Brevet FR3113710A1 — publié le 20220304

Dispositif d’étanchéité totale autour d’un arbre animé d’un mouvement de rotation alternative, nommé disque de torsion, utilisé soit comme composant d’une machine thermique à cycle de Stirling (moteur, pompe à chaleur ou machine cryogénique) avec des pistons oscillants prismatiques soit comme élément d’un joint global d’étanchéité totale permettant de faire traverser une paroi à un flux d’énergie mécanique de rotation continue. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Dispositif d’étanchéité totale autour d’un arbre en rotation alternative avec un disque de torsion constituant un isolant matière, avec ou non un isolant pression, avec ou non un isolant température. La présente invention concerne un dispositif d’étanchéité totale autour d’un arbre oscillant en rotation alternative. Le domaine technique peut être celui des machines thermiques à cycle Stirling. Un autre domaine peut être celui de l’étanchéité totale d’une paroi traversée par un arbre animé d’un mouvement de rotation continue. Etat de la technique antérieure Premièrement, les brevets FR2539811 et FR2846374 portant sur les machines thermiques à cycle Stirling à pistons oscillants (pistons toriques pour le premier brevet et pistons prismatiques pour le second brevet) permettaient de réaliser une étanchéité totale via une chaussette de torsion disposée autour d’un axe animé d’un mouvement de rotation alternative. Cette chaussette de torsion était encombrante. Deuxièmement, l’étanchéité relative d’une paroi traversée par un arbre animé d’un mouvement de rotation continue était réalisée par un simple joint (torique ou à lèvre entre autres) ne garantissant pas une étanchéité totale ; un dispositif a été conçu pour réaliser cette étanchéité totale. Autour de l’arbre animé d’un mouvement de rotation alternative, plutôt que d’utiliser une chaussette de torsion, on va avoir recours à un disque de torsion. Dans le cadre de l’application aux machines thermiques à cycle de Stirling, chaque arbre relié à un piston oscillant est animé d’un mouvement de rotation alternative autour duquel le disque de torsion vient réaliser l’étanchéité totale. Une manivelle quadratique est nécessaire pour transformer le mouvement de rotation alternatif des pistons oscillants en mouvement de rotation continue de l’arbre. Dans l’application à la paroi totalement étanche, celle-ci doit laisser passer un flux d’énergie mécanique de rotation continue. Le passage intermédiaire par un/des arbre(s) animé(s) d’un mouvement de rotation alternative et autour du/des quel(s) est réalisée une étanchéité totale avec un disque de torsion s’effectue à chacune des deux extrémités de l’arbre animé d’un mouvement de rotation alternative. Premièrement, la transformation de mouvement de rotation continue à mouvement de rotation alternative se fait par l’intermédiaire d’une première manivelle quadratique. Deuxièmement, l’étanchéité totale est réalisée à l’aide d’un disque de torsion. Troisièmement, la transformation de mouvement de rotation alternative à mouvement de rotation continue se fait par l’intermédiaire d’une deuxième manivelle quadratique. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore dans la description suivante d’un mode préféré de réalisation et de variantes donnés à titre d’exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels : , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif d’étanchéité basé sur un disque de torsion, dit isolant matière, autour d’un arbre en rotation alternative, avec ou non un ou deux isolant(s) pression, avec ou non un ou deux isolant(s) température , selon l’invention, est un schéma présentant un piston oscillant prismatique dans sa chambre associée lié en rotation à une première extrémité d’un arbre en rotation alternative, autour duquel on trouve un joint d’étanchéité sous la forme d’un disque de torsion et où l’arbre en rotation alternative est lié en rotation au niveau de sa deuxième extrémité à un levier de manivelle quadratique , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif d’étanchéité autour d’un arbre en rotation alternative et à chaque extrémité duquel on trouve un levier de manivelle quadratique , selon l’invention, est un schéma présentant deux manivelles quadratiques et un joint disque de torsion formant un dispositif d’étanchéité vu en perspective , selon l’invention, est un schéma présentant deux manivelles quadratiques et un joint disque de torsion formant un dispositif d’étanchéité vu en coupe , selon l’invention, est un schéma représentant un demi-arbre d’entrée de flux mécanique de rotation continue, deux manivelles quadratiques, deux arbres oscillants en rotation alternative, deux joints disques de torsion formant chacun un dispositif d’étanchéité autour des deux arbres oscillants, deux manivelles quadratiques et un demi-arbre de sortie de flux mécanique de rotation continue , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif d’étanchéité doté d’un arbre oscillant , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif d’étanchéité doté de deux arbres oscillants , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif d’étanchéité doté de trois arbres oscillants , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif d’étanchéité doté de quatre arbres oscillants Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation La selon l’invention est un schéma présentant un dispositif d’étanchéité totale autour d’un arbre (101) en rotation alternative. Le joint (1020) est la pièce principale du dispositif. C’est un joint appelé disque de torsion. Il est épais, se déforme et constitue l’isolant matière. Il est fixé sur l’arbre (101) grâce à deux entretoises (610) et (620). L’entretoise (610) est maintenue en position grâce au roulement (710). L’entretoise (620) pince le joint (1020) grâce au roulement (720). Le long de l’arbre (101) sont disposés des joints toriques (510) et (520) et des bagues isolants température (410) et (420). De part et d’autres du joint (1020) on trouve deux butées isolants pression (210) et (220). Ces dernières prennent appui et glissent en rotation sur deux autres butées (110) et (120), elles-mêmes s’appuyant sur les bagues intérieures des roulements (710) et (720). Les deux boîtiers rapportés (228) et (8) sont positionnés l’un par rapport à l’autre par des cales (7) afin de pincer le joint (1020) au niveau de l’alésage et de l’arbre. Des vis d’assemblage relient les boîtiers rapportés (228) et (8). D’autres relient le boîtier (8) et la paroi (22). Ces vis n’ont pas été représentées. La selon l’invention est un schéma représentant une première application du dispositif d’étanchéité totale, à savoir en tant que joint d’étanchéité autour d’un arbre (101) animé d’un mouvement de rotation alternative, ceci dans une machine thermique à cycle de Stirling. D’une part, un piston oscillant prismatique (300) débat dans sa chambre associée, constituée par les parois (100) et (400), et est lié en rotation à l’arbre (101) grâce à la clavette (200) au niveau d’une des deux extrémités du dispositif d’étanchéité totale. D’autre part, un levier (500) d’une manivelle quadratique est liée grâce à la clavette (600) et l’écrou (700) à l’arbre (101) c’est à dire à l’autre extrémité du dispositif d’étanchéité totale. Il y a ainsi trois éléments qui sont liés en rotation, à savoir, le piston prismatique (300), l’arbre oscillant (101) du dispositif d’étanchéité totale et le levier (500). La selon l’invention est un schéma représentant une deuxième application du dispositif d’étanchéité totale, à savoir en tant que joint d’étanchéité autour d’un arbre (101) animé d’un mouvement de rotation alternative, ceci dans un dispositif d’étanchéité totale pour une paroi totalement étanche (22) ne devant laisser passer qu’un flux d’énergie mécanique de rotation continue.. D’une part, un levier (800) est liée en rotation à l’arbre (101) grâce à une clavette (900) et un écrou (1000) au niveau d’une première extrémité du dispositif d’étanchéité totale . D’autre part, un autre levier (500) est liée en rotation à l’arbre (101) grâce à une clavette (600) et un écrou (700) au niveau d’une deuxième extrémité du dispositif d’étanchéité totale. Il y a ainsi trois éléments qui sont liés en rotation, à savoir, le levier (800), l’arbre oscillant (101) du dispositif d’étanchéité totale et le levier (500). La selon l’invention, est un schéma présentant deux manivelles quadratiques et un joint disque de torsion formant un dispositif d’étanchéité vu en perspective. La première manivelle quadratique est composée d’un demi-arbre (1), d’un maneton (11), d’une bielle(13), d’un maneton (15) et d’un levier (800). Le levier (800) est liée en rotation à l’arbre (101) autour duquel est disposé un joint d’étanchéité (1020) dit disque de torsion. Ce même arbre (101) est lié en rotation au levier (500). La deuxième manivelle quadratique est composée d’un levier (500), d’un maneton (25), d’une bielle (23), d’un maneton (21) et d’un demi-arbre (2). Le flux d’énergie mécanique circule ici du demi-arbre en rotation continue (1) vers le demi-arbre en rotation continue (2) en passant par l’arbre (101) en rotation alternative. Le flux peut être inversé. La , selon l’invention, est un schéma présentant deux manivelles quadratiques et un joint disque de torsion formant un dispositif d’étanchéité vu en coupe. Cette décrit le même dispositif que la . Les bielles (13) et (23) ont une liaison pivot à chacune de leurs deux extrémités. La , selon l’invention, est un schéma représentant un demi-arbre d’entrée (1) de flux mécanique de rotation continue, deux manivelles quadratiques composées d’une part d’un maneton (11), d’une bielle(13), d’un maneton (15), d’un levier (800) et d’autre part du même maneton (11), d’une bielle(33), d’un maneton (35), d’un levier (37), de deux arbres oscillants (101) et (201) en rotation alternative, deux joints disques de torsion (1020) et (3040) formant chacun un dispositif d’étanchéité autour des deux arbres oscillants (101) et (201), deux manivelles quadratiques composées d’une part d’un maneton (21), d’une bielle(23), d’un maneton (25), d’un levier (500) et d’autre part du même maneton (21), d’une bielle(43), d’un maneton (45), d’un levier (47) et un demi-arbre de sortie (2) de flux mécanique de rotation continue. La paroi externe (7) est par exemple un disque traversé par un demi-arbre (1) laissant passer un flux d’énergie mécanique de rotation continue .La paroi externe (77) est par exemple un disque traversé par un demi-arbre (2) laissant passer un flux d’énergie mécanique de rotation continue .Le dispositif global d’étanchéité totale contient par exemple un tube (777) reliant les parois (7) et (77). Les arbres (101) et (201) sont animés d’un mouvement de rotation alternative. L’étanchéité totale est réalisée autour de ces arbres. La paroi interne (22) supporte les dispositifs d’étanchéité totale autour des arbres (101) et (201) animés d’un mouvement de rotation alternative. Ces dispositifs sont constitués pour l’arbre (101) des deux boîtiers rapportés (8) et (228) et, pour l’arbre (201), des deux boîtiers rapportés (7008) et (7228). Un joint réalise l’étanchéité de part et d’autre de la paroi (22) au niveau du tube (777). Par ailleurs, des vis d’assemblage relient le tube (777) et la paroi (22). Ces vis n’ont pas été représentées. Sur les figures 7 à 10 est représenté le demi-arbre (1) animé d’un mouvement de rotation continue et sont représentés aussi les arbres (101), (201), (301) et (401) animés d’un mouvement de rotation alternative autour des quels est réalisé l’étanchéité totale. La , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif global d’étanchéité doté d’un arbre oscillant (101) La , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif global d’étanchéité doté de deux arbres oscillants (101) et (201) La , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif global d’étanchéité doté de trois arbres oscillants (101), (201) et (301) La , selon l’invention, est un schéma présentant un dispositif global d’étanchéité doté de quatre arbres oscillants (101), (201), (301) et (401) Le nombre d’arbres peut être plus élevé que quatre. Plus le nombre d’arbres augmente, moins le mouvement du mécanisme a d’à-coups Dispositif d’étanchéité totale autour d’un arbre en rotation alternative caractérisé en ce qu’un joint (1020), pièce principale du dispositif, appelé disque de torsion, constitue l’isolant matière et est fixé sur un arbre (101) grâce à deux entretoises (610) et (620), où l’entretoise (610) est maintenue en position grâce au roulement (710) et où l’entretoise (620) pince le joint (1020) grâce au roulement (720) où le long de l’arbre (101) de part et d’autre du joint (1020) peuvent être disposés des joints toriques (510) et (520) et éventuellement des bagues isolants température (410) et (420), et de part et d’autre du joint (1020) on trouve éventuellement deux butées isolants pression (210) et (220) et où ces dernières prennent appui et glissent en rotation sur deux autres butées (110) et (120), elles-mêmes s’appuyant sur les bagues intérieures des roulements (710) et (720) et où les deux boîtiers rapportés (228) et (8) sont positionnés l’un par rapport à l’autre par des cales (7) afin de pincer le joint (1020) au niveau de l’alésage et de l’arbre et où des vis d’assemblage relient les boîtiers rapportés (228) et (8) et où d’autres vis d’assemblage relient le boîtier (8) et la paroi (22). Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu’il représente une première application du dispositif d’étanchéité totale, à savoir en tant que joint d’étanchéité autour d’un arbre (101) animé d’un mouvement de rotation alternative, ceci dans une machine thermique à cycle de Stirling, où d’une part, un piston oscillant prismatique (300) débat dans sa chambre associée, constituée par des parois (100) et (400), et est lié en rotation à l’arbre (101) grâce à une clavette (200) au niveau d’une des deux extrémités du dispositif d’étanchéité totale, et où d’autre part, un levier (500) d’une manivelle quadratique est liée grâce à une clavette (600) et un écrou (700) à l’arbre (101) c’est à dire à l’autre extrémité du dispositif d’étanchéité totale Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu’il représente une deuxième application du dispositif d’étanchéité totale, à savoir en tant que joint d’étanchéité totale autour d’un arbre (101) animé d’un mouvement de rotation alternative, ceci dans un dispositif d’étanchéité totale pour une paroi totalement étanche (22) ne devant laisser passer qu’un flux d’énergie mécanique de rotation alternative où d’une part, un levier (800) est liée en rotation à l’arbre (101) grâce à une clavette (900) et un écrou (1000) au niveau d’une première extrémité du dispositif d’étanchéité totale, et où d’autre part, un autre levier (500) est liée en rotation à l’arbre (101) grâce à une clavette (600) et un écrou (700) au niveau d’une deuxième extrémité du dispositif d’étanchéité totale. Dispositif suivant les revendications 1 et 3 caractérisé en ce qu’il comporte une première manivelle quadratique entre un demi-arbre (1) en rotation continue et l’arbre (101) en rotation alternative et une deuxième manivelle quadratique entre l’arbre (101) en rotation alternative et un demi-arbre (2) en rotation continue. Dispositif suivant les revendications 1, 3 et 4 caractérisé en ce qu’il se nomme dispositif global d’étanchéité totale et en ce qu’il comporte, le demi-arbre d’entrée (1) de flux mécanique de rotation continue, deux manivelles quadratiques composées d’une part d’un maneton (11), d’une bielle(13), d’un maneton (15), d’un levier (800) et d’autre part du même maneton (11), d’une bielle(33), d’un maneton (35), d’un levier (37), de deux arbres oscillants (101) et (201) en rotation alternative, deux joints disques de torsion (1020) et (3040) formant chacun un dispositif d’étanchéité autour des deux arbres oscillants (101) et (201), deux manivelles quadratiques composées d’une part d’un levier (500), d’un maneton (25), d’une bielle (23) et d’un maneton (21) et d’autre part d’un levier (47), d’un maneton (45), d’une bielle (43) et à nouveau du maneton (21) et le demi-arbre de sortie (2) de flux mécanique de rotation continue. Dispositif global d’étanchéité totale suivant les revendications 1, 3, 4 et 5 caractérisé en ce qu’une paroi externe (7777) est par exemple un disque traversé par le demi-arbre (1) laissant passer un flux d’énergie mécanique de rotation continue , une paroi externe (77) est par exemple un disque traversé par le demi-arbre (2) laissant passer un flux d’énergie mécanique de rotation continue, le dispositif global d’étanchéité totale contient par exemple un tube (777) reliant les parois (7777) et (77) les arbres (101) et (201) sont animés d’un mouvement de rotation alternative, l’étanchéité totale est réalisée autour de ces arbres, une paroi interne (22) supporte les dispositifs d’étanchéité totale autour des arbres (101) et (201) animés d’un mouvement de rotation alternative, les dispositifs sont constitués pour l’arbre (101) des deux boîtiers rapportés (8) et (228) et, pour l’arbre (201), des deux boîtiers rapportés (7008) et (7228), un joint réalise l’étanchéité de part et d’autre de la paroi (22) au niveau du tube (777) et par ailleurs, des vis d’assemblage relient le tube (777) et la paroi (22). Dispositif global d’étanchéité totale suivant les revendications 1, 3, 4, 5 et 6 caractérisé en ce que le demi-arbre (1) animé d’un mouvement de rotation continue entraîne via une ou bien deux manivelle(s) quadratique(s) l’ arbre (101) ou bien les deux arbres (101) et (201), animé(s) d’un mouvement de rotation alternative, autour duquel ou bien desquels est réalisée l’étanchéité totale puis qui animent à leur tour, via une ou bien deux manivelle(s) quadratique(s), le demi-arbre (2).