Brevet FR3069591A1 — publié le 20190201

Dispositif mécanique de rappel et pompe le comportant DOMAINE TECHNIQUE La présente invention appartient au domaine des dispositifs mécaniques de rappel à base de ressorts en élastomères. L'invention concerne plus particulièrement un système de rappel comportant un ressort de torsion couplé en série à un élément élastique de compression et destiné à rappeler angulairement un organe oscillant, tel qu'un clapet séparateur dans une pompe. La présente invention appartient également au domaine des pompes à rotor et clapet séparateur. ÉTAT DE L'ART Un ressort est un dispositif mécanique conçu pour emmagasiner de l'énergie lorsqu'il est déformé et en restituer la même quantité lorsqu'il est relâché. Cette caractéristique confère aux ressorts des fonctions diverses dans toutes sortes de machines et d'équipements. Il est ici question de la fonction de rappel des ressorts, autrement dit, leur capacité de rappeler une pièce écartée de sa position d'équilibre. Un ressort peut opérer un rappel linéaire ou angulaire selon qu'il travaille en traction compression ou en torsion. Lorsqu'ils sont déformés, les ressorts emmagasinent de l'énergie sous 20 forme potentielle élastique, qu'ils restituent ensuite principalement sous forme cinétique afin de produire le déplacement de rappel. Ce comportement dit élastique peut être essentiellement dû à la forme du ressort, comme dans le cas des ressorts métalliques hélicoïdaux par exemple, ou à l'élasticité intrinsèque du matériau dans lequel est fabriqué le ressort. 2 On s'intéresse ici aux ressorts en élastomères qui présentent un avantage par rapport aux ressorts métalliques dans leur capacité à mieux amortir les vibrations. Les ressorts de torsion en élastomères sont connus et présentent des 5 formes variées leur permettant de s'adapter à différents types d'applications. Les ressorts de torsion élastiques commercialisés sous la marque déposée Rosta sont par exemple utilisés pour maintenir une pression constante dans des rouleaux plaqueurs, absorber une énergie de choc dans des butées élastiques sur auges antichocs, assurer une suspension pendulaire pour motovibrateur dans un 10 compensateur de couple moteur. Ces ressorts présentent généralement une architecture commune et comportent un tube intérieur pivotant dans un boîtier extérieur fixe et des cordons en caoutchouc placés entre le tube intérieur et le boîtier extérieur. Un tel ressort est par exemple divulgué dans le document EP 2 628 972 B1 15 décrivant un système de mesure de l'angle de rotation d'un élément de ressort en caoutchouc et son utilisation. Un ressort similaire est également utilisé dans la pompe à lobes objet de la demande de brevet français enregistrée sous le numéro 1656411. La pompe comporte un clapet pourvu d'une terminaison libre de suivi de la 20 périphérie des lobes, et le ressort permet de maintenir le contact entre la terminaison libre du clapet et la périphérie des lobes par un rappel angulaire permanent. Cette solution présente un inconvénient, le ressort ne tolère pas un débattement du clapet d'un angle supérieur à 30°. En effet, le ressort Rosta mis 25 en oeuvre n'est pas dimensionné pour permettre un tel débattement et il peut être endommagé ou endommager des organes de la pompe lorsque le clapet oscille à plus de 30°. PRÉSENTATION DE L'INVENTION 30 La présente invention a pour but principal de pallier les limitations de l'art antérieur et concerne un dispositif mécanique de rappel en position angulaire d'un organe oscillant, comportant un ressort de torsion formé par des corps élastomères précontraints placés entre un premier élément, solidaire de l'organe 3 oscillant, et un deuxième élément par rapport auquel pivote le premier élément avec un angle de débattement maximal autorisé a. Ce dispositif est remarquable en ce que le deuxième élément est monté pivotant par rapport au bâti, et qu'entre ce deuxième élément et ledit bâti est 5 inséré un élément élastique limitant le pivotement du deuxième élément par rapport au bâti de sorte que pour un angle de débattement de l'organe oscillant par rapport au bâti supérieur à l'angle de débattement maximal autorisé a, l'angle de débattement entre le premier élément et le deuxième élément reste inférieur ou égal à l'angle de débattement maximal autorisé a. 10 Avantageusement, pour un pour un débattement y de l'organe oscillant par rapport au bâti supérieur à l'angle de débattement maximal autorisé a, le débattement 0 entre lesdits premier et deuxième éléments est inférieur ou égal à a et le débattement dudit deuxième élément par rapport audit bâti, réalisé par compression de l'élément élastique, est égal à y - 0. 15 L'angle de débattement maximal autorisé est par exemple sensiblement égal à 30°. Dans un mode de réalisation avantageux, le premier élément comporte un profilé de section de forme générale carrée et le deuxième élément comporte un boîtier cylindrique creux présentant une section extérieure de forme générale circulaire et une section intérieure de forme générale carrée, le profilé étant placé à l'intérieur du boîtier cylindrique. En particulier, le profilé du premier élément est réalisé dans un acier pour mieux résister aux frictions de l'organe oscillant, et le boîtier cylindrique du deuxième élément est réalisé dans un alliage léger. Avantageusement, le ressort élastomère de torsion comporte quatre corps élastomères précontraints placés aux arêtes intérieures du boîtier cylindrique, chacun des corps élastomères précontraints étant placé au contact d'une face latérale du profilé du premier élément. Par exemple, les corps élastomères précontraints sont des cordons en 30 caoutchouc. De façon avantageuse, le deuxième élément comporte un élément de blocage pour lequel l'élément élastique forme une butée bloquant ainsi le pivotement dudit deuxième élément. 4 En outre, l'élément de blocage est monté solidaire du boîtier cylindrique, de façon à ce que les deux éléments soient encastrés l'un par rapport à l'autre. L'élément élastique est fixé au bâti et une distance de l'élément élastique par rapport au bâti est réglable par un moyen de réglage. Le moyen de réglage est 5 par exemple une vis ou un ensemble vis écrou. Dans un mode de réalisation, l'élément de blocage comporte deux languettes qui s'engagent dans deux rainures réalisées à la surface périphérique du boîtier cylindrique. De préférence, les deux rainures sont diamétralement opposées sur la surface périphérique du boîtier cylindrique. 10 De façon avantageuse, l'élément élastique comporte un ressort élastomère de compression. L'invention concerne également une pompe pour matériau liquide ou pâteux, comportant un stator formant une cavité et un rotor dans la cavité, le rotor comportant des sommets de poussée du matériau le long d'une paroi de la cavité 15 autour du rotor vers une sortie de la cavité, la pompe comportant en outre un clapet séparateur pourvu d'une terminaison libre de suivi de la périphérie du rotor et d'une terminaison articulée sur un axe. Dans la pompe selon l'invention, le clapet comporte un dispositif mécanique de rappel tel que présenté, adapté à maintenir le clapet en contact avec la périphérie du rotor. 20 Avantageusement, le stator comporte deux flancs entre lesquels oscille le clapet, chacun des flancs comportant une plaque de glissement en contact permanent avec une face latérale du clapet et présentant un coefficient de frottement réduit avec le clapet. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus 25 dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation d'un dispositif mécanique de rappel et d'une pompe conformes aux principes de l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES 5 Les différentes figures ainsi que les éléments d'une même figure ne sont pas nécessairement représentés à la même échelle. Sur l'ensemble des figures, les éléments identiques portent le même repère. Il est ainsi illustré en : 5 Figure 1 : une vue en perspective d'un dispositif mécanique de rappel selon l'invention ; Figure 2 : une vue partielle en perspective d'une pompe à rotor et clapet équipée du dispositif de rappel de la figure 1 ; Figure 3 : une vue éclatée en perspective du dispositif de rappel de la figure 1 10 monté sur le clapet de la pompe de la figure 2; Figure 4 : une vue en perspective du ressort de torsion élastique du dispositif de rappel selon l'invention ; Figure 5 : une vue de face du ressort de torsion élastique sur lequel est fixé un élément de blocage selon l'invention ; 15 Figures 6a et 6b: un schéma en vue de face d'un dispositif de rappel de l'art antérieur, au repos en 6a, et sollicité en 6b; Figure 7a et 7b : un schéma en vue de face du dispositif de rappel selon l'invention, au repos en 7a, et sollicité en 6b ; Figure 8 : une vue partielle en perspective d'une pompe pourvue d'une première 20 plaque de glissement du clapet selon l'invention ; Figure 9 : une vue en perspective d'un flanc muni d'une seconde plaque de glissement et sur lequel est articulé un clapet. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION 25 La présente invention concerne un dispositif de rappel à base de ressorts en élastomères permettant de rappeler angulairement un élément pivotant soumis à un couple périodique. L'invention permet par exemple de maintenir un contact permanent entre un organe libre, sur lequel le dispositif de rappel est monté, et un organe profilé 30 animé d'un mouvement de rotation. Le dispositif de rappel selon l'invention sera décrit dans le cas particulier de son application à une pompe comportant un rotor à lobes et un clapet. Dans ce 6 cas, le dispositif de rappel permet de maintenir le clapet en contact avec la périphérie des lobes. Une telle pompe peut être une pompe pour matériau liquide ou pâteux tel que par exemple un produit de vendange. 5 Cet exemple est donné à titre illustratif et n'est nullement limitatif de la portée de l'invention qui peut être appliquée à d'autres mécanismes pour assurer d'autres fonctions. La pompe, dont un premier exemple de réalisation est représenté en perspective à la figure 2, comporte un stator 1 formé par le corps de la pompe et 10 définissant une cavité. Dans la cavité est monté un unique rotor 2 pourvu de lobes de poussée du matériau depuis une ouverture d'entrée 8 vers une ouverture de sortie 3 de la pompe. Selon l'exemple la sortie 3 est verticale et perpendiculaire à l'axe du rotor. Selon cet exemple et en référence à la figure 2, le rotor comporte trois 15 lobes et il est dit équilatéral. Dans un autre mode de réalisation, le rotor comporte deux lobes et présente une forme en plan générale elliptique. Le rotor 2 est positionné de sorte à pousser le matériau le long de la paroi de la cavité autour du rotor vers la sortie 3 de la cavité. Le rotor à lobes ou ogives 20 tourne autour de son axe, le produit est transporté par les cavités ménagées entre les lobes sur le rotor. La pompe comporte en outre un clapet séparateur 4 qui interdit le retour du matériau vers l'entrée de la pompe et participe à la poussée du matériau vers la sortie. Le clapet 4, représenté sur la figure 3, est pourvu d'une terminaison libre 5 25 de suivi de la périphérie des lobes et d'une terminaison articulée sur un axe 6, le clapet oscillant autour de l'axe 6 lors du suivi des lobes. Selon l'exemple représenté à la figure 3, la terminaison articulée 6 du clapet 4 comporte un prolongement 61 à chacune de ses extrémités. La terminaison libre, opposée à la terminaison articulée reliée à l'axe de 30 rotation du clapet, doit être constamment en contact avec le rotor pour que le clapet conserve son efficacité. 7 Selon l'invention, pour appliquer le clapet contre la périphérie du rotor, le clapet comporte un dispositif mécanique de rappel 7, tel que représenté à la figure 1, adapté à maintenir le clapet en contact avec la périphérie des lobes. Le dispositif de rappel 7, selon l'exemple de réalisation illustré aux figures 5 1, 2 et 3, comporte principalement un élément pivotant 73, un boîtier extérieur 72 dans lequel pivote l'élément pivotant, des corps élastomères 71 précontraints placés entre l'élément pivotant et le boîtier extérieur, un bâti 74 fixe par rapport au stator de la pompe et dans lequel pivote le boîtier extérieur, un élément de blocage 75 solidaire du boîtier extérieur, et une butée élastique 76 fixée au bâti et 10 sur laquelle bute l'élément de blocage. L'élément pivotant 73 est un tube dans lequel s'emboîte la terminaison articulée 6 du clapet 4 par un de ses prolongements 61 de sorte à solidariser l'élément pivotant du clapet. Ainsi, une rotation du clapet d'un angle donné produit une rotation de l'élément pivotant du même angle. 15 Dans l'exemple de réalisation illustré, l'élément pivotant 73 est un profilé métallique de section carrée avec un arrondi à chacune de ses arêtes extérieures longitudinales. Selon la vue éclatée donnée à la figure 3, chaque prolongement 61 comporte des cannelures permettant d'immobiliser en rotation la terminaison 20 articulée du clapet par rapport à l'élément pivotant lorsque ledit prolongement est engagé dans l'élément pivotant. De préférence, la longueur d'engagement est au moins égale au triple du diamètre de l'ouverture de l'élément pivotant. Dans un autre mode de réalisation, chaque prolongement présente une forme similaire à la forme de l'ouverture de l'élément pivotant de façon à ce que 25 ledit prolongement s'emboite avec un jeu minimum dans ladite ouverture de l'élément pivotant. Le boîtier extérieur 72 est un profilé métallique dont la section présente une forme générale extérieure circulaire et une forme générale intérieure carrée. Les corps élastomères 71 précontraints sont des cylindres, par exemple 30 des cylindres de révolution ou de section de forme générale triangulaire, qui se positionnent aux angles intérieurs du boîtier extérieur 72 et entre lesquels se positionnent les arêtes longitudinales de l'élément pivotant 73 qui est de section carrée. 8 Les corps élastomères sont par exemple des cordons en caoutchouc. L'ensemble formé par l'élément pivotant 73, le boîtier extérieur 72 et les corps élastomères 71, tel que représenté à la figure 4, constitue un ressort élastomère de torsion connu de l'état de l'art, un tel ressort est par exemple 5 commercialisé sous la marque déposée Rosta. Dans la suite de la description, cet ensemble sera désigné ressort élastomère de torsion. Selon l'invention, le ressort élastomère de torsion est monté pivotant dans le bâti 74, ledit bâti comportant un espace adapté dans lequel pivote le boîtier extérieur 72 du ressort élastomère de torsion avec un jeu minimum. 10 L'élément de blocage 75 est fixé autour du boîtier extérieur 72 du ressort élastomère de torsion, solidaire de celui-ci, et comporte un doigt 752 en saillie par rapport au bâti 74, ledit doigt permettant à l'élément de blocage de venir en butée contre la butée élastique 73 solidaire du bâti 74. L'élément de blocage 75 comporte des languettes 751 engagées dans des 15 rainures 721 ménagées sur la surface périphérique du boîtier extérieur 72 suivant un axe longitudinal du boîtier extérieur. La figure 5 représente un tel montage en vue de face, dans lequel l'élément de blocage 75 comporte deux languettes 751 engagées dans deux rainures 72 diamétralement opposées parmi quatre rainures régulièrement espacées sur la 20 surface périphérique du boîtier extérieur 72. La butée élastique 76 est un élément élastomère de compression solidaire du bâti 74, la butée élastique est fixée sur une extrémité libre d'une vis de réglage 77 qui s'engage dans un trou débouchant d'une tige 741 radiale du bâti et permet de régler la distance entre ladite butée élastique et ladite tige du bâti. 25 Le dispositif de rappel comporte en outre un écrou 78 permettant le verrouillage de la position de la vis de réglage 77, et par là même de la butée élastique 76, par rapport à la tige 741. Le bâti 74, selon l'exemple de réalisation illustré, comporte deux brides 742 concentriques dans lesquelles pivote le boîtier extérieur 72 du ressort élastomère 30 de torsion, et entre lesquelles pivote l'élément de blocage 75. Les brides 742 comportent des trous permettant la fixation du bâti 74, et donc du dispositif de rappel 7, au corps de la pompe via des vis ou des goujons par exemple. 9 Dans la suite, le fonctionnement du dispositif de rappel 7 selon l'invention est décrit en référence aux figures 7a et 7b principalement, et aux figures 6a et 6b illustrant les limites de la solution de l'art antérieur. Les figures 6a et 6b représentent un dispositif de rappel de l'art antérieur en 5 vue de face avec les corps élastomères précontraints 71' entre le boîtier extérieur 72' et l'élément pivotant 73' monté sur et solidaire de la terminaison d'axe 6'. Ce dispositif de rappel emploie une technologie qui permet un débattement du clapet sur près de 300 tout en garantissant son appui sur le rotor. Le boîtier extérieur 72' du dispositif de rappel de l'art antérieur est fixé au 10 bâti et reste immobile lorsque l'élément pivotant 73' pivote. La figure 6a illustre le dispositif de rappel existant au repos, l'angle de débattement entre l'élément pivotant 73' et le boîtier extérieur 72', qui représente également l'angle de débattement du clapet, est alors nul. La figure 6b illustre quant à elle le dispositif de rappel existant sollicité par 15 un débattement d'angle a de l'élément pivotant 73', correspondant au débattement du clapet. L'inconvénient de cette solution est que le dispositif de rappel existant n'est pas dimensionné pour supporter des débattements d'angles supérieurs à un angle de débattement maximal autorisé. En effet, lorsque le débattement dépasse 20 l'angle de débattement maximal autorisé, le dispositif de rappel et ou le clapet ne résistent pas aux efforts générés qui dépassent les limites élastiques des pièces et provoquent un endommagement et éventuellement une rupture de celles-ci. La présente invention permet de palier cette limitation en libérant la rotation du boîtier extérieur 72 autour de l'axe de débattement de l'élément pivotant 73. 25 Cette rotation du boîtier extérieur 72 permet en effet de garder un débattement relatif entre l'élément pivotant 73 et ledit boîtier extérieur constamment inférieur au débattement maximal autorisé lorsque le débattement du clapet dépasse ledit débattement maximal autorisé jusqu'à un débattement déterminé. La figure 7a représente le dispositif de rappel 7 au repos, l'angle de 30 débattement de la terminaison articulée 6 du clapet étant nul. La figure 7b représente le dispositif de rappel 7 avec un débattement du clapet par rapport au bâti d'angle y, dans la suite ce débattement sera désigné 10 débattement total, l'angle y étant supérieur au débattement maximal autorisé a du ressort élastomère de torsion. Le pivotement du boîtier extérieur 72 dans le bâti 74 jusqu'à la butée élastique 76 permet de rattraper le débattement total y avec un débattement dudit 5 boîtier extérieur, et donc de l'élément pivotant 73, par rapport au bâti supplémentaire d'angle 6, de sorte que pour un débattement total d'angle y, on ait : a +13 = y Ainsi le débattement de l'élément pivotant 73 par rapport au boîtier 10 extérieur 72, dit débattement relatif, ne dépasse pas le débattement maximal autorisé. La butée élastique 76 permet de rappeler en position angulaire le boîtier extérieur 72, ainsi que l'élément pivotant 73 et le clapet qui lui sont solidaires, avec un angle 13, et les corps élastomères 71 permettent de rappeler l'élément 15 pivotant 73, ainsi que le clapet qui lui est solidaire, avec un angle a de façon à obtenir un rappel total en position angulaire du clapet d'un angle y. Avantageusement, le réglage de la distance de la butée élastique par rapport au bâti 74 permet au dispositif de rappel de s'adapter à différentes valeurs de débattement du clapet. 20 Il est ainsi obtenu un dispositif de rappel à base de ressort élastomère de torsion, permettant de rappeler en position angulaire un organe oscillant présentant un débattement supérieur au débattement maximal autorisé dudit ressort élastomère de torsion. Afin d'assurer un fonctionnement optimal du dispositif de rappel 7 selon 25 l'invention, le stator 1 de la pompe comporte sur chacun de ses flancs 11 et 12 une plaque de glissement 111 et 121 permettant de réduire les frottements des faces latérales du clapet 4 lors de l'oscillation dudit clapet, comme illustré aux figures 8 et 9. Les plaques de glissement 111 et 121 sont réalisées dans un matériau 30 permettant présentant un faible coefficient de frottement avec le matériau du clapet. L'exemple d'application du dispositif de rappel 7 à une pompe volumétrique à rotor et clapet n'est pas limitatif, le dispositif de rappel peut être employé dans 11 d'autres applications comme par exemple une suspension de remorque dans laquelle l'élément élastique forme une butée élastique qui permet d'accroître REVENDICATIONS1. Dispositif mécanique (7) de rappel en position angulaire d'un organe oscillant par rapport à un bâti (74), comportant un ressort de torsion formé par des corps élastomères précontraints (71) placés entre un premier élément (73), solidaire de l'organe oscillant, et un deuxième élément (72, 75) par rapport auquel pivote ledit premier élément avec un angle de débattement maximal autorisé a, caractérisé en ce que le deuxième élément est monté pivotant par rapport audit bâti, et qu'entre ce deuxième élément et ledit bâti est inséré un élément élastique (76) limitant le pivotement du deuxième élément par rapport au bâti de sorte que pour un angle de débattement de l'organe oscillant par rapport au bâti supérieur à l'angle de débattement maximal autorisé a, l'angle de débattement entre le premier élément et le deuxième élément reste inférieur ou égal à l'angle de débattement maximal autorisé a. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour un pour un débattement y de l'organe oscillant par rapport au bâti supérieur à l'angle de débattement maximal autorisé a, le débattement 0 entre lesdits premier et deuxième éléments est inférieur ou égal à a et le débattement dudit deuxième élément par rapport audit bâti, réalisé par compression de l'élément élastique, est égal à y - 0. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le premier élément (73) comporte un profilé de section de forme générale carrée et dans lequel le deuxième élément comporte un boîtier cylindrique (72) creux présentant une section extérieure de forme générale circulaire et une section intérieure de forme générale carrée, ledit profilé étant placé à l'intérieur dudit boîtier cylindrique. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le ressort élastomère de torsion comporte quatre corps élastomères précontraints (71) placés aux 13 arêtes intérieures du boîtier cylindrique (72), chacun desdits corps élastomères précontraints étant placé au contact d'une face latérale du profilé du premier élément (73). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième élément comporte un élément de blocage (75) pour lequel l'élément élastique (76) forme une butée. 6. Dispositif selon la revendication 5 et la revendication 3, dans lequel l'élément de blocage (75) est solidaire du boîtier cylindrique (72). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément élastique (76) est fixé au bâti (74) et dans lequel une distance dudit élément élastique par rapport audit bâti est réglable par un moyen de réglage (77). 8. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel l'élément de blocage (75) comporte deux languettes (751) qui s'engagent dans deux rainures (721) réalisées à la surface périphérique du boîtier cylindrique (72). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'élément élastique (76) comporte un ressort élastomère de compression. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'angle de débattement maximal autorisé est sensiblement égal à 30°. 11. Pompe pour matériau liquide ou pâteux, comportant un stator (1) formant une cavité et un rotor (2) dans la cavité, le rotor comportant des sommets de poussée du matériau le long d'une paroi de la cavité autour du rotor vers une sortie (3) de la cavité, la pompe comportant en outre un clapet séparateur (4) pourvu d'une terminaison libre (5) de suivi de la périphérie 14 du rotor et d'une terminaison articulée sur un axe (6), caractérisée en ce que le clapet comporte un dispositif de rappel selon l'une quelconque des revendications précédentes adapté à maintenir le clapet en contact avec la périphérie du rotor. 12. Pompe selon la revendication 11, dans laquelle le stator comporte deux flancs (11, 12) entre lesquels oscille le clapet, chacun des flancs comportant une plaque de glissement (111, 121) en contact permanent avec une face latérale dudit clapet et présentant un coefficient de frottement réduit avec ledit clapet.