Brevet FR2999661A1 — publié le 20140620

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un système tribolo- gigue d'un module de piston d'une machine hydrostatique à pistons radiaux équipé de tels modules. Etat de la technique Il est connu que les systèmes tribologiques sont utilisés dans la construction mécanique et dans la structure des mécanismes de précision qui décrivent la coopération entre les organes en contact dans leurs mouvements relatifs. En particulier un système tribologique dans la construction mécanique décrit le frottement et l'usure entre des organes qui coopèrent directement et, le cas échéant avec des matières intermédiaires. La matière intermédiaire ainsi utilisée est par exemple un lubrifiant. Il est en outre connu par exemple dans les machines à pistons radiaux, d'utiliser des modules de piston dans lesquels un pis- ton guidé dans un cylindre s'appuie par un organe de roulement monté dans le piston contre une came entourant le module de piston. Le cylindre recevant le piston peut faire partie d'un organe cylindrique en rotation qui tourne par rapport à la came fixe. Une telle machine à pis- tons radiaux comportant plusieurs modules de piston est par exemple connu selon le document DE 40 37 455 Cl. L'inconvénient de tels modules de piston est le frottement entre le piston et l'organe de roulement coopérant avec celui-ci et qui diminue le rendement de la machine à pistons radiaux, notamment son rendement au démarrage. C'est pourquoi on connaît certaines applications dans lesquelles le rendement de la machine à pistons radiaux est amélioré par un soutien en pression hydrostatique entre le piston et l'organe de roulement. Le but est de diminuer le frottement entre le piston et l'organe de roulement pendant le fonctionnement, c'est-à-dire pendant la course active. Une telle application est par exemple décrite dans le document DE 10 2010 032 058 Al. L'inconvénient de cette solution est que le soutien en pression n'améliore pas de manière significative le rendement au démarrage et occasionne en outre des coûts de fabrica- tion relativement élevés. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un sys- tème tribologique d'un module de piston dont le rendement au démar- rage soit augmenté avec des moyens constructifs aussi simples que possible. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un système tribolo- gique pour un module de piston comportant un piston et au moins un organe de roulement logé à rotation dans un logement d'organe de rou- lement du piston, ce système étant caractérisé en ce que au moins la surface de l'organe de roulement est polie. Un tel système tribologique diminue significativement le frottement entre la coupelle de palier et l'organe de roulement et aug- mente dans ces conditions de manière significative le rendement au démarrage du module de piston. On a ainsi constaté que le rendement au démarrage d'une machine à pistons radiaux équipée de tels modules de pistons était améliorée de 60 à 65 % allant jusqu'à 70 % par rapport à la construction connue. Le polissage de l'organe de roulement peut se faire à l'aide d'un procédé de fabrication usuel qui assure une qualité de surface suffisamment poussée de l'organe de roulement poli. Ainsi, on ne polit que la surface de l'organe de roulement venant en contact avec le logement du corps de roulement ou toute la surface de l'organe de roulement. Selon un développement particulièrement préférentiel de l'invention, la matière composite utilisée comme matière de palier est une matière composite de matière plastique et/ou de métal. Une telle matière composite se distingue par des caractéristiques qui se règlent particulièrement bien quant à. la tenue à l'usure et aux propriétés de glissement. En particulier la combinaison de l'organe de roulement poli et de la matière de palier utilisée qui comporte la matière composite de matière plastique et/ ou de métal s'est avérée comme particulièrement avantageuse. Selon un développement avantageux de l'invention, la matière composite de matière plastique et/ou de métal de la matière de palier comporte une matrice en PEEK/PTFE. L'utilisation de la matière de palier avec une matrice en PEEK/PTFE se caractérise par une tenue à l'usure particulièrement bonne et un coefficient de frottement particulièrement bas. De plus, la matière de palier convient de façon remarquable pour des applications fortement dynamiques. Un exemple d'une telle matière de palier, est la matière de lubrification HX (marque dépo- sée) de la société GGB Bearing Technology qui s'est avérée particulièrement avantageuse pour l'invention. Selon un développement avantageux de l'invention, au moins un organe de roulement, poli ou la surface de cet organe de rou- lement a une profondeur maximale de lissage Rpmax de 0,20 ± 0,05 pm et cette indication se compose de la dimension nominale terminée et d'une tolérance de fabrication. Un organe de roulement ayant une telle qualité de surface se traduit par un coefficient de friction particulièrement bas et ainsi par une augmentation significative du rendement au démarrage du module de piston ou d'une machine à pistons radiaux ainsi équipée. De façon particulièrement avantageuse, la surface polie de l'organe de roulement a une rugosité moyenne Ra de 0,03 ± 0,01 pm et cette indication correspond à la somme de la dimension nominale terminée et d'une tolérance de fabrication. Une telle précision de la sur- face permet de réduire encore plus le coefficient de frottement. En outre, on améliore le rendement au démarrage de l'unité de piston si l'organe de roulement poli ou sa surface polie a une hauteur des pointes, réduites Rpk de 0,03 ± 0,02 pm et cette indication se compose de la mesure nominale terminée et d'une tolérance de fabri- cation. De façon plus avantageuse pour augmenter encore plus le rendement au démarrage du module de piston, la surface polie de l'organe de roulement a une rugosité de base Rk de 0,15 ± 0,01 pm et cette indications se compose de la dimension nominale terminée et d'une tolérance de fabrication. Selon un développement de l'invention, la surface polie de l'organe de roulement a une profondeur moyenne de stries Rvk de 0,06 ± 0,02 pm et cette indication se compose de la mesure nominale termi- née et d'une tolérance de fabrication. Une telle surface d'organe de rou- lement augmente d'autant le rendement au démarrage du module de piston. De façon avantageuse, la surface polie de l'organe de rou- lement a une teneur en matière Rmr de 30 ± 10 `)/0 mesurée pour une profondeur de coupe de -0,05 pm. Cette valeur Rmr qui caractérise la tenue en matière est fixée par la norme DIN EN ISO 4287 et décrit la répartition de la matière d'un profil de rugosité de surface en partant de l'extérieur vers l'intérieur. Selon un développement avantageux de l'invention, au moins un organe de roulement poli est en forme de rouleau. De façon préférentielle, le rouleau a une forme cylindrique (de section circulaire). En variante, on peut également avoir des organes de roulement parallèles, soutenus comme ceux connus de l'état de la technique, tout d'abord polis et utilisés à la place des rouleaux. L'utilisation d'organes de roulement parallèles, soutenus permet d'augmenter la durée de vie de la came de levée d'une machine à pistons radiaux. Pour une fabrication particulièrement avantageuse du piston, il est avantageux que le logement de l'organe de roulement soit une coupelle de palier réalisée séparément, c'est-à-dire de façon dis- tincte du piston. De cette manière, la matière de palier avec une matrice de PEEK/PTFE ou tout le piston, sont fabriqués séparément d'une manière encore plus économique pour être ensuite assemblés. En complément, le système tribologique selon l'invention est amélioré en plus par la lubrification avec une huile, notamment une huile hydraulique. Il est particulièrement avantageux d'utiliser une huile de la marque Tellus 46 de la société Shell. Ce graissage permet d'augmenter encore plus le rendement au démarrage. De façon particulièrement avantageuse, le système tribo- logique selon l'invention et un module de piston ainsi équipé s'appliquent à une machine à pistons radiaux du type défini ci-dessus. En particulier, un tel système tribologique permet d'augmenter de manière significative le rendement au démarrage de la machine à pistons radiaux ainsi équipée sans réduire la durée de vie du module de piston ou de la machine à pistons radiaux ainsi équipée.35 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un système tribologique représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-coupe d'une machine à pistions radiaux équipée d'un module de piston avec un système tribologique selon l'invention, et - la figure 2 est une vue de dessus d'un module de piston avec un système tribologique selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un exemple d'une machine à pistons radiaux représentée en coupe longitudinale. Dans cet exemple de réalisation, la machine à pistons radiaux 1 est un moteur à pistons radiaux avec un appui extérieur des pistons. Il s'agit de ce qui est usuellement un moteur hydraulique. La machine à pistons radiaux 1 comporte un arbre central 2 entraîné avec un élément fixé à l'arbre. L'arbre 2 est entraîné par un rotor 4 muni de plusieurs cylindres 6. Dans cet exemple de réalisation, la machine à pistons radiaux 1 comporte précisément huit cy- lindres 6 dont seuls trois sont représentés complètement à la figure 1 et deux autres sont représentés chaque fois pour moitié. Le cylindre 6 est de forme radiale ou en étoile autour de l'arbre 2. Chaque cylindre 6 comporte un alésage principal 8 et un perçage de retour 10 étagé radialement et recevant en mouvement un module de piston 12. Chaque module de piston 12 comporte un piston 14 qui est un piston étagé dans cet exemple de réalisation. Dans la direction radiale, l'extrémité extérieure de chaque piston 14 a une cavité 16 servant de logement à un organe de roulement et recevant selon un montage en rotation un organe de roulement 18 en forme de rouleau. Dans cet exemple de réalisation, la cavité 16 reçoit toutefois une coupelle de palier 20 distincte du piston 14 et servant de logement à l'organe de roulement interposé entre l'organe de roulement 18 et le piston 14. La coupelle de palier 20 est fixée au piston 14. Elle est réalisée en une matière de palier comportant une matrice. La matière de palier utilisée à cet effet est une matière diffusée sous la marque HX par la société GGB Bearing Technology. Chaque piston 14 comporte une rainure périphérique 22 sous le logement 16 de l'organe de roulement, c'est-à-dire décalée vers l'intérieur dans la direction radiale sous le logement. La rainure périphérique 22 reçoit un segment de piston 24 servant d'élément d'étanchéité. La machine à pistons radiaux 1 comporte en outre une came 26 ondulée, fixe, avec un chemin de came profilé 28 et recevant à rotation les modules de piston 12 avec les cylindres 6. Cette disposition permet aux organes de roulement 18 de s'appuyer et de rouler contre le chemin 28 de la came 26 lorsque le rotor 4 tourne. Ainsi, les modules de piston 12 exécutent un mouvement oscillant dans les cylindres 6. La figure 2 représente un exemple de module de piston 12 de la figure 1 pour la description du système tribologique selon l'invention. Comme indiqué ci-dessus, la coupelle de palier 20 est réali- sée en une matière de palier ayant une matrice et recevant un organe de roulement 18 en forme de rouleau. L'organe de roulement 18 a une surface 30 qui, à l'état installé, est directement en contact avec la coupelle de palier 20 et avec le chemin de came 26. Pour avoir une résistance aux frottements aussi faible que possible entre l'organe de roulement 18 et la coupelle de palier 20 et le chemin de courbe 26, la surface 30 de l'organe de roulement 18 est polie. Dans cet exemple de réalisation, la surface polie 30 est limitée à la surface enveloppe de l'organe de roulement 18 cylindrique de section circulaire. En particulier, la surface supérieure 30 de l'organe de roulement 18 est polie en fabrication pour avoir une profondeur maxi- male de lissage Rpmax comprise entre 0,20 ± 0,05 pm, une rugosité moyenne Ra comprise entre 0,03 ± 0,01 pm et une hauteur entre pointes, réduite, Rpk comprise entre 0,03 ± 0,02 pm. La rugosité de base Rk est de 0,15 ± 0,01 pm et la profondeur moyenne des stries moyennes ou réduites Rvk est de 0,06 ± 0,02 pm. De plus, la surface polie de l'organe de roulement a une teneur en matière Rmr de 30 ± 10 `)/0 mesurée pour une profondeur d'entaille de -0,05 pm. Ainsi, selon les différentes spécifications ci-dessus concernant la qualité de la surface, on réduit le coefficient de frottement. Pour un coefficient de frottement particulièrement bas, on peut polir la surface 30 de l'organe de roulement 18 pour que toutes les spécifications ci-dessus soient remplies. De cette manière, un piston 14 avec un logement d'organe de roulement ou une coupelle de palier 20 fabriquée en une matière de palier avec une matrice et avec l'organe de roulement 18, po- li, logé à rotation dans cette coupelle, donne un système tribologique selon l'invention. Ce système tribologique se caractérise par un coefficient de frottement particulièrement bas, notamment par un coefficient de frottement avec accrochage bas et qui augmente ainsi le rendement au démarrage de la machine à pistons radiaux 1 ainsi équipée. En variante de l'exemple de réalisation présenté, l'invention permet par exemple de réaliser l'organe de roulement 18 en forme de rouleaux sous la forme d'organes de roulement parallèles, déchargés pour augmenter ainsi la durée de vie du chemin de came 26. On peut également envisager que le système tribologique selon l'invention soit amélioré en plus par l'utilisation d'une huile telle que par exemple une huile hydraulique de dénomination Tellus 46 de la société Shell. Le module de piston 12 doit en outre être utilisé avec le système tribologique selon l'invention mais non nécessairement dans une machine à pistons radiaux 1 avec un appui extérieur des pistons. Mais ce module peut également s'utiliser dans d'autres applications techniques. En particulier, on peut envisager l'application à une machine à pistons radiaux ayant une autre forme de construction sans appui extérieur des pistons. On peut également envisager son utilisa- tion dans des systèmes techniques qui ne comportent pas de machines à pistons radiaux. En résumé, la description ci-dessus concerne un système tribologique d'un module de piston comportant un piston et au moins un organe de roulement logé à rotation dans un logement d'organe de roulement du piston. Selon l'invention, le logement de l'organe de roulement est réalisé en une matière de palier comportant une matrice et la surface de l'organe de roulement est polie. L'invention décrit également une machine à pistons radiaux comportant un module de piston avec un système tribologique selon l'invention. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Machine à pistons radiaux 2 Arbre 4 Rotor 6 Cylindre 8 Alésage principal Perçage de guidage 12 Module de piston 10 14 Piston 16 Cavité/ Logement 18 Organe de roulement en forme de rouleau 20 Coupelle de palier 22 Rainure 24 Segment de piston 26 Chemin de came 28 Came profilé 30 Surface de l'organe de roulement20 REVENDICATIONS1°) Système tribologique pour un module de piston (12) comportant un piston (14) et au moins un organe de roulement (18) logé à rotation dans un logement (16) d'organe de roulement (18) du piston (14), système caractérisé en ce que au moins la surface (30) de l'organe de roulement (18) est polie. 2°) Système tribologique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le logement (16) de l'organe de roulement est réalisé en une matière de palier comportant une matière composite de matière plastique et/ou de métal. 3°) Système tribologique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière composite de matière plastique et/ou métal de la matière de palier comporte une matrice en PEEK/PTFE. 4°) Système tribologique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface supérieure polie de l'organe de roulement (30) a une profon- deur de lissage maximale Rpmax de 0,20 ± 0,05 pm. 5°) Système tribologique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface supérieure polie de l'organe de roulement (30) a une rugosité moyenne (30) de 0,03 ± 0,01 pm. 6°) Système tribologique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface polie de l'organe de roulement (30) a une hauteur de pointes, réduite, Rpk de 0,03 ± 0,02 pm. 7°) Système tribologique selon la revendication 1, caractérisé en ce quela surface supérieure polie (30) de l'organe de roulement a une rugosité de base Rk de 0,15 ± 0,01 pm. 8°) Système tribologique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface supérieure polie (30) de l'organe de roulement a une profon- deur moyenne de stries Rvk de 0,06 ± 0,02 pm. 9°) Système tribologique selon la revendication 1, Io caractérisé en ce que la surface supérieure polie (30) de l'organe de roulement a une teneur en matière Rmr de 30 ± 10 % mesurée pour une profondeur d'entaille de -0,05 pm. 15 10°) Système tribologique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un organe de roulement poli (18) est réalisé sous la forme d'un rouleau. 20 11°) Système tribologique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le logement (16) de l'organe de roulement est une coupelle de palier (20) séparée. 25 12°) Système tribologique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (14) est un piston étagé. 13°) Machine hydrostatique (1) à pistons radiaux comportant au moins 30 un module de piston (12) avec un système tribologique selon l'une quel- conque des revendications 1 à 12. 35