Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02350151 2001-06-12
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La présente invention concerne le domaine des
pompes hydrauliques, et plus particulièrement les pompes
à pistons axiaux du type à axe brisé.
D'une façon générale, les pompes à pistons axiaux
habituellement utilisées comportent un corps dans lequel
est monté rotatif selon son axe central un barillet
présentant une série de perçages axiaux dans chacun
desquels coulisse un piston, dont l'extrémité est
contrainte à rester sensiblement dans un plan fixe non
perpendiculaire à l'axe du barillet, provoquant leur
mouvement alternatif dans les perçages lors de la
rotation dudit barillet.
Les perçages munis de leur piston définissent
ainsi des cylindres de volume variable en communication
avec des orifices d'aspiration et de refoulement de la
pompe par l'intermédiaire d'une glace de distribution
montée fixe dans le corps de pompe et coopérant avec la
face d'appui axiale du barillet sur laquelle débouchent
les perçages axiaux. Cette glace de distribution présente
deux évidements en forme de haricot diamétralement
opposés et reliês respectivement à l'orifice d'aspiration
et à l' orifice de refoulement .
Le document FR-A-1 261 358 décrit ainsi une pompe
à barillet, qui n'est cependant pas du type à axe brisé.
Le barillet de cette pompe est en deux corps coaxiaux,
rigidement solidaires par des boulons de fixation et des
goujons de centrage. Le ressort assurant l'appui du
barillet contre la glace de distribution est interposé
entre un épaulement du corps inférieur et la calotte
centrale d'un chapeau tournant et oscillant, lui-même
interposé entre une rotule centrale et des portées
hémisphériques ménagées sur les pistons axiaux. Un tel
agencement induit des frottements élevés interdisant des
. - régimes de rotation élevés.
Le document FR-A-1 456 563 décrit une pompe dans
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laquelle le barillet est maintenu en appui contre la
glace de distribution par une rondelle élastique à portée
conique en appui contre un épaulement homologue prévu sur
le support de la glace de distribution, donc avec des
frottements élevês. Le centrage du barillet est en outre
assuré par un tube central solidaire du support de la
glace de distribution. L'entraîneur a donc pour seule
fonction d'entraîner le barillet en rotation, sans
intervenir pour le centrage du barillet ou pour le
pressage dudit barillet contre la glace de distribution.
La structure d'une telle pompe est extrêmement complexe,
et implique des frottements élevés limitant les régimes
de fonctionnement.
Le document NL-A-248 888 illustre enfin une pompe
à axe brisé dans laquelle le barillet est entraîné en
rotation par un entraîneur vissé sur le barillet, en
étant centré sur un axe fixe. L'appui contre la glace de
distribution est assuré par des rondelles Belleville en
appui contre une bague montée sur un axe central
solidaire du support de la glace de distribution.
L'entraîneur a là encore pour seule fonction d'entraîner
le barillet en rotation.
Si l'on sait aujourd'hui obtenir des faces
d'appui d'une planéité poussée, les tolérances d'usinage,
notamment la perpendicularité de la surface d'appui à
l'axe de rotation du barillet, font que les déformations
en cours de fonctionnement ne permettent pas de garantir
que le barillet soit en permanence en appui par toute sa
surface d'appui sur la glace de distribution.
Par ailleurs, pour éviter que l'extrémité du
piston ne glisse sur le plateau matérialisant le plan
fixe, un perfectionnement classique de ce type de pompes
consiste à faire tourner ce plateau avec le barillet
selon un axe normal au plan fixe et concourant avec celui
du barillet, au moyen d'une liaison homocinétique, par
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exemple un engrènement à pignons coniques. Une biellette
est alors avantageusement prévue entre chaque piston
axial et le plateau, rotulée à ses deux extrémités . On a
ainsi éliminé tout frottement de glissement entre les
parties mobiles, hormis le coulissement du piston dans
son perçage.
Toujours dans le cadre de ce perfectionnement,
l'appui axial du barillet sur la glace de distribution
s'obtient de façon connue par un ressort prenant appui
sur la zone centrale du plateau, par exemple par
l'intermédiaire d'une bille centrale solidaire du
plateau, et poussant le barillet contre la glace de
distribution. Le ressort est donc installé entre deux
pièces mobiles entre elles, ce qui génère des frottements
de glissement entre le ressort et au moins une des
pièces, entraînant leur usure et l'émission de particules
polluant l'intérieur de la pompe.
En outre, l'effort du ressort s'ajoute à ceux des
biellettes forçant les pistons dans les perçages du
barillet pour donner un effort important sur le plateau,
ce qui surcharge les paliers concernés.
L'invention a pour but de pallier ces
inconvénients en proposant une pompe hydraulique à
pistons axiaux du type à axe brisé ne présentant pas les
inconvénients et limitations précités.
Ce problème est résolu grâce à une pompe
comportant un barillet rotatif à axe central coopérant
avec une glace de distribution associée selon une surface
d'appui sensiblement perpendiculaire à cet axe, ledit
barillet présentant une pluralité de perçages axiaux dans
lesquels sont montés coulissants les pistons
correspondants, la dite pompe étant remarquable en ce
qu'un entraîneur distinct du barillet est prévu pour
. - tourner selon un axe de rotation essentiellement confondu
avec ledit axe central, ledit entraîneur assurant d'une
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part le centrage et l'entraînement en rotation du
barillet selon ledit axe de rotation, et d'autre part
l'appui d'un moyen élastique pressant la surface d'appui
du barillet contre la glace de distribution.
Ainsi désolidarisé de l'entraîneur, le barillet
est libre de se déplacer axialement et angulairement sous
l'effet du ressort pour compenser les défauts
d'alignement de sa face d'appui sur la glace de
distribution lors de la rotation. Par ailleurs, l'effort
de poussée du ressort est repris par l'entraîneur,
évitant ainsi de solliciter les autres parties de la
pompe. En outre, le ressort est installé entre deux
pièces sensiblement immobiles entre elles, évitant ainsi
tout frottement de glissement du ressort sur l'une des
pièces.
Selon une caractéristique avantageuse,
l'entraîneur reçoit le barillet dans une partie creuse,
une portée venue intérieurement sur l'entraîneur centrant
le barillet sur l'axe de rotation, laissant libre le
coulissement axial du barillet vis à vis de l'entraîneur.
Avantageusement, la portée est située
sensiblement à mi-longueur axiale du barillet.
De ce fait, les efforts radiaux parasites dus aux
pistons sont contrés sensiblement au niveau de leur
introduction.
De préférence, le centrage autorise un certain
débattement angulaire du barillet vis à vis de
l'entraîneur.
Ainsi, le barillet est libre de se mouvoir
angulairement pour rester en permanence parfaitement
plaqué sur la glace de distribution.
Selon une autre caractéristique avantageuse, la
liaison en rotation du barillet et de l'entraîneur est
. - assurée par des moyens mécaniques homologues en
correspondance de forme portés par lesdits barillet et
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entraîneur. I1 pourra s'agir d'une coopération de deux
ergots symétriques venus sur l'un de ces élêments, avec
des cavités homologues pratiquées sur l'autre élément, ou
en variante d'une coopération de cannelures venues sur
5 l'un de ces éléments au niveau de la portée avec des
creux homologues pratiqués sur l'autre élément.
L'entraînement en rotation ainsi réalisé induit
un couple pur sur le barillet, préservant la liberté de
mouvement du barillet vis à vis de l'entraîneur.
Avantageusement encore, l'entraîneur possède une
paroi transversale sensiblement perpendiculaire à son axe
de rotation sur une face interne de laquelle est
compressé le moyen élastique d'appui du barillet contre
la glace de distribution.
Cette paroi contre ainsi l'effort du moyen
élastique et le transmet au corps de pompe via la liaison
rotative de l'entraîneur sur le corps (liaison par
exemple assurée au moyen de roulements), sans que cet
effort sollicite d'autres parties de la pompe, ni ne crée
de frottements parasites.
Dans un mode important de réalisation dans lequel
les pistons axiaux sont montés articulés sur un plateau
rotatif d'axe de rotation concourant à l'axe de
l'entraîneur, le plateau est avantageusement lié en
rotation à l'entraîneur, de préférence à l'aide d'un
engrenage conique.
Dans ce cas, l'effort parasite introduit par le
contact des dents de l'engrenage conique en plus du
couple d'entraînement est filtré par l'entraîneur,
épargnant ainsi le barillet. De plus, les mouvements du
barillet ne perturbent pas les conditions d'engrènement.
Avantageusement, le plateau est solidaire en
rotation avec l'arbre menant de la pompe.
~ - Selon une disposition particulière, dans le cas
où il s'agit d'une pompe dans laquelle les pistons axiaux
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sont articulés au plateau au moyen de biellettes à
extrémités sphériques, le plateau reçoit les extrémités
des biellettes dans des réceptacles associés conformés,
qui sont maintenus sur le plateau au moyen d'une bride
circulaire commune reliée au plateau par une vis
centrale.
D'autres caractéristiques et avantages
ressortiront plus clairement à la lecture de la
description qui suit des figures des dessins annexés,
parmi lesquelles .
- la figure 1 représente la coupe longitudinale
d'une pompe hydraulique selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en
perspective éclatée représentant l'agencement du
barillet, de la glace de distribution et de l'entraîneur
dans une pompe selon l'invention.
En référence à la figure 1, une pompe selon
l'invention comporte un corps de pompe 1 composé de deux
parties 1_a et lb accueillant les éléments constitutifs de
la pompe. La partie la reçoit une glace de distribution 2
coopérant avec un barillet 3 selon une face d'appui notée
4 perpendiculaire à l'axe noté X de révolution du
barillet 3. Ce barillet 3 comporte une sêrie de perçages
5 axiaux, (c'est-à-dire s'étendant parallèlement à l'axe
de révolution ou axe central X) débouchants destinés à
servir de guides à des pistons 6. Un conduit 7 met en
communication la face 4 avec l'intérieur du volume de
l'espace cylindrique délimité par chaque perçage 5 et le
piston 6 associé. C'est par ces conduits 7 que l'huile
est admise ou refoulée dans les espaces cylindriques.
Entourant le barillet 3 est monté en rotation un
entraîneur 8 composé d'une partie cylindrique 9
accueillant le barillet 3, d'une paroi transversale 10
formant fond servant d'appui à un ressort il plaquant le
barillet 3 contre la glace de distribution 2, et d'un
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pignon conique 12. L'entraîneur 8 est ici réalisé sous la
forme d'une pièce unitaire, mais on pourra en variante
prévoir que la paroi transversale 10 est une pièce
rapportée. Dans ce cas, il sera prévu une butée axiale,
rapportée (un jonc par exemple) ou non (un épaulement par
exemple), pour assurer le blocage axial de la paroi
transversale 10, ce blocage étant maintenu en permanence
par l'action du ressort 11. L'entraîneur 8 est monté
rotatif sur la partie la du corps 1, au moyen de
roulements 13 à portée oblique, autorisant la libre
rotation de l'entraîneur selon un axe essentiellement
confondu avec l'axe central X du barillet 3, et réalisant
son arrêt axial. Ces roulements 13 transmettent l'effort
du ressort 11 à la partie la du corps 1.
L'entraîneur 8 comprend ainsi la partie
cylindrique 9 recevant le barillet 3 en son intérieur, et
il est muni de la paroi 10 transversale formant appui du
ressort 11, laquelle paroi est soit venue intégralement
avec ladite paroi cylindrique 9, soit rapportée.
Le barillet 3 est centré sur l'axe de rotation de
l'entraîneur 8 par une portée 24 intérieure de
l'entraîneur 8, prenant appui sur une portée conformée
associée du barillet 3. La courte longueur axiale de la
portêe, ainsi que le jeu circonférentiel installé
autorise de prêférence un certain débattement angulaire
du barillet 3 vis à vis de l'entraîneur 8, selon des
valeurs qui restent bien entendu faibles, mais sont
suffisantes pour permettre au barillet de flotter pour se
maintenir parfaitement contre la glace de distribution en
permanence sous l'effet du ressort 11.
Par ailleurs, l'entraîneur 8 est muni d'un pignon
conique 12 destiné à coopérer avec un pignon 16 homologue
agencé sur un arbre menant 14 monté rotatif au moyen de
~ ~ roulements 15 à portée oblique sur la partie lb du corps
1, et disposé selon un axe Y qui est concourant avec
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l'axe X. Cet arbre 14 présente ainsi à son extrémité un
pignon conique 16 engrenant avec le pignon conique 12 de
l'entraîneur. Sur la face de cet arbre 14 formant un
plateau 33 en regard de l'entraîneur 8, sont disposés
axialement des grains 17 comportant chacun une partie
cylindrique 18 s'enfilant dans un alésage 19 associé
ménagé sur la face de l'arbre 14, et présentant chacun un
réceptacle sphérique 20 rotulant l'extrémité sphérique 21
d'une biellette 22 associée, dont l'autre extrémité 23
également sphérique est rotulée sur le piston 6
correspondant. L'alésage 19 est réalisé sensiblement en
regard de la trace de l'axe du piston 6 sur un plan
normal à l'axe Y passant par le centre des réceptacles 20
des grains 17. Les grains 17 sont liés au plateau 33 par
une bride circulaire 34 rapportée, commune à tous les
grains, au moyen d'une vis centrale 35.
Les biellettes 22 passent au travers de la paroi
transversale 10 au moyen de lumières pratiquées dans
ladite paroi 10. On pourra prêvoir une lumière par
biellette 22, ou en variante des lumières qui sont
communes à plusieurs biellettes 22. Au cas ou cette paroi
serait rapportée sur l'entraîneur 8, il faut veiller à ce
que cette paroi soit arrêtée en rotation par rapport à
l'entraîneur 8, pour êviter que cette paroi 10 ne tourne
vis à vis de l'entraîneur 8 et vienne heurter les
biellettes 22.
La partie centrale du plateau 33 ayant été
dégagée de l'appui du ressort 11 tel que cela est connu
dans l'art antérieur, on peut en effet en profiter pour y
loger une vis 35 de maintien des grains 17 , et réaliser
la liaison des grains 17 au plateau 33 de façon très
simple, et ce quel que soit le nombre de grains prévus.
Une telle liaison permet de ne pas lier le diamètre de
~ ~ répartition des grains 17 sur le plateau 33 au diamètre
de l'arbre 14 au niveau des paliers de celui-ci.
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Sur la figure 2, on distingue le barillet 3 en
appui sur la glace de distribution 2 présentant deux
orifices collecteurs 25,26 traversants en forme de
haricot destinés à mettre en communication les perçages 5
du barillet 3 soit avec le refoulement, soit avec
l'aspiration de la pompe.
L'entraîneur 8 est présenté en coupe partielle,
qui dévoile une portée cylindrique 24 venue
intérieurement à l'entraîneur 8, qui coopère ici avec une
portée 27 homologue du barillet 3, située sensiblement à
mi-longueur axiale de celui-ci. La longueur axiale de la
portée est réduite pour, avec le jeu de fonctionnement
installé entre les deux pièces, permettre un léger
flottement du barillet 3 vis à vis de l'entraîneur 8,
afin que le barillet 3 puisse en permanence venir contre
la glace de distribution 2, même si la face d'appui 4 du
barillet 3 ou la glace de distribution 2 n'est pas
parfaitement perpendiculaire à l'axe X de rotation de
l'entraîneur 8.
Lors du fonctionnement de la pompe, les
biellettes 22 ne sont pas toujours parfaitement alignées
avec l'axe des pistons 6. Il en résulte des efforts
parasites normaux à l'axe des pistons 6, dont la
résultante passe sensiblement par un plan mêdian normal à
l'axe X du barillet 3. En prévoyant la portée à ce
niveau, on s'assure que ces efforts ne génèrent pas de
couple parasite de déversement du barillet 3 vis à vis de
l'entraîneur 8.
Par ailleurs, un ergot 28 du barillet 3 est
montré coopérant avec le flanc 29 d'une encoche 30
réalisée dans la paroi cylindrique 9 de l'entraîneur 8,
ceci en vue de l'entraînement en rotation du barillet 3
par l'entraîneur 8. On a prévu ici un agencement
symétrique, pour faire en sorte que l'entraîneur 8 force
le barillet 3 en rotation au moyen d'un couple pur. Bien
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entendu, on pourra prévoir une variante dans laquelle les
ergots 28 sont solidaires de l'entraîneur 8, et les
encoches 30 sont mênagées dans le barillet, ou encore
tout autre agencement mettant en oeuvre des moyens
mécaniques homologues en correspondance de forme, tel que
des cannelures au droit de la portée 24, ces cannelures
étant prévues sur l'un desdits entraîneur et barillet, et
coopérant avec des creux homologues prévus sur l'autre de
ces éléments (variante non illustrée ici).
L'invention n'est pas limitée au mode particulier
de réalisation qui vient d'être décrit, mais englobe au
contraire toute variante, qui avec des moyens
équivalents, reproduirait les caractéristiques
essentielles dêcrites ici.
En particulier, on pourra lier l'entraîneur 8 à
un arbre menant de la pompe, auquel cas le plateau 33
sera entraîné par l'entraîneur 8.
Par ailleurs, pour lier en rotation le plateau 33
à l'entraîneur 8, on pourra envisager d'autres types de
liaisons, telle qu'une liaison par cardans, par friction
ou autre.
Enfin, la séparation de l'entraîneur 8 d'avec le
barillet 3 s'applique aussi à des pompes à pistons axiaux
en ligne dont le plateau 33 est fixe en rotation, et sur
lequel glissent des patins en extrémité des pistons
axiaux 6, ou encore à des pompes à pistons axiaux en
ligne à cylindrée variable par inclinaison de l'axe de
rotation du plateau par rapport à l'axe du barillet, ou
par inclinaison du plateau lui-même.
