dans la- quelle la compensation des fuites de la chambre hydrauli- que est pilotee et le pouvoir d'aspiration nettement ame- liore. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention a donc pour objet une pompe a mem- brane comportant, dans un corps, une chambre de commande hydraulique disposee entre un piston a mouvement alternatif et la membrane, la pompe comprenant des moyens de compensation des fuites de la chambre hydraulique avec un conduit de realimentation debouchant dans la chambre hy- draulique au travers d'un obturateur de compensation pi- late a 1'ouverture par la membrane. Conformement a une caracteristique principale de 1'invention, 1'obturateur de compensation susdit est ma- noeuvre par appui de la membrane sur une extremite libre 35 dune tige de sa commande tandis que sa membrane est sou- 4 mise a 1'effort d'un ressort d'assistance a 1'aspiration qui coopere avec 1'obturateur susdit pour le rappeler clans son etat de fermeture en repoussant 1'extremite Libre de la tige en direction de la membrane, ce ressort formant avec 1'obturateur un equipage mobile deplace sans etre deforme par la membrane lors d'une surcourse d'aspiration. Le ressort d'assistance a 1'aspiration s'appuie, a 1'oppose de 1'obturateur, sur un epaulement situe a 10 l'extremite d'une tige solidaire de la membrane et s'etendant a partir de celle-ci dans la chambre hydrauli- que de la pompe. Cette disposition particuliere a pour avantage d'affranchir 1'ouverture de 1'obturateur de compensation 15 de tout effort qui est necessaire a son maintien dans son etat de fermeture. On augmente ainsi la hauteur d'aspiration qui devient proche de dix metres de colonne d'eau contre sept metres habituellement. L'obturateur et 1'epaulement se deplacent le long dune direction qui est 20 celle du debattement de la membrane. En fonctionnement, la force de maintien de 1'obturateur de compensation dans son etat de fermeture varie en fonction de la plus ou moins grande compression du ressort puisqu'il y a un mouvement relatif entre 1'epau- 25 lement d'appui du ressort et 1'obturateur de compensation. Par ailleurs, 1'effet de ce ressort tendant a rappeler la membrane en position arriere, ajoute donc un effort a vaincre lors de la course de refoulement. Cette 30 addition conduit au fait quill regne dans la chambre de commande hydraulique une pression toujours plus elevee que celle dans la chambre de travail, ce qui presente des avantages notamment au niveau du degazage d'huile de travail qui est plus faible. Deux modes de realisation sont possibles pour 1'obturateur de compensation, a savoir, une realisation sous forme de tiroir et une realisation sous forme de clapet. Par ailleurs, 1'epaulement d'appui du ressort so- 5 lidaire de la membrane pourra servir de limiteur de course de refoulement de la membrane, soit sous la forme dune butee, soft sous la forme d'un clapet d'isolement d'une partie de la chambre de commande voisine de la membrane de 1'autre partie de cette chambre voisine du pis-ton et pourvue d'une soupape de decharge. D'autres caracteristiques et avantages ressortiront de la description donnee ci-apres d'exemples de realisation de la membrane selon 1'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS I1 sera fait reference aux dessins annexes parmi lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe dune pompe conforme a 1'invention, - la figure 2 illustre par une vue partielle une variante de realisation dans laquelle la membrane est protegee contre les surcourses de refoulement, -la figure 3 est 1'illustration d'une variante de realisation de 1'obturateur de compensation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION De maniere connue, une pompe a membrane a commande hydraulique est composee d'un corps de pompe en deux parties 1 et 2, entre lesquelles est pincee en peripherie une membrane 3. Avec la partie 1 du corps, la membrane delimite une chambre de pompage 4 a laquelle aboutissent un conduit d'aspiration 5, un conduit de refoulement 6 equipes de clapets unidirectionnels non representes. Avec la partie 2 du corps, cette membrane deli-mite une chambre 7 remplie d'un fluide hydraulique qui peut etre deplace cycliquement vers 1'avant (a la gauche 6 de la figure) ou vers 1'arriere au moyen d'un piston 8 anime d'un mouvement alternatif. On realise ainsi une commande hydraulique de la variation du volume de la chambre 4 de pompage. Cette chambre 7 est equipee egalement de maniere connue, d'une soupape de decharge 9 qui permet de limiter la pression de refoulement a une valeur determinee de securite et qui est souvent combinee avec un dispositif de degazage du fluide de commande. On remarque sur la figure 1 que la chambre 7 presente deux parties. Une partie 7a generalement cylindrique du cote du piston 8, et une partie 7b s'evasant du cote de la membrane 3. Les parties 7a et 7b sont reliees, au travers d'une cloison 2a, par un conduit de liaison 15 10. Un conduit de realimentation 14 est menage dans le corps 2 (la cloison 2a) et provient d'une bache d'huile 14a en comportant un clapet anti-retour 14b. Ce conduit 14 debouche dans la chambre 7 lorsque ce debouche 20 est decouvert par un organe d'obturation 15 qui, normalement, isole le conduit 14 de cette chambre 7. L'organe d'obturation 15 est ici un clapet equipe d'une tige de manoeuvre 16 tubulaire, montee a coulissement etanche dans la paroi 2a de la partie 2 du corps et 25 dont 1'extremite 16a, opposee au clapet 15, est voisine de la membrane 3, lorsque celle-ci parvient a proximite d'une position de consigne qu'elle atteint en fin de course d'aspiration. Le clapet 15 obture, en reposant sur la paroi 2a, 30 le debouche d'un canal annulaire 17 menage au moms partiellement autour de la tige 16 du clapet et dans lequel debouche 1' extremite du conduit 14. La tige 16 du clapet 15 forme un manchon dans lequel coulisse une tige 12 solidaire de la membrane 3. Cette tige 12 est equipee a son 35 extremite libre d'un epaulement 11 (ici en forme de clo- 10 7 che) pour former un appui pour un ressort 13 d'assistance a 1'aspiration de la membrane 3 et dont 1'autre extremite s'appuie sur le clapet 15 tendant a le plaquer contre la paroi 2a. Quand la membrane 3 atteint sa position de consigne, position qui correspond a la conformation au repos de la membrane dont la raideur est telle qu' en 1' absence de toute aspiration elle tend a ouvrir le clapet 15, elle peut donc deja avoir deplace ce clapet 15 et ouvert la communication entre le conduit 14 et la chambre 7. Cette ouverture est realisee sans effort a vaincre car au moment du contact de la membrane avec la tige de commande 16 du clapet 15, 1'effort du ressort sur le clapet 15 est neutralise. En effet, cet effort s'exerce alors entre 1'epaulement 11 et la membrane 3 qui forment un equipage mobile indeformable embarquant le clapet 15. L'ouverture du clapet de compensation ne requiert donc aucun effort et la pression dans la chambre 7 est sensiblement egale, pendant la phase d'aspiration, a la pression de la cham- bre 4 de pompage, ce qui permet de realiser des aspirations sous un vide important en tout cas inferieur a 0,3 bars. Dans le debut de la course de refoulement, le clapet 15 se ferme et it faut alors vaincre 1' effort du ressort 13 avant de pouvoir deplacer la membrane 3 vers 1'avant. I1 regne alors dans la chambre 7 une pression toujours superieure a celle regnant dans la chambre de pompage 4, ce qui est plutot favorable au bon fonctionnement de la pompe (moins de degazage des gaz dissous par exemple). En fin de course de refoulement, 1'epaulement 11 peut limiter la course de la membrane 3 en prenant appui sur le clapet 15 ou sur la paroi 2a. Dans la variante representee a la figure 2, 1'epaulement 11 est en forme de cloche 11a qui forme un 35 clapet susceptible de fermer le debouche du canal 10 dans la partie 7a de la chambre hydraulique et qui isole la partie 7b de cette partie 7a lorsque la membrane 3 de-passe une position de consigne en fin de refoulement. Cette partie 7a est en communication permanente avec le clapet de de-charge 9, si bien qu'une poursuite de la course du piston 8, alors que la position de fin de refoulement est atteinte par la membrane 3, conduit a deriver 1'exces de fluide au travers du clapet de de-charge 9 vers une bache d'huile. A la figure 3, 1'organe d'obturation 15 est constitue par un tiroir 18 monte a coulissement dans un ale-sage de la cloison 2a du corps 2 de la pompe. Le tiroir 18 est tubulaire avec une collerette 19 a son extremite opposee a la membrane, sur laquelle s'applique le ressort 13 s'appuyant par ailleurs sous 1'epaulement 11 (clapet 11a), tendant ainsi a plaquer la collerette 19 contre la cloison 2a du corps 2 qui est traversee par le conduit de liaison 10. Le tiroir 18 est a diametre exterieur etage de sorte qu'une portion 18a de grand diametre recouvre he debouche du conduit 14 dans 1'alesage lorsque la collerette 19 est en appui sur la cloison 2a. Lorsque la collerette 19 est eloignee de la cloison 2a, la portion 18b de petit diametre du tiroir 18 decouvre he debouche du conduit 14 et la chambre 7 peut etre realimentee par as- piration. Le tiroir 18 forme un manchon dans lequel coulisse la tige 12 du clapet 11a ou de 1'epaulement 11. Son extremite 18c opposee a la collerette 19 est situee a proximite de la position de consigne atteinte par la mem- brane 3 en fin de course d'aspiration. Le debouche du conduit 14 Bans 1'alesage de la cloison 2a est decouvert des que la membrane 3 a atteint sa position de consigne en fin d'aspiration, c'est-a-dire des qu'elle vient au contact de 1'extremite 18c du tiroir 18 avec les memes effets que ceux decrits en regard des figures 1 et 2. Revenant a la figure 1, on constate que la partie 2 du corps de pompe constitue 1'enceinte de la chambre hydraulique 7. Cette enceinte appartient a un bati gene- ral 20 qui forme egalement support pour un moteur d'entrainement 21 et carter pour un mecanisme de transmission du moteur 21 au piston 8, mecanisme qui nest pas represents et qui generalement consiste en un systeme roue et vis sans fin, la roue etant equipee d'un excentrique d'entrainement alternatif du piston. Ce carter contient egalement un bain d'huile 22 de lubrification du mecanisme de transmission. Le carter 20 communique avec la bache 14a de la partie 2 du corps de pompe par 1'intermediaire d'un filtre 23. Ainsi, lors- qu'il y a une demande de compensation dans la chambre 7, le fluide est soutire de la bache 14a qui en consequence se complete par de 1'huile de lubrification tiree du filtre 23 elle-meme provenant du bain 22 dans le carter 20. On notera sur cette figure que le fluide de la chambre 7 derive par la soupape de decharge 9 retourne au carter 20 dans le bain 22. Cette disposition permet une construction simplifiee de la. pompe. En effet, les pompes de 1'etat de la technique mettant en muvre un clapet de compensation pi- lots par la membrane possedent toutes un fluide separe pour la chambre de commande hydraulique, ce pour en garantir la purete alors qu'un fluide de lubrification se charge progressivement de particules provenant des pieces lubrifiees en mouvement. Pour pouvoir preserver une hau- teur d'aspiration acceptable, le clapet tare doit etre tare au minimum, d'ou la mise en jeu d'efforts tres faibles pour obtenir des deplacements. Ces efforts peuvent etre inferieurs a ceux necessaires pour vaincre des efforts de frottements intempestifs engendres par d'even-tuelles particules qui viendraient bloquer le clapet. Les 10 moyens de l'invention ont permis de s'affranchir du ressort de rappel du clapet et de sa force pour la compensation : cela a permis de pouvoir admettre un fluide moms purifie. REVENDICATIONS 1. Pompe a membrane (3) comportant, dans un corps (1, 2), une chambre (7) de commande hydraulique disposee entre un piston (8) a mouvement alternatif et la membrane (3), la pompe prenant des moyens (14, 15) de compensation des fuites de la chambre hydraulique (7) comprenant un conduit (14) de re-alimentation debouchant dans la chambre hydraulique (7) au travers d'un obturateur (15) de corn- pensation normalement fertile, pilote a 1'ouverture par la membrane (3), caracterisee en ce que 1'obturateur (15) de compensation susdit est manTuvre par appui de la membrane (3) sur une extr&mite libre (16a) d'une tige (16) de sa commande, la membrane (3) etant soumise a 1'effort d'un ressort (13) d'assistance a 1'aspiration, qui coopere avec 1'obturateur (15) susdit pour le rappeler dans son &tat de fermeture, en repoussant 1'extr&mit& libre (16a) de la tige (16) de commande en direction de la membrane (3), ce ressort (13) formant avec 1'obturateur (15) un equipage mobile d&place sans etre d&forme par la membrane (3) lors d'une surcourse d'aspiration. 2. Pompe a membrane selon la revendication 1, caract&rise en ce que 1'obturateur de compensation est un clapet (15). 3. Pompe a membrane selon la revendication 1 ou la revendication 2, caracterisee en ce que 1'obturateur de compensation est un tiroir (18). 4. Pompe a membrane selon Tune des revendications pr&c&dentes, caracterisee en ce que le ressort (13) d'assistance a 1'aspiration est dispose entre 1'obturateur (15) et un epaulement (11) porte par l'extr&mit& dune tige (12) solidaire de la membrane et coaxiale a 1'obturateur (15). 5. Pompe a membrane selon la revendication 4, ca- racterisee en ce que 1'&paulement (11) constitue une bu- 12 tee de limitation du deplacement de la membrane (3) en fin de course de refoulement. 6. Pompe a membrane selon la revendication 3 ou la revendication 5, caracterisee en ce que la chambre hy- draulique (7) est en deux parties, 1'une (7a) au voisinage du piston et 1'autre (7b) au voisinage de la membrane, reliees par un canal (10), la butee (11) formant clapet d'obturation (11a) du debouche du canal (10) dans la partie (7a) de la chambre voisine du piston. 7. Pompe a membrane selon Tune quelconque des revendications precedentes, comprenant un bati general (20) formant support pour un moteur d'entrainement (21) et carter pour un mecanisme de transmission de mouvement entre le moteur et le piston (8) de la pompe et pour un bain d'huile (22) de lubrification de ce mecanisme, caracterisee en ce que la chambre hydraulique (7) est en communication permanente avec le carter (20) par le biais du conduit (14) de Lealimentation et d'un filtre (23).