Brevet FR2912788A1 — publié le 20080822

DISPOSITIF ETANCHE DE TRANSMISSION D'UN MOUVEMENT DE ROTATION A L'INTERIEUR D'UNE CHAMBRE L'invention concerne notamment un dispositif permettant de transmettre un 5 mouvement de rotation à un arbre de pompe. Dans l'art antérieur, il est connu des dispositifs étanches de transmission d'un mouvement de rotation à l'intérieur d'une chambre. io De tels dispositifs sont notamment décrits dans la demande de brevet français FR 2 746 452 au nom de la demanderesse. Le dispositif décrit dans ce document comporte un arbre moteur comprenant un tronçon d'entrée traversant une paroi de la chambre d'écoulement d'une pompe 15 et coopérant avec un moyen d'entraînement en rotation, et un tronçon incliné par rapport au tronçon d'entrée dont l'extrémité est en prise avec un arbre entraîné afin de transmettre le mouvement de rotation. Afin de garantir l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre d'écoulement, la portion de l'arbre moteur disposée dans la chambre d'écoulement est recouverte d'une 20 manchette étanche non tournante comportant deux soufflets métalliques. Les soufflets sont montés à coulissement sur le tronçon incliné afin de leur assurer une durée de vie suffisante. Toutefois, ce type de dispositif présente des inconvénients. En effet, 25 l'excentration maximale de l'extrémité du tronçon incliné par rapport au tronçon de sortie est limitée car le dépassement de cette excentration maximale conduit au flambage du soufflet. En effet, afin de limiter les contraintes générées dans les ondes du soufflet dues à la déformation des ondes, l'angle a d'inclinaison entre le tronçon d'inclinée et le tronçon d'entrée doit être limité. Ainsi, pour 30 augmenter l'excentration, la longueur du tronçon inclinée et donc du soufflet doit être augmenté. Or, l'augmentation de la longueur du soufflet par addition de plusieurs ondes réduit la rigidité du soufflet jusqu'à le rendre instable dans ces mouvements. On peut appeler cette instabilité le flambage du soufflet. Ainsi, en raison de cette impossibilité d'augmenter l'excentration sous peine de conduire au flambage du soufflet, l'effort nécessaire pour entraîner en rotation l'arbre entraîné est relativement important. L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un dispositif de transmission d'un mouvement de rotation qui soit étanche, résistant et permette de diminuer l'effort nécessaire pour actionner l'arbre entraîné en augmentant son bras de levier du dispositif. io A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation, à l'intérieur d'une chambre, d'un arbre moteur vers un arbre entraîné, ledit arbre moteur comprenant au moins un tronçon d'entrée traversant une paroi de ladite chambre et destiné à coopérer avec un moyen d'entraînement en rotation et un tronçon de sortie en prise avec 15 ledit arbre entraîné et incliné d'un angle a par rapport audit tronçon d'entrée ; le dispositif comprenant une enveloppe étanche recouvrant l'arbre moteur à l'intérieur de ladite chambre. L'enveloppe étanche comporte au moins : 20 - une portion en soufflet assurant la flexibilité de ladite enveloppe à l'intersection entre l'axe du tronçon d'entrée et l'axe du tronçon de sortie de l'arbre moteur, et -un manchon rigide prolongeant la portion en soufflet en direction de l'extrémité du tronçon de sortie de l'arbre moteur. 25 Ainsi, selon l'invention, l'enveloppe étanche est stable car la portion de soufflet utilise un nombre restreint d'éléments annulaires juxtaposés. En outre, l'excentration de l'extrémité de la portion inclinée peut être augmentée en proportion de la longueur du manchon rigide car cette portion de l'enveloppe ne 30 nuit pas à la rigidité de l'enveloppe. Ainsi, l'effort nécessaire pour la rotation de l'arbre entraîné est diminué par l'augmentation du bras de levier. Avantageusement, la portion en soufflet s'étend d'une distance égale de part et d'autre de ladite intersection afin de décrire un arc de cercle. Ainsi, les contraintes sont réparties de manière égale sur chaque ondes. De préférence, afin d'obtenir une excentration importante, la longueur du manchon rigide est supérieure à la moitié de la longueur de la portion en soufflet. Par ailleurs, dans les dispositifs de l'art antérieur, les enveloppes en soufflet io sont soumises à des déformations dues à la différence de pression entre l'intérieur de l'enveloppe et la chambre. En effet, un soufflet dont l'axe décrit un arc de cercle va en cas de mise en pression changer de forme. Dans de telles circonstances, la forme prise par le soufflet dépend du sens de l'écart de pression. Si la pression à l'intérieur du soufflet est supérieure à celle régnant à 15 l'intérieur de la chambre alors ledit soufflet va se cintrer. Au contraire, si la pression dans le soufflet est inférieure à la pression dans la chambre alors le soufflet se redresse. La conséquence de ces déformations est une augmentation des contraintes dans certaines ondes du soufflet, conduisant à une diminution de la durée de vie desdits soufflets. 20 Avantageusement, afin de résoudre le problème susmentionné, l'enveloppe étanche est remplie d'un liquide afin d'équilibrer la pression entre l'intérieur de la chambre et l'intérieur de l'enveloppe. Le remplissage du volume intérieur d'une cavité souple et étanche avec un liquide est une solution efficace pour résoudre 25 le problème mentionné ci-dessus. Dans un mode de réalisation préféré, le liquide est un lubrifiant dégazé car un tel liquide permet de limiter les frottements et de diminuer la corrosion. 3o Avantageusement, l'enveloppe étanche est d'une part fixée à la chambre et d'autre part montée sur l'arbre moteur par un palier coulissant L'enveloppe étanche possède donc un degré de liberté axiale à une de ses extrémités. Ainsi, l'enveloppe est adaptée à subir des dilatations ou contractions du liquide en fonction des évolutions de température à l'intérieur de la chambre. Avantageusement, l'arbre moteur est monté en rotation par l'intermédiaire d'un palier monté sur un support s'étendant à l'intérieur de ladite chambre. Ainsi, le palier de l'arbre moteur est proche du point de transmission du couple ce qui permet de diminuer les efforts appliqués sur ledit palier. io Avantageusement, le tronçon de sortie de l'arbre moteur est fixé sur le tronçon d'entrée par l'intermédiaire d'un flasque support. Ainsi, la longueur du tronçon d'entrée est augmentée et le palier de support de l'arbre moteur peut être disposé de manière plus proche du point de transmission du couple. 15 Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend une pièce de connexion positionnée à l'extrémité de l'arbre moteur, l'arbre entraîné étant pourvu d'un berceau de réception de ladite pièce de connexion. Avantageusement, l'enveloppe étanche est réalisée dans un matériau 20 métallique inoxydable ou dans un matériau composite. Ainsi, le matériau de l'enveloppe est chimiquement compatible avec toutes sortes de liquide pompé et résiste à une utilisation à hautes températures. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un 25 dispositif étanche de transmission selon le premier aspect de l'invention comportant une étape de remplissage de l'enveloppe étanche avec un liquide afin d'équilibrer la pression entre la chambre et l'intérieur de l'enveloppe. De préférence, ledit procédé comporte en outre une étape antérieure à l'étape 3o de remplissage consistant mettre à mettre sous vide ladite enveloppe étanche. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif de transmission d'une rotation d'un arbre moteur vers un arbre entraîné selon l'invention ; - la figure 2 illustre de façon schématique la connexion entre l'arbre moteur et l'arbre entraîné ; - la figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif de transmission du mouvement selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; io - la figure 4 représente l'arbre moteur du dispositif de transmission de la figure 3; - la figure 5 est une vue du dispositif de la figure 3, illustrant de façon plus détaillée l'enveloppe étanche et la connexion entre l'arbre moteur et l'arbre 15 entraîné ; - la figure 6 est une vue agrandie en coupe du dispositif de la figure 3 ; - la figure 7 est une vue en coupe du support de palier de l'arbre moteur 20 s'étendant à l'intérieur de la chambre selon le mode de réalisation de la figure 3; - la figure 8 est une vue en perspective du berceau de réception de la pièce de connexion solidaire de l'extrémité de l'arbre moteur selon le mode de 25 réalisation de la figure 3 ; et - la figure 9 est une vue en coupe dans le plan IX-IX de la figure 3. La figure 1 illustre schématiquement un dispositif de transmission du 30 mouvement de rotation d'un arbre moteur 1 vers un arbre entraîné 2. La transmission du mouvement s'effectue à travers une chambre 7 emplie d'un fluide. L'arbre moteur 1 et l'arbre entraîné 2 sont montés en rotation sur la chambre par des paliers 12, 13. Le dispositif de transmission selon l'invention est particulièrement destiné à une pompe. Ainsi, la chambre 7 peut notamment être une chambre d'écoulement d'une pompe traversée par le produit véhiculé ou une chambre d'étanchéité auxiliaire à la chambre d'écoulement ; l'arbre entraîné 2 peut notamment être un arbre de pompe sur lequel est installé l'organe de pompage de la pompe. L'arbre moteur 1 comprend un tronçon d'entrée 3 et un tronçon de sortie 4 qui est incliné d'un angle a par rapport au tronçon d'entrée 3. Le tronçon d'entrée 3 traverse une paroi 14 de la chambre 7 et coopère avec un moyen io d'entraînement en rotation placé à l'extérieur de la chambre, tel qu'un moteur, non représenté. Le tronçon d'entrée 3 est coaxial à l'arbre entraînée 2. L'arbre entraîné 2 comprend un berceau en U 5 permettant d'accueillir l'extrémité excentrée de l'arbre moteur 1. L'excentricité à l'extrémité de l'arbre moteur 1 résultant de l'inclinaison du tronçon de sortie 4 est désignée E. L'effort 15 nécessaire à la transmission du couple à l'arbre entraîné 2 est inversement proportionnel à l'excentration E. Afin de garantir l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre 7, la partie de l'arbre moteur 1 disposée à l'intérieur de la chambre 7 est recouverte 20 d'une enveloppe étanche 8 non tournante autour de son axe comprenant deux portions : une portion en soufflet 9 et un manchon 10 prolongeant ladite portion en soufflet 9 vers le tronçon de sortie 4. L'enveloppe 8 est montée d'une part fixe par rapport à la chambre 7 et d'autre part montée en rotation sur le tronçon de sortie 4 de l'arbre moteur 1 par un palier coulissant 11. Le palier coulissant 25 11 peut notamment être un palier lisse ou un palier à roulement. La portion en soufflet 9 permet d'assurer la flexibilité de l'enveloppe 8 au voisinage de l'intersection I entre l'axe dl du tronçon d'entrée 3 et l'axe d2 du tronçon de sortie. Dans le mode de réalisation représenté, le soufflet est 30 constitué d'une série d'éléments annulaires 6. Afin de limiter les contraintes dans ces éléments annulaires 6, le soufflet 9 décrit un arc de cercle. À cet effet, le soufflet 9 s'étend d'une longueur égale a et a' de part et d'autre de l'intersection I. Le manchon 10, de préférence cylindrique, est rigide et permet de prolonger l'enveloppe 8 sans pour autant accroître son instabilité. Avantageusement, afin d'obtenir une excentricité E suffisante, l'augmentation de l'excentration apportée par la portion du tronçon de sortie 4 recouverte par le manchon 10 de longueur m est au moins égale à l'excentration e résultant de la portion du tronçon de sortie 4 recouverte par le soufflet 9. Ainsi, la longueur du manchon 10 est supérieure à 50 % de la longueur de la portion en soufflet 9. Dans un mode de réalisation, l'enveloppe étanche 8 est réalisée en acier io inoxydable. On peut toutefois envisager sa réalisation dans tout autre matériau possédant des caractéristiques physiques et chimiques adéquates à cette application, et notamment la céramique. Afin d'équilibrer la pression entre l'intérieur de la chambre 7 et l'intérieur de 15 l'enveloppe 8, l'enveloppe étanche 8 est remplie d'un liquide, de préférence un lubrifiant. A cet effet, lorsque l'arbre moteur 1 et l'enveloppe 8 sont situés à l'intérieur de la chambre 7, le procédé de fabrication du dispositif prévoit de faire le vide à l'intérieur de l'enveloppe 8 via un ou plusieurs orifices non représentés. Lorsque le vide est effectué à l'intérieur de l'enveloppe 8, le procédé de 20 montage prévoit de remplir l'enveloppe 8, via le ou lesdits orifices, avec le lubrifiant. Les figures 3 à 8 décrites ci-dessous illustrent un mode de réalisation particulier de l'invention. 25 L'arbre moteur illustré sur la figure 4 présente également un tronçon d'entrée 3 et un tronçon de sortie 4 incliné d'un angle a. Toutefois, dans ce mode de réalisation, le tronçon de sortie 4 est porté par un flasque support 15 permettant de déplacer latéralement ledit tronçon de sortie 4 par rapport au tronçon 30 d'entrée 3. Ainsi, l'intersection théorique I entre l'axe dl du tronçon d'entrée 2 et l'axe d2 du tronçon de sortie 3 est située dans une portion intermédiaire du tronçon d'entrée 3. L'arbre moteur 2 est monté sur la chambre par l'intermédiaire de deux paliers 12, 16 (voir figure 3). Un premier palier 16 est porté par un support 17 de palier s'étendant vers l'extérieur de la chambre 7 et un second palier 12 est porté par un support 18 de palier s'étendant à l'intérieur de la chambre 7. Les deux supports 17, 18 de palier sont montés solidaires de la chambre 7, non représentée sur les figures 3 à 9. Afin de diminuer la force exercée sur les paliers 12, 16 lors de la transmission du mouvement, on cherche à placer le second palier 12 le plus près possible du point de transmission du mouvement entre les deux arbres 1, 2. Cette réalisation est donc particulièrement io avantageuse car la conception de l'arbre moteur 1 illustrée sur la figure 4 associée à un support 18 de palier s'étendant à l'intérieur de la chambre 7 permet de disposer le second palier 12 très proche de l'extrémité de l'arbre moteur 1. 15 La figure 7 illustre de façon détaillée ladite pièce de support 18 de palier. À une première extrémité, le support 18 comprend une bride de fixation 19 sur la chambre 7, pourvu d'orifices 20 destinés à recevoir des organes de fixation non représentés. Un alésage cylindrique 21 s'étend de la bride de fixation 19 vers l'intérieur de la chambre 7 et permet le passage de l'arbre moteur 1. En 20 fonctionnement, l'alésage 21 est également rempli de lubrifiant. À sa seconde extrémité, l'alésage 21 comprend un logement 22 permettant la réception du second palier 12. Par ailleurs, l'enveloppe étanche 8, illustrée de façon détaillée sur la figure 6, est 25 d'une part solidaire d'un collier de fixation 23 solidaire du support de palier 19 lui-même fixé à la chambre 7 et d'autre part montée en rotation sur le tronçon de sortie 3 de l'arbre moteur 1 par un palier coulissant 11. L'arbre moteur 1 est pourvu à son extrémité d'une pièce de connexion 24, 30 représentée de façon détaillée sur les figures 6 et 9. Ladite pièce de connexion 24 est reçue dans un berceau 5 en U, représenté sur les figures 8 et 9, solidaire de l'extrémité de l'arbre entraîné 2. La pièce de connexion 24 comporte un logement cylindrique 25 permettant de recevoir l'extrémité de l'arbre moteur et un double palier 11, 26. L'enveloppe étanche 8 est fixée à la pièce intermédiaire 27 dudit double palier 11, 26. La pièce intermédiaire 27 est montée coulissante sur l'arbre moteur 1. Ainsi, comme nous l'avons vue précédemment, l'enveloppe 9 est montée sur l'arbre moteur 1 via un palier coulissant 11. Le double palier 11, 26 permet à l'enveloppe 8 d'être non tournante sur elle-même alors que la pièce de connexion 24 et l'arbre moteur 1 sont animés d'un mouvement de rotation. Le berceau 5 à une fonction de transmission du mouvement, comparable à la fonction d'une manivelle, et est fixé à une extrémité de l'arbre entraînée 2. Dans io le mode de réalisation représenté, la pièce de connexion 24 et le berceau 5 possèdent des parois d'appui 28a, 29a, 28b, 29b sensiblement planes de façon à augmenter les surfaces de contact entre ces deux éléments. Dans le mode de réalisation représenté, l'arbre entraîné 2 est supporté par deux 15 paliers 13, 30 s'étendant de part et d'autre de la chambre d'écoulement 31 de la pompe (voir figure 3) et comprend des organes de pompage permettant de faire circuler le liquide à travers la chambre 31. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que 20 l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation, à l'intérieur d'une chambre (7), d'un arbre moteur (1) vers un arbre entraîné (2), ledit arbre moteur (1) comprenant au moins un tronçon d'entrée (3) traversant une paroi (14) de ladite chambre (7) et destiné à coopérer avec un moyen d'entraînement en rotation et un tronçon de sortie (4) en prise avec ledit arbre entraîné (2) et incliné d'un angle a par rapport audit tronçon d'entrée (2) ; le dispositif comprenant une enveloppe étanche (8) recouvrant l'arbre io moteur (2) à l'intérieur de ladite chambre (7) ; ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'enveloppe étanche (8) comporte au moins : - une portion en soufflet (9) assurant la flexibilité de ladite enveloppe (8) à l'intersection I entre l'axe (dl) du tronçon d'entrée (3) et l'axe (d2) du tronçon 15 de sortie (4) de l'arbre moteur (1), et - un manchon rigide (10) prolongeant la portion en soufflet (9) en direction de l'extrémité du tronçon de sortie (4) de l'arbre moteur (1). 2. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation selon la 20 revendication 1, dans lequel la portion en soufflet (9) s'étend d'une distance égale de part et d'autre de ladite intersection I afin de décrire un arc de cercle. 3. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation selon l'une 25 quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la longueur du manchon rigide (10) est supérieure à la moitié de la longueur de la portion en soufflet (9). 4. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation selon l'une 30 quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'enveloppe étanche (8) est remplie d'un liquide afin d'équilibrer la pression entre la chambre (7) et l'intérieur de l'enveloppe (8). 2912788 Il 5. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation selon la revendication 4, dans lequel ledit liquide est un lubrifiant dégazé. 6. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation selon l'une 5 quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'enveloppe étanche (8) est d'une part fixée à la chambre (7) et d'autre part montée sur l'arbre moteur (1) par un palier coulissant (11). 7. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation selon l'une io quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'arbre moteur (1) est monté en rotation par l'intermédiaire d'un palier (12) monté sur un support (18) s'étendant à l'intérieur de ladite chambre (7). 8. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement selon l'une des 15 revendications 1 à 7, dans lequel le tronçon de sortie (4) de l'arbre moteur (1) est fixé sur le tronçon d'entrée (3) par l'intermédiaire d'un flasque support (15). 9. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation selon l'une 20 quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une pièce de connexion (24) solidaire d'une extrémité de l'arbre moteur (1), l'arbre entraîné (2) étant pourvu d'un berceau de réception (5) de ladite pièce de connexion (24). 10. Dispositif étanche de transmission d'un mouvement de rotation selon l'une 25 des revendications 1 à 8, dans lequel l'enveloppe étanche (8) est réalisée dans un matériau métallique inoxydable ou dans un matériau composite. 11. Procédé de fabrication d'un dispositif étanche de transmission selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de 30 remplissage de l'enveloppe étanche (8) avec un liquide afin d'équilibrer la pression entre l'intérieur de la chambre (7) et l'intérieur de l'enveloppe (8). 12. Procédé de fabrication selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une étape antérieure à l'étape de remplissage consistant à mettre sous vide ladite enveloppe étanche (8).