Brevet FR3136262A1 — publié le 20231208

Pompe à vide (1) comportant un stator (2) et deux arbres (4) de rotors (5) configurés pour tourner dans au moins un étage de pompage (T1-T7) du stator (2), caractérisée en ce que pour chaque arbre (4), la pompe à vide (1) comporte en outre un boitier de roulement fixe (10) comprenant un roulement (12) monté sur l’arbre (4), un premier boitier (13) vissé dans le stator (2), le roulement (12) étant reçu dans le premier boitier (13), le premier boitier (13) formant une butée axiale pour une bague externe (12b) du roulement (12), et/ou un boitier de roulement mobile (11) comprenant un roulement (20) monté sur l’arbre (4), un second boitier (21) vissé dans le stator (2), le roulement (20) étant reçu dans le second boitier (21), un élément élastique annulaire (22) interposé entre une bague externe (20b) du roulement (20) et le second boitier (21). Figure 1 Pompe à vide et procédé de montage Domaine technique de l’invention La présente invention concerne une pompe à vide, notamment une pompe à vide sèche. L’invention concerne plus particulièrement une pompe à vide nécessitant un moyen de réglage du positionnement axial des rotors dans le stator et une précharge des roulements. L’invention concerne également un procédé de montage d’une telle pompe à vide. 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 » comprenant deux lobes ou plus ou celles à bec, également connues sous le nom « Claw ». 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. Afin de garantir le bon fonctionnement des pompes à vide sèches, il est nécessaire de réaliser un positionnement précis des rotors par rapport au stator. Ce positionnement peut être obtenu au moyen d’un réglage axial des arbres de rotors s’effectuant par exemple au moyen de cales agencées au niveau de chaque lobes dans le cas de pompes à vide ayant des lobes de rotors rapportés sur l’arbre ou au niveau du flasque du dernier étage de pompage dans le cas d’arbre de rotors monoblocs. Par ailleurs, les arbres de rotors sont respectivement supportés et positionnés, axialement et radialement, par au moins deux roulements à billes respectifs, dont un seul roulement, appelé palier ou roulement fixe, assure la position axiale de l’arbre et l’autre roulement, appelé palier ou roulement mobile, prend de lui-même sa place. Ce montage présente l’avantage d’être simple mais nécessite cependant de prémonter l’ensemble des composants des lignes d’arbre (arbre, rotors, roulements) dans le stator pour mesurer les jeux axiaux afin de pouvoir déterminer l’épaisseur de cale nécessaire, puis de démonter les composants prémontés pour ajouter ou retirer les cales le cas échéant. Ces opérations sont donc longues et coûteuses. De plus dans certains cas, il peut être nécessaire d’assurer une précharge axiale des roulements afin de garantir leur fonctionnement optimal. Cette précharge est généralement assurée au moyen d’une rondelle élastique interposée entre le stator et la bague externe du roulement mobile. La précharge des roulements influe sur la charge radiale et axiale vue par ceux-ci. Plus les charges radiales et axiales sont importantes, plus la durée de vie du roulement est limitée. La précharge a aussi une influence sur le phénomène d’excursion alvéolaire (mouvement relatif de la bille par rapport à la cage). Plus la précharge est importante et moins les phénomènes d’excursion alvéolaire sont importants. Le dimensionnement de la précharge doit donc permettre à la fois de garantir une durée de vie du roulement suffisante mais aussi de limiter le phénomène d’excursion alvéolaire. La fenêtre de valeur de précharge est souvent faible car les deux critères sont inversement liés. Il est de plus difficile de réaliser finement cette précharge. En effet, il peut y avoir une dispersion assez importante de raideur pour un même lot de rondelles élastiques. Cette dispersion de raideur des rondelles peut dans certains cas conduire à une usure prématurée des roulements ou de la cage. Il est possible de régler cette précharge avec l’ajout de cales, mais cette opération est fastidieuse et difficile à mettre en place dans le cadre d’une production efficiente. Dans certaines pompes à vide, une rondelle élastique additionnelle est également axialement interposée entre le stator et la bague externe du roulement fixe pour réduire les phénomènes de corrosion de contact («fretting corrosion » en anglais) ou usure par frottement entre les surfaces métalliques et pour permettre l’ajout ou le retrait de cales de positionnement axial. Cependant, l’insertion de ces éléments tend à complexifier le montage des lignes d’arbre. Un autre inconvénient lié à ces assemblages provient de la tendance actuelle allant vers une réduction de plus en plus importante des dimensions des pompes à vide. Les roulements sont de plus en plus petits et de fait, de plus en plus difficiles à monter et démonter. Des outillages spéciaux doivent être développés pour permettre le montage des roulements et leur démontage lors des opérations de maintenance. Un but de la présente invention est de proposer une pompe à vide résolvant au moins un des inconvénients décrits ci-dessus, notamment permettant de faciliter le réglage du positionnement axial des rotors dans le stator et/ou le réglage de la précharge des roulements et permettant de faciliter le montage et démontage des roulements. A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à vide comportant un stator et deux arbres de rotors configurés pour tourner dans au moins un étage de pompage du stator, caractérisée en ce que pour chaque arbre, la pompe à vide comporte en outre : un boitier de roulement fixe comprenant : un roulement monté sur l’arbre, un premier boitier vissé dans le stator, le roulement étant reçu dans le premier boitier, le premier boitier formant une butée axiale pour une bague externe du roulement, et/ou un boitier de roulement mobile comprenant : un roulement monté sur l’arbre, un second boitier vissé dans le stator, le roulement étant reçu dans le second boitier, un élément élastique annulaire interposé entre une bague externe du roulement et le second boitier. Le boitier de roulement fixe assure d’une part le guidage radial de l’arbre de rotors et d’autre part, forme un moyen de réglage du positionnement axial de l’arbre de rotors par son vissage/ dévissage dans le stator, permettant ainsi d’optimiser les jeux de fonctionnement. Ce moyen de réglage du positionnement axial permet d’éviter l’utilisation des cales de réglage comme dans l’architecture de l’art antérieur, ce qui constitue un avantage certain en termes de facilité de montage. Il est en outre possible d’avoir un réglage fin du jeu. Un autre avantage est que cela permet de limiter la précision d’usinage sur certaines pièces : le vissage / dévissage du boitier permet de libérer de la latitude de réglage. Le boitier de roulement mobile forme un moyen de réglage de la précharge du roulement par son vissage/ dévissage dans le stator. Le réglage de la précharge peut ainsi être précis. Cette précharge empêche également les mouvements de jeu de filet possibles entre la portion filetée des boitiers et les taraudages du stator. L’avantage d’avoir la possibilité de régler le chargement de la précontrainte des roulements est de fiabiliser le fonctionnement de la pompe à vide. En effet, il est possible d’avoir, de façon simple, la même précharge sur chaque pompe à vide car on décorrèle les valeurs de précharge, des dispersions d’usinage des pièces entrant dans la chaine de côte concernée ainsi que de la dispersion possible de raideur des rondelles élastiques. La pompe à vide peut comporter deux boitiers de roulement fixe et deux paliers mobiles classiques (c’est-à-dire ne pas comporter de boitiers de roulement mobiles) pour le réglage du positionnement axial des arbres de rotors. La pompe à vide peut comporter deux boitiers de roulement mobile et deux paliers fixes classiques (c’est-à-dire ne pas comporter de boitiers de roulement fixe) pour le réglage de la précharge des roulements, le réglage du positionnement axial des arbres de rotor pouvant être réalisé classiquement au moyen de cales de positionnement. La pompe à vide peut comporter deux boitiers de roulement mobile et deux boitiers de roulement fixe pour pouvoir régler d’une part, le positionnement axial des arbres de rotors au moyen des boitiers de roulement fixe et d’autre part, la précharge des roulements au moyen des boitiers de roulement mobile. Ces boitiers sont par exemples agencés sur chaque arbre de part et d’autre de la partie de pompage sec des étages de pompage dans laquelle circulent les gaz, c’est-à-dire de part et d’autre du au moins un étage de pompage. Le montage des boitiers par vissage permet en outre d’automatiser plus facilement le montage. Il est alors notamment aisé de contrôler la force de précharge des roulements et de l’ajuster par le serrage /desserrage des seconds boitiers. Il est par ailleurs possible de conserver la partie du stator supportant les boitiers de roulement fixe et mobile après maintenance car celle-ci n’est pas endommagée par les phénomènes de corrosion de contact comme cela peut être le cas avec les pompes à vide de l’art antérieur. La pompe à vide peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison. Le premier et/ou le second boitier présente une forme cylindrique présentant une portion filetée extérieure permettant aux boitiers de pouvoir être vissés/dévissés dans un taraudage respectif formé dans un logement du stator (ou alésage). Le pas de vis des portions filetées des premiers boitiers et/ou des seconds boitiers est par exemple compris entre 0,5mm et 4mm, tel que 1mm. Les parties cylindriques des boitiers permettent d’assurer le positionnement radial et le guidage des boitiers. La qualité du guidage est assurée par l’ajustement entre la partie cylindrique du boitier et le logement en vis-à-vis du stator. Il est possible d’introduire un jeu un peu plus important entre le filetage et le taraudage afin que le positionnement radial ne soit réalisé que par le guidage cylindrique. On évite ainsi les possibles sur-contraintes en cas de défaut d’usinage du filet, la précharge des boitiers de roulement mobile permettant d’assurer le contact axial entre les flancs de filet. L’élément élastique annulaire est par exemple une rondelle élastique, par exemple métallique. Les roulements comportent respectivement deux bagues coaxiales, une bague interne solidaire en rotation de l’arbre et une bague externe solidaire du boitier, ainsi que des éléments rotatifs interposés entre les bagues internes et externes, tels que des billes. Des butées axiales peuvent bloquer axialement les bagues internes des roulements de part et d’autre des bagues internes. La pompe à vide peut comporter des boitiers de roulement fixe et des boitiers de roulement mobile, les roulements des boitiers de roulement fixe et les roulements des boitiers de roulement mobile pouvant être montés en « O ». L’élément élastique annulaire sollicite alors une bague externe du roulement du boitier de roulement mobile dans la direction allant de la cellule de pompage vers le boitier de roulement mobile. Le montage/démontage des roulements est simplifié puisqu’il suffit de visser/dévisser les boitiers pour retirer les roulements des arbres. Ceci est un avantage à la fois pour la première monte du fait du gain de temps et de fiabilité en production, mais aussi pour le montage/démontage au cours de maintenances ultérieures. En effet, pour démonter les roulements lors d’une opération de service, il suffit de dévisser les boitiers. De même, lorsque la pompe à vide comporte des boitiers de roulement fixe et des paliers mobiles classiques, les roulements des boitiers de roulement fixe et les paliers mobiles peuvent être montés en « O ». Également, lorsque la pompe à vide comporte des boitiers de roulement mobile et des paliers fixes classiques, les paliers fixes et les roulements des boitiers de roulement mobile peuvent être montés en « O ». Selon un autre exemple, la pompe à vide peut comporter des boitiers de roulement fixe et des boitiers de roulement mobile, les roulements des boitiers de roulement fixe et les roulements des boitiers de roulement mobile étant montés en « X ». L’élément élastique annulaire sollicite alors la bague externe du roulement du boitier de roulement mobile dans la direction allant de la cellule de pompage vers le boitier de roulement fixe. De même, lorsque la pompe à vide comporte des boitiers de roulement fixe et des paliers mobiles classiques, les roulements des boitiers de roulement fixe et les paliers mobiles peuvent être montés en « X ». Également, lorsque la pompe à vide comporte des boitiers de roulement mobile et des paliers fixes classiques, les paliers fixes et les roulements des boitiers de roulement mobile peuvent être montés en « X ». Selon un exemple de réalisation, les boitiers de roulement fixe comportent un dispositif anti-rotation respectif configuré pour bloquer la rotation des premiers boitiers dans le stator et/ou les boitiers de roulement mobile comportent un dispositif anti-rotation respectif configuré pour bloquer la rotation des seconds boitiers dans le stator. Les dispositifs anti-rotation sont par exemple formés par au moins une cavité ménagée dans les premiers boitiers et/ou les seconds boitiers, coopérant avec une languette de verrouillage respective fixée au stator dans une position radiale de blocage. Les premiers boitiers et/ou les seconds boitiers présentent par exemple respectivement plusieurs cavités régulièrement réparties, les languettes de verrouillage pouvant prendre différentes positions radiales de blocage. Les dispositifs anti-rotation comportent par exemple au moins une vis de fixation respective traversant une ouverture, par exemple oblongue, d’une languette de verrouillage respective pour fixer la languette de verrouillage dans un taraudage du stator. Le stator peut présenter plusieurs taraudages en arc de cercle autour des premiers et/ou seconds boitiers. Selon un autre exemple de réalisation, les dispositifs anti-rotation configurés pour bloquer la rotation des premiers et/ou seconds boitiers dans le stator sont réalisés par collage des filets des boitiers dans les logements respectifs du stator ou par insertion d’éléments pour raccords filetés entre les filets des boitiers et ceux des logements du stator, tel qu’un ruban d’étanchéité en matériau polytétrafluoroéthylène. Les boitiers de roulement fixe peuvent respectivement comporter un premier joint torique agencé entre le premier boitier et le logement du stator dans lequel est reçu le premier boitier. Les boitiers de roulement fixe peuvent respectivement comporter un deuxième joint torique agencé entre le premier boitier et le roulement. Les boitiers de roulement mobile peuvent respectivement comporter un premier joint torique agencé entre le second boitier et le logement du stator dans lequel est reçu le second boitier. Les boitiers de roulement mobile peuvent respectivement comporter un deuxième joint torique agencé entre le second boitier et le roulement. L’invention a aussi pour objet un procédé de montage d’une pompe à vide telle que décrite précédemment dans lequel on visse les boitiers de roulement fixe et/ou mobile sur les arbres par des moyens robotisés. Par exemple, pour le réglage de la force de précharge des roulements d’un montage en « O », les moyens robotisés peuvent appuyer axialement sur l’arbre du côté des boitiers de roulement mobile en mesurant la force exercée. Dès que l’arbre se déplace, c’est que la force exercée annule la force de précharge et donc, que la force mesurée correspond à la force de précharge. Cette méthode de réglage est simple à réaliser et permet de régler aisément une même force de précharge des roulements sur toutes les pompes à vide produites. 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 est une vue en coupe agrandie d’éléments d’un boitier de roulement fixe monté sur un arbre de la pompe à vide de la . La est une vue en coupe agrandie d’éléments d’un boitier de roulement mobile monté sur l’arbre. La est une vue en perspective d’un second boitier d’un boitier de roulement mobile. La est une vue de face des boitiers de roulement mobile avec des seconds boitiers et des dispositifs anti-rotation dans une première position radiale de blocage. La est une vue similaire à la avec des seconds boitiers et des dispositifs anti-rotation dans une deuxième position radiale de blocage. La est une vue schématique d’une variation de montage des roulements des boitiers de roulement fixe et des boitiers de roulement mobile. La montre une vue analogue à la pour un autre exemple de réalisation. La montre une vue analogue à la pour un autre exemple de réalisation. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Pompe à vide (1) comportant un stator (2) et deux arbres (4) de rotors (5) configurés pour tourner dans au moins un étage de pompage (T1-T7) du stator (2), caractérisée en ce que pour chaque arbre (4), la pompe à vide (1) comporte en outre : un boitier de roulement fixe (10) comprenant : un roulement (12) monté sur l’arbre (4), un premier boitier (13) vissé dans le stator (2), le roulement (12) étant reçu dans le premier boitier (13), le premier boitier (13) formant une butée axiale pour une bague externe (12b) du roulement (12), et/ou un boitier de roulement mobile (11) comprenant : un roulement (20) monté sur l’arbre (4), un second boitier (21) vissé dans le stator (2), le roulement (20) étant reçu dans le second boitier (21), un élément élastique annulaire (22) interposé entre une bague externe (20b) du roulement (20) et le second boitier (21). Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les premiers boitiers (13) et/ou les seconds boitiers (21) présentent des portions filetées (13a, 21a) dont le pas de vis est compris entre 0,5mm et 4mm, tel que 1mm. Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte des boitiers de roulement fixe (10) et des boitiers de roulement mobile (11), les roulements (12) des boitiers de roulement fixe (10) et les roulements (20) des boitiers de roulement mobile (11) étant montés en « O ». Pompe à vide (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle comporte des boitiers de roulement fixe (10) et des boitiers de roulement mobile (11), les roulements (12) des boitiers de roulement fixe (10) et les roulements (20) des boitiers de roulement mobile (11) étant montés en « X ». Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les boitiers de roulement fixe (10) comportent un dispositif anti-rotation (30) respectif configuré pour bloquer la rotation des premiers boitiers (13) dans le stator (2) et/ou les boitiers de roulement mobile (11) comportent un dispositif anti-rotation (30) respectif configuré pour bloquer la rotation des seconds boitiers (21) dans le stator (2). Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les dispositifs anti-rotation (30) sont formés par au moins une cavité (31) ménagée dans les premiers boitiers (13) et/ou les seconds boitiers (21), coopérant avec une languette de verrouillage (32) respective fixée au stator (2) dans une position radiale de blocage. Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les premiers boitiers (13) et/ou les seconds boitiers (21) présentent respectivement plusieurs cavités (31) régulièrement réparties, les languettes de verrouillage (32) pouvant prendre différentes positions radiales de blocage. Pompe à vide (1) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les dispositifs anti-rotation (30) comportent au moins une vis de fixation (34) respective traversant une ouverture (35) oblongue d’une languette de verrouillage (32) respective pour fixer la languette de verrouillage (32) dans un taraudage (36) du stator (2), le stator (2) présentant plusieurs taraudages (36) en arc de cercle autour des premiers et/ou seconds boitiers (13, 21). Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les boitiers de roulement fixe (10) comportent respectivement un premier joint torique (19a) agencé entre le premier boitier (13) et le logement du stator (2) dans lequel est reçu le premier boitier (13) et un deuxième joint torique (19b) agencé entre le premier boitier (13) et le roulement (12). Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les boitiers de roulement mobile (11) comportent respectivement un premier joint torique (19a) agencé entre le second boitier (21) et le logement du stator (2) dans lequel est reçu le second boitier (21) et un deuxième joint torique (19b) agencé entre le second boitier (21) et le roulement (20). Pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que des butées axiales bloquent axialement les bagues internes (12a, 20a) des roulements (12, 20) de part et d’autre des bagues internes (12a, 20a). Procédé de montage d’une pompe à vide (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on visse les boitiers de roulement fixe (10) et/ou mobile (11) sur les arbres (4) par des moyens robotisés.