Brevet FR3133650A1 — publié le 20230922

Pompe à vide (1) comportant un stator (2) comportant au moins un étage de pompage (T1-T5), deux arbres (4) portant des rotors (5) configurés pour tourner dans l’étage de pompage (T1-T5) autour d’un axe de rotation (I-I) respectif, au moins un carter d’huile (6) comprenant une chambre configurée pour contenir un lubrifiant liquide destiné à lubrifier des éléments (10, 11) permettant la rotation des arbres (4) et un dispositif de détermination du niveau de lubrifiant liquide (12) configuré pour déterminer une information représentative du niveau de lubrifiant liquide contenu dans la chambre du carter d’huile (6) à partir de la mesure différentielle de pression entre la pression exercée par le lubrifiant liquide et la pression gazeuse régnant dans le volume de la chambre du carter d’huile (6) au-dessus du niveau de lubrifiant d’huile. Figure d’abrégé : figure 1 Pompe à vide Domaine technique de l’invention La présente invention concerne une pompe à vide et plus particulièrement, un dispositif de détermination du niveau de lubrifiant liquide contenu dans une chambre du carter d’huile d’une pompe à vide sèche. Arrière-plan technique Les pompes à vide sèches comportent un ou plusieurs étages de pompage en série dans lesquels circule un gaz à pomper entre une aspiration et un refoulement. On distingue parmi les pompes à vide connues, celles à lobes rotatifs également connues sous le nom « Roots » ou celles à bec, également connues sous le nom « Claw » ou encore celles à vis. Ces pompes à vide sont dites « sèches » car en fonctionnement, les rotors tournent à l’intérieur du stator sans aucun contact mécanique entre eux ou avec le stator, ce qui permet de ne pas utiliser d’huile dans les étages de pompage. Les rotors sont supportés par des paliers lubrifiés par de l’huile ou de la graisse et ils sont synchronisés au moyen d’engrenages également lubrifiés. Il est indispensable qu’aucune trace d’huile ou de graisse ne se retrouve dans la partie de pompage pour les applications dites « sèches », telles que les procédés de fabrication de substrats semi-conducteurs. Un moyen d’étanchéité au travers duquel les arbres sont toujours susceptibles de tourner, isole la zone contenant des lubrifiants de la partie de pompage sec. Un agitateur d’huile, tel qu’un disque brasseur, est généralement utilisé pour créer une atmosphère brouillée d’air et de lubrifiants dans le carter d’huile, facilitant la lubrification des paliers. L’agitateur d’huile est fixé sur un des arbres de la pompe, une extrémité inférieure plongeant dans l’huile liquide. La rotation de l’arbre supportant l’agitateur forme un brouillard d’huile, projetant des gouttelettes de lubrifiant sur les parois du carter qui ensuite ruissellent jusqu’aux composants à lubrifier. Il est très important de surveiller le niveau d’huile afin de s’assurer que les composants de la pompe à vide soient correctement lubrifiés. Pour cela, les carters d’huile comprennent généralement une fenêtre transparente à travers de laquelle les utilisateurs peuvent vérifier la présence et le niveau d’huile. L’inconvénient est que l’utilisateur doit de se rendre sur place pour réaliser l’examen visuel. De plus, il peut être nécessaire de devoir décapoter la pompe à vide pour accéder au voyant si des capotages spéciaux n’ont pas été conçus. Par ailleurs, après un certain temps d’utilisation, la fenêtre peut se ternir, rendant difficile la visualisation du niveau d’huile. Il existe également des capteurs dédiés pour la mesure du niveau d’huile, tels que des capteurs à flotteurs ou des capteurs électroniques, type capacitifs. Cependant les remous occasionnés par l’agitateur d’huile peuvent gêner la mesure correcte du niveau d’huile par des flotteurs classiques. Par ailleurs, on constate que les capteurs électroniques peuvent ne pas toujours fonctionner correctement ou manquer de robustesse ou de précision car les variations de niveau d’huile à surveiller sont faibles et donc difficiles à détecter avec des capteurs à bas coûts. Un but de la présente invention est de proposer une pompe à vide résolvant au moins un des inconvénients décrits ci-dessus, permettant notamment de surveiller le niveau d’huile par un dispositif suffisamment précis, peu couteux et robuste. A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à vide comportant : - un stator comportant au moins un étage de pompage, - deux arbres portant des rotors configurés pour tourner dans l’étage de pompage autour d’un axe de rotation respectif, et - au moins un carter d’huile comprenant une chambre configurée pour contenir un lubrifiant liquide destiné à lubrifier des éléments permettant la rotation des arbres, caractérisée en ce que la pompe à vide comporte en outre un dispositif de détermination du niveau de lubrifiant liquide configuré pour déterminer une information représentative du niveau de lubrifiant liquide contenu dans la chambre du carter d’huile à partir de la mesure différentielle de pression entre la pression exercée par le lubrifiant liquide et la pression gazeuse régnant dans le volume de la chambre du carter d’huile au-dessus du niveau de lubrifiant d’huile. Ainsi, en fonctionnement, le niveau de lubrifiant liquide contenu dans la chambre du carter d’huile peut être déterminé par la mesure de pression exercée par cette hauteur de lubrifiant à laquelle on déduit la mesure de pression de gaz (majoritairement d’air) au-dessus du niveau de lubrifiant. En effet, bien que l’atmosphère des carters d’huile de la pompe à vide ne soit pas mise sous vide mais laissée à pression atmosphérique, celle-ci subit également dans une moindre mesure, les variations de pression ayant lieu dans la partie pompage. En effet les dispositifs d’étanchéité, relativement efficaces vis-à-vis des lubrifiants, ne sont pas parfaitement étanches aux gaz puisqu’ils doivent permettre la rotation des arbres. Lorsque la pression gazeuse est plus élevée dans l’étage de pompage situé à côté du carter d’huile que dans le carter d’huile, par exemple au démarrage du pompage depuis la pression atmosphérique, les gaz pompés peuvent s’infiltrer dans le carter d’huile et augmenter la pression des gaz au-dessus du niveau de liquide. Également lorsque la pression gazeuse est plus basse dans l’étage de pompage situé à côté du carter d’huile que dans le carter d’huile, la pression des gaz du carter d’huile peut être abaissée par aspiration à travers les dispositifs d’étanchéité des passages d’arbre. En prenant en compte la mesure de la pression des gaz au-dessus du niveau de liquide, on s’affranchit des fluctuations de mesure dues aux variations de pression des gaz. On peut alors déterminer la hauteur du lubrifiant liquide par mesure de pression exercée par le liquide indépendamment des variations de pression des gaz. En outre, la mesure différentielle du dispositif de détermination du niveau de lubrifiant liquide dépend uniquement de la hauteur de liquide contenu dans le volume au-dessus de la prise de mesure de pression, quel que soit la forme du volume de la chambre du carter d’huile. Il est alors possible d’adapter la forme de la chambre du carter d’huile pour privilégier la précision de mesure à un certain niveau de hauteur de lubrifiant liquide. La pompe à vide peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison. Selon un exemple de réalisation, le dispositif de détermination du niveau de lubrifiant liquide comporte : - un premier capteur de pression configuré pour mesurer la pression exercée par le lubrifiant liquide contenu dans la chambre du carter d’huile, - un deuxième capteur de pression configuré pour mesurer la pression gazeuse régnant dans le volume de la chambre du carter d’huile au-dessus du niveau de lubrifiant d’huile. La pompe à vide peut comporter une unité de traitement comportant par exemple un contrôleur ou microcontrôleur ou microprocesseur ou ordinateur ou circuit logique. L’unité de traitement peut être configurée pour recevoir les signaux de sortie des capteurs de pression et pour en déduire une information représentative du niveau de lubrifiant liquide contenu dans la chambre du carter d’huile à partir de la mesure différentielle des signaux de sortie des capteurs de pression. Selon un autre exemple de réalisation, le dispositif de détermination du niveau de lubrifiant liquide comporte un capteur de pression différentiel. Le premier et/ou le deuxième capteur de pression ou le capteur de pression différentiel est par exemple un capteur piézoélectrique. La prise de mesure de pression exercée par le lubrifiant liquide contenu dans la chambre du carter d’huile est de préférence située dans le fond de la chambre du carter d’huile. L’unité de traitement peut être configurée pour moyenner l’information représentative du niveau de liquide sur une durée prédéterminée. La pompe à vide peut comporter un capteur de température relié à l’unité de traitement, l’unité de traitement étant configurée pour déterminer une information représentative du niveau de lubrifiant liquide en tenant compte de la température mesurée. Selon un exemple de réalisation, le volume de la chambre du carter d’huile présente une forme verticale droite de section horizontale constante. Selon un exemple de réalisation, le volume de la chambre du carter d’huile présente une forme verticale droite de section horizontale s’agrandissant vers le haut. Selon un exemple de réalisation, le volume de la chambre du carter d’huile présente une forme verticale droite de section horizontale s’amincissant vers le haut. Selon un exemple de réalisation, le volume de la chambre du carter d’huile est formé par une partie inférieure et une partie supérieure, la partie inférieure présentant une section horizontale constante plus étroite qu’une partie supérieure. La largeur de la section horizontale de la partie inférieure est par exemple inférieure à 3cm, comme par exemple inférieure à 1cm comme de l’ordre de 10mm. Brève description des figures D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l’invention, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : La est une représentation schématique d’un exemple de pompe à vide. La illustre un premier exemple de forme de chambre du carter d’huile. La est un graphique montrant, pour le premier exemple de réalisation de la , en fonction de la hauteur d’huile H contenue dans la chambre (en abscisse, en cm) d’une part, en traits pleins, la pression P exercée par la hauteur d’huile (ordonnée de droite, en bar) et d’autre part, en traits discontinus, la quantité d’huile Q contenue dans la chambre (ordonnée de gauche, en ml). La illustre un deuxième exemple de forme de chambre du carter d’huile. La est un graphique montrant, pour le deuxième exemple de réalisation de la , en fonction de la hauteur d’huile H contenue dans la chambre (en abscisse, en cm) d’une part, en traits pleins, la pression P exercée par la hauteur d’huile (ordonnée de droite, en bar) et d’autre part, en traits discontinus, la quantité d’huile Q contenue dans la chambre (ordonnée de gauche, en ml). La illustre un troisième exemple de forme de chambre du carter d’huile. La est un graphique montrant, pour le troisième exemple de réalisation de la , en fonction de la hauteur d’huile H contenue dans la chambre (en abscisse, en cm) d’une part, en traits pleins, la pression P exercée par la hauteur d’huile (ordonnée de droite, en bar) et d’autre part, en traits discontinus, la quantité d’huile Q contenue dans la chambre (ordonnée de gauche, en ml). La illustre un quatrième exemple de forme de chambre du carter d’huile. La est un graphique montrant, pour le quatrième exemple de réalisation de la , en fonction de la hauteur d’huile H contenue dans la chambre (en abscisse, en cm) d’une part, en traits pleins, la pression P exercée par la hauteur d’huile (ordonnée de droite, en bar) et d’autre part, en traits discontinus, la quantité d’huile Q contenue dans la chambre (ordonnée de gauche, en ml). Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Pompe à vide (1) comportant : - un stator (2) comportant au moins un étage de pompage (T1-T5), - deux arbres (4) portant des rotors (5) configurés pour tourner dans l’étage de pompage (T1-T5) autour d’un axe de rotation (I-I) respectif, et - au moins un carter d’huile (6) comprenant une chambre configurée pour contenir un lubrifiant liquide destiné à lubrifier des éléments (10, 11) permettant la rotation des arbres (4), caractérisée en ce que la pompe à vide (1) comporte en outre un dispositif de détermination du niveau de lubrifiant liquide (12) configuré pour déterminer une information représentative du niveau de lubrifiant liquide contenu dans la chambre du carter d’huile (6) à partir de la mesure différentielle de pression entre la pression exercée par le lubrifiant liquide et la pression gazeuse régnant dans le volume de la chambre du carter d’huile (6) au-dessus du niveau de lubrifiant d’huile. Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le dispositif de détermination du niveau de lubrifiant liquide (12) comporte : - un premier capteur de pression (13) configuré pour mesurer la pression exercée par le lubrifiant liquide contenu dans la chambre du carter d’huile (6), - un deuxième capteur de pression (14) configuré pour mesurer la pression gazeuse régnant dans le volume de la chambre du carter d’huile (6) au-dessus du niveau de lubrifiant d’huile. Pompe à vide (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de détermination du niveau de lubrifiant liquide (12) comporte un capteur de pression différentiel. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le premier et/ou le deuxième capteur de pression (13, 14) ou le capteur de pression différentiel est un capteur piézoélectrique. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la prise de mesure de pression exercée par le lubrifiant liquide contenu dans la chambre du carter d’huile est située dans le fond de la chambre du carter d’huile (6). Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte une unité de traitement (15) configurée pour moyenner l’information représentative du niveau de liquide sur une durée prédéterminée. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte une unité de traitement (15) et un capteur de température (16) relié à l’unité de traitement (15), l’unité de traitement (15) étant configurée pour déterminer une information représentative du niveau de lubrifiant liquide en tenant compte de la température mesurée. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le volume de la chambre du carter d’huile (6) présente une forme verticale droite de section horizontale constante. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le volume de la chambre du carter d’huile (6) présente une forme verticale droite de section horizontale s’agrandissant vers le haut. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le volume de la chambre du carter d’huile (6) présente une forme verticale droite de section horizontale s’amincissant vers le haut. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le volume de la chambre du carter d’huile (6) est formé par une partie inférieure et une partie supérieure, la partie inférieure présentant une section horizontale constante plus étroite qu’une partie supérieure. Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la largeur de la section horizontale de la partie inférieure est inférieure à 3cm.