Brevet FR2944070A1 — publié le 20101008

Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine volumétrique hydrostatique comportant un tambour à cylindres monté autour d'un axe de rotation et muni des logements de piston recevant chacun un piston coulissant longitudinalement, les pistons étant montés par l'intermédiaire respectivement d'un organe de roulement en forme de rouleau, tenu dans un logement du piston par l'intermédiaire d'un palier lisse, notamment d'un palier lisse à décharge hydrostatique en s'appuyant contre un chemin de circulation générant la course. Etat de la technique Dans de telles machines volumétriques hydrostatiques, par exemple des machines à pistons radiaux ou à pistons axiaux à une ou plusieurs courses, il est connu de recevoir les efforts exercés par les pistons par l'intermédiaire d'un organe de roulement en forme de galet cylindrique sur un disque de soulèvement muni du chemin de circulation. L'organe de roulement est monté dans le piston par l'intermédiaire d'un palier lisse. Il est déjà connu de réaliser le palier lisse ou coussinet sous la forme d'une coquille de palier lisse en un matériau composite métal-matière plastique ; ce coussinet est réalisé sur le piston et reçoit l'organe de roulement. Les propriétés des matériaux de la combinaison métal-matière plastique dans de telles machines de refoulement, se traduisent néanmoins par une tenue en température, limitée et une faible résistance à la température pour le palier lisse. Si la machine volumétrique fonctionne à des pressions élevées et/ou à des vitesses de rotation élevées, les forts couples de friction au niveau du palier lisse se traduisent par un dégagement de chaleur important et ainsi à une température élevée, auxquels est exposé le palier lisse ou coussinet formé entre l'organe de roulement et le piston, cela réduit fortement la durée de vie de la machine volumétrique. A cause de tels inconvénients, les machines volumétriques s'utilisent uniquement à des pressions situées dans la plage dite des pressions moyennes de l'ordre d'environ 200 à environ 300 bars, en outre, il faut éviter des vitesses de rotation élevées. Il en 2 résulte qu'une telle machine volumétrique ne présente qu'une faible densité de puissance. Pour éviter cette situation, dans le cas de machines volumétriques du type défini ci-dessus, il est connu de décharger le palier lisse entre le piston et l'organe de roulement par effet hydrostatique. Selon le document DE 10 2005 058 323 Al, on connaît une machine à pistons axiaux à plusieurs courses et à miroir incliné. Le palier lisse entre l'organe de roulement en forme de galet et la cavité du piston, comporte un moyen de décharge hydrostatique; ce moyen se compose d'une poche de pression au centre de la cavité du piston. Cette poche de pression est concentrique à l'axe longitudinal du piston et elle communique avec la chambre de refoulement mise en pression par l'intermédiaire d'un canal de liaison dans le piston. Cette décharge hydrostatique de l'organe de roulement, permet de faire fonctionner la machine volumétrique à des pressions plus élevées. Lorsque l'organe de roulement roule sur le chemin de circulation, on a des contraintes de Hertz, élevées au niveau du point de contact entre l'organe de roulement et le chemin de circulation du disque de soulèvement; cela se traduit par des contraintes d'arêtes élevées. Pour éviter des augmentations de contraintes dans la zone des arêtes de l'organe de roulement, le document DE 10 2005 058 323 Al, prévoit déjà de réaliser l'organe de roulement en forme de galet en lui donnant une forme de tonneau ; cela traduit par un tracé profilé de la surface enveloppe au niveau des zones frontales du galet en forme de tonneau et ainsi par une réduction de l'arête. Toutefois, dans la mesure où le palier lisse est formé avec une poche de pression constituée par un logement réalisé sous la simple forme d'un perçage dans le piston, la réduction d'arête au niveau du rouleau en forme de tonneau se traduit par une augmentation de l'intervalle d'étanchéité du palier lisse entre la poche de pression et le galet en forme de tonneau. Cet intervalle d'étanchéité, augmenté pour le palier lisse, augmente aussi les fuites à travers l'intervalle d'étanchéité entre la poche de pression et le galet en forme de tonneau et/ou par une chute de pression plus rapide dans la direction de l'écoulement dans l'intervalle d'étanchéité se traduisant par 3 une portance réduite du palier lisse et ainsi une diminution de la densité de puissance pour la machine volumétrique. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une machine volumétrique de faible encombrement, offrant une densité de puissance élevée tout en réduisant les contraintes d'arêtes. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne une machine volumétrique du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que, dans la zone frontale de l'organe de roulement en forme de galet, le chemin de circulation a respectivement une arête profilée. Ainsi l'idée selon l'invention, consiste non pas de profiler l'arête de l'organe de roulement en réalisant l'organe de roulement comme galet en forme de tonneau, mais d'éviter les contraintes d'arêtes entre l'organe de roulement et le chemin de circulation par un profil équivalent du chemin de circulation. Ainsi, l'organe de roulement pourra être réalisé sans arête profilée et ainsi sans réduction d'arête ce qui donne une plus grande portance à l'organe de roulement monté dans le piston par l'intermédiaire d'un palier lisse ou coussinet, par exemple d'un palier lisse en un matériau composite métal-matière plastique. L'arête profilée du chemin de circulation, permet ainsi d'augmenter de manière simple la densité de puissance de la machine volumétrique. Dans la mesure où le palier lisse est réalisé sous la forme d'un palier lisse à décharge hydrostatique, l'arête profilée selon l'invention du chemin de circulation offre des avantages supplémentaires car, comme l'organe de roulement n'est pas profilé, on aura un intervalle d'étanchéité plus réduit pour le palier lisse entre la poche de pression et l'organe de roulement. Cela se traduit par une réduction des fuites permettant une portance plus élevée du palier lisse et ainsi une densité de puissance plus élevée de la machine volumétrique. En réduisant l'intervalle d'étanchéité du palier lisse entre la poche de pression et l'organe de roulement, on améliore la décharge hydrostatique et on la rend plus efficace. Pour un même encombrement, on a une plus grande portance du palier lisse et ainsi un rendement 4 plus élevé de la machine volumétrique avec une plus grande densité de puissance ; réciproquement, pour une même portance on pourra réduire l'encombrement du palier lisse. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'arête profilée du chemin de circulation consiste à donner au chemin de circulation, dans la zone frontale, des organes de roulement en forme de galets, un contour s'écartant des organes de roulement en forme de galets et notamment un contour convexe. Un tel contour convexe du chemin de circulation, permet de réduire de manière simple l'arête au niveau du chemin de roulement ou de circulation dans la zone des faces frontales de l'organe de roulement et de diminuer ainsi les contraintes d'arêtes entre les zones côté frontal de l'organe de roulement et le chemin de circulation. L'arête profilée selon l'invention et la réduction de l'arête au niveau du chemin de circulation pour éviter les contraintes d'arêtes, par un développement avantageux de l'invention, prévoit de munir les pistons d'une cavité en forme de perçage recevant et retenant l'organe de roulement. La suppression de l'arête profilée de l'organe de roulement, permet de réaliser la cavité du piston sous la forme d'un perçage transversal facile à faire ce qui se traduit par une fabrication économique du palier lisse. Dans le cas d'un palier lisse à décharge hydrostatique, pour assurer la décharge hydrostatique de l'organe de roulement, il est prévu au moins une poche de pression entre la cavité et l'organe de roulement. La poche de pression peut communiquer par un canal de liaison approprié dans le piston avec la chambre de refoulement délimitée entre le piston et le logement du piston dans le tambour à cylindres, pour être ainsi exposée à la haute pression. La poche de pression peut être usinée dans la cavité du piston en forme de perçage transversal. Une telle réalisation de la poche de pression dans le piston, est possible par exemple en choisissant pour le piston, un matériau très avantageux du point de vue tribologique. On peut réduire les moyens de fabrication pour réaliser la poche de pression si selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, par une coupelle de palier lisse prévu dans la cavité. Le chemin de circulation peut être usiné par un procédé d'usinage avec enlèvement de copeaux, notamment un procédé de fraisage ce qui permet de réaliser l'arête profilée et la réduction d'arête du chemin de circulation d'une manière simple. 5 Dans la mesure où selon un développement avantageux de l'invention, le chemin de circulation est usiné par un procédé électrochimique d'enlèvement de matière, les moyens de fabrication à mettre en oeuvre pour le chemin de circulation et l'arête profilée avec une réduction d'arête sur le chemin de circulation, peuvent être io diminués encore plus. Un tel procédé électrochimique d'enlèvement de matière est par exemple le procédé PEM (Procédé d'Usinage Electrochimique de Précision). Selon ce procédé, le chemin de circulation est polarisé comme anode (polarité positive) et l'outil est polarisé comme cathode (polarité négative). Un tel procédé 15 électrochimique d'enlèvement de matière est un procédé de dégagement qui ne produit aucune usure de l'outil par le procédé. En donnant la forme appropriée à la cathode de l'outil, on génère et réalise ainsi la structure et la forme du chemin de circulation avec la réduction d'arête par des moyens simples. 20 Selon un développement avantageux de l'invention, l'organe de roulement en forme de galet, peut être un galet cylindrique avec une surface enveloppe droite et ainsi sans profil au niveau des arêtes. La cavité du piston sera réalisée de manière simple sous la forme d'un perçage transversal cylindrique. 25 Selon un autre développement de l'invention, l'organe de roulement en forme de galet est un galet conique ayant une surface enveloppe droite et ainsi aucune arête profilée. Pour un tel organe de roulement avec une surface enveloppe plane, la cavité dans le piston pourrait être réalisée de manière simple sous la forme d'un perçage 30 tronconique. La machine volumétrique selon l'invention, peut être une machine à une ou plusieurs courses et fonctionner comme pompe ou comme moteur. Le principe selon l'invention de l'arête profilée du chemin de circulation peut être appliqué dans un développement de la 35 machine volumétrique comme machine à pistons radiaux ou comme 6 machine à pistons axiaux. La machine à pistons axiaux peut être une machine à plateau incliné avec un tambour à cylindres monté rotatif autour de l'axe de rotation ou une machine à plateau oscillant, avec un chemin de circulation monté à rotation autour de l'axe de rotation. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une machine volumétrique selon l'invention, - la figure 2 montre un détail à échelle agrandie de la figure 1, - la figure 3 montre un second mode de réalisation d'une machine volumétrique selon l'invention suivant une représentation analogue à celle de la figure 2. Description des modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre une machine hydrostatique volumétrique 1 selon l'invention réalisée par exemple comme machine à pistons axiaux à plusieurs courses. Cette machine est représentée en coupe longitudinale. La machine volumétrique 1 comporte un tambour à cylindres 2 tournant autour d'un axe de rotation D. Le tambour comporte plusieurs logements de piston 3, concentriques à l'axe de rotation D et recevant en coulissement longitudinal chacun un piston 4. Les pistons 4 s'appuient par l'intermédiaire d'un organe de roulement W en forme de galet sur un chemin de roulement 6 réalisé sur la face frontale d'un disque de soulèvement 7 solidaire du boîtier. Le tambour à cylindres 2 s'appuie à l'opposé du disque de soulèvement 7, dans la direction axiale, contre une surface de commande 8 solidaire du boîtier ; elle peut être réalisée sur un fond de commande 9 en forme de disque et comporter des fentes de commande en forme de rognons, constituant un branchement d'entrée 10 et un branchement de sortie 11 pour la machine de refoulement 1. Le tambour à cylindres 2 est muni d'un canal de liaison 12 pour chaque logement de piston 3. Lors de la rotation du tambour à cylindres 2, ce canal de liaison permet de relier la chambre de refoulement V formée 7 par le logement 3 et le piston du branchement d'entrée 10 ainsi qu'au branchement de sortie 11. En outre, le tambour à cylindres 2 est relié solidairement en rotation d'un arbre d'entraînement 13 concentrique à l'axe de rotation D, par exemple par l'intermédiaire d'une denture 14. Un ressort 15 sollicite le tambour à cylindres 2 en direction de la surface de commande 8. Dans la machine volumétrique 1 selon l'invention, les organes de roulement W en forme de galets, par lesquels les pistons 4 s'appuient sur le chemin de circulation 6, sont logés dans une cavité 16 en forme de perçage du piston respectif, la cavité 16 du piston 4 entoure l'organe de roulement W à la manière d'une cage et un palier lisse G est formé entre le piston 4 et l'organe de roulement W. La face frontale du piston 4 tournée vers le chemin de roulement 6 comporte une cavité 16 recevant l'organe de roulement W. La cavité 16 est en forme de perçage d'axe perpendiculaire à l'axe longitudinal K du piston, cette cavité est disposée pour que l'organe de roulement W soit tenu en rotation autour d'un axe de rotation R perpendiculaire à l'axe de rotation D, dans deux segments latéraux du logement 16 du piston 4, qui chevauchent chaque fois l'équateur de l'organe de roulement. La cavité 16 entoure ainsi l'organe de roulement W sur au moins 180°. Un palier lisse G à décharge hydrostatique est réalisé entre la cavité 16 du piston 4 et l'organe de roulement W dans le mode de réalisation de la machine volumétrique selon l'invention telle que représentée. La figure 2 montre à échelle agrandie le détail X de la figure 1. Le palier lisse G à décharge hydrostatique (comme cela apparaît à la figure 2) comprend une poche de pression 20 dans le logement 16. Cette poche de pression est réalisée dans une rondelle de palier lisse 21. La rondelle de palier lisse 21 est placée dans le logement 16 et communique toujours par un canal de liaison 22 du piston 4 avec le côté frontal droit du piston 4 selon la figure 1 et ainsi avec la chambre de refoulement V de la machine volumétrique 1. 8 La poche de pression 20 s'étend dans la direction périphérique de l'organe de roulement W et se termine dans la direction longitudinale axiale de l'organe de roulement W avant les zones frontales 23 de l'organe de roulement W. La figure 2 montre uniquement la zone radiale extérieure de l'organe de roulement W qui est réalisée de façon identique à la zone radiale intérieure. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 1 et 2, l'organe de roulement W est sous la forme d'un galet cylindrique 25 ayant une surface enveloppe droite et non profilée. Le logement 16 du piston 4 est formé par un perçage transversal cylindrique non profilé. Pour réduire les tensions aux arêtes entre l'organe de roulement W et le chemin de circulation 6 lorsque l'organe de roulement W roule sur le chemin de circulation 6, selon l'invention, le chemin de circulation 6, et ainsi le disque de soulèvement 7, sont munis dans la zone frontale 23 de l'organe de roulement W, respectivement, d'une arête profilée P. A cet effet sur le chemin de circulation 6 au niveau des deux faces frontales de l'organe de roulement W, le disque de soulèvement 7 a chaque fois un contour qui s'écarte de l'organe de roulement W avec un tracé convexe 26 pour arriver à une réduction au niveau des arêtes. La figure 3 montre un second mode de réalisation de l'invention avec un organe de roulement W en forme de galet conique 27. Le galet conique 27 (ou plus exactement le galet tronconique 27), présente une surface enveloppe droite et non profilée. Le logement 16 du piston 4 est formé dans ce cas par un perçage transversal tronconique non profilé. Selon les figures 1 et 2, le chemin de circulation 6 du disque de soulèvement 7 présente au niveau des deux zones frontales 23 du galet conique 27, une arête profilée P à tracé convexe 26 pour le chemin de circulation 6, réalisant une réduction au niveau des arêtes et se traduisant ainsi par une réduction des tensions au niveau des arêtes. La réalisation de l'arête profilée P selon l'invention au niveau du disque de soulèvement 7 dans la zone du chemin de circulation 6, réalise une réduction des arêtes diminuant la contrainte 9 des arêtes lors du roulement de l'organe de roulement W formé par le galet cylindrique 25 ou le galet tronconique 27 sur le chemin de circulation 6 dans la zone des faces frontales 23 de l'organe de roulement W. L'organe de roulement W formé par le galet 25 ou le galet conique 27, peut être ainsi avoir une surface enveloppe plane et non profilée pour réaliser un intervalle d'étanchéité 28 réduit au niveau du palier lisse G déchargé hydrostatiquement entre la poche de pression 20 et l'organe de roulement W dans les zones frontales 23, cet intervalle d'étanchéité 28, réduit, du palier lisse G, permet d'avoir des fuites réduites. L'intervalle d'étanchéité 28, réduit, du palier lisse G entre les extrémités axiales de la poche de pression 20 et les faces frontales de l'organe de roulement W, conduit à une augmentation de la portance du palier lisse G et ainsi de la machine volumétrique 1, pour un encombrement donné du palier lisse G, cela permet une densité de puissance plus importante et un rendement plus élevé. En outre, pour une portance restant identique du palier lisse G, on peut diminuer l'encombrement du palier lisse G. L'arête profilée P du chemin de circulation 6 du disque de soulèvement 7, permet en outre une réalisation simple et économique de la cavité 16 du piston 4 par un perçage transversal cylindrique pour un galet cylindrique 25 ou par un perçage transversal conique pour un galet tronconique 27. La présente invention n'est pas limitée à la réalisation du palier lisse G sous la forme d'un palier lisse G à décharge hydrostatique. Il est également possible de réaliser le palier lisse sous la forme d'une coupelle de palier lisse en un matériau composite métal-matière plastique.30 NOMENCLATURE 1 machine volumétrique hydrostatique 2 tambour à cylindres s 3 logement de piston 4 piston 6 chemin de circulation 7 disque de soulèvement 10 8 surface de commande 9 fond de commande 10 branchement d'entrée 11 branchement de sortie 12 canal de liaison 15 13 arbre d'entraînement 14 denture 15 ressort 16 cavité 20 20 poche de pression 22 canal de liaison 23 zone de l'organe de roulement W 25 galet cylindrique 26 tracé de contour 25 27 galet tronconique 28 intervalle d'étanchéité G palier lisse W organe de roulement 30 P arête profilée 35 REVENDICATIONS1 °) Machine volumétrique hydrostatique comportant un tambour à cylindres monté autour d'un axe de rotation et comportant des logements de piston recevant chacun un piston coulissant longitudinalement, les pistons étant montés par l'intermédiaire respectivement d'un organe de roulement en forme de rouleau, tenu dans un logement du piston par l'intermédiaire d'un palier lisse, notamment d'un palier lisse à décharge hydrostatique en s'appuyant contre un chemin de circulation générant la course, caractérisé en ce que dans la zone frontale (23) de l'organe de roulement (W) en forme de galet, le chemin de circulation (6) a respectivement une arête profilée (P). 15 2°) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le chemin de circulation (6) de la zone frontale (23) de l'organe de roulement (W) en forme de galet est muni d'un tracé de contour 20 s'écartant de l'organe de roulement (W) en forme de galet, notamment un tracé de contour convexe (26). 3°) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que 25 le piston (4) est muni d'une cavité en forme de perçage (16) pour recevoir et tenir l'organe de roulement (W). 4°) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 3, caractérisée par 30 au moins une poche de pression (20) entre la cavité (16) et l'organe de roulement (W) pour assurer la décharge hydrostatique de l'organe de roulement (W). 5°) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 4, 35 caractérisée en ce que1512 la poche de pression (20) est réalisée dans une coupelle de palier lisse (21) logée dans la cavité (16). 6°) Machine volumétrique hydrostatique selon l'une des revendications s 1 à5, caractérisée en ce que le chemin de circulation (6) est usiné par un procédé d'usinage avec enlèvement de copeaux, notamment un procédé de fraisage ou un procédé électrochimique d'enlèvement de matière. 10 7°) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe de roulement (W) en forme de galet est un galet cylindrique (25) ou un galet tronconique (27). 8°) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la machine est à une course ou à plusieurs courses. 20 9°) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la machine volumétrique (1) est une machine à pistons radiaux. 10°) Machine volumétrique hydrostatique selon la revendication 1, 25 caractérisée en ce que la machine volumétrique (1) est une machine à pistons axiaux. 30