Corps de pompe d'une pompe hydraulique à plateau biais

Abstract

 On obtient une pompe hydraulique à pistons creux (2) et à plateau biais tournant (3) plus légère et mieux accessible, en réalisant le corps de la pompe (1) à partir d'un tube extérieur (13) dans lequel on répartit annulairement des fourreaux cylindriques (14) constituant les cylindres de pompe et des inserts (17). On remplit ensuite les volumes libres (16) autour des fourreaux (14) et des inserts (17) à l'intérieur du tube (13) de matière synthétique.

Description

[0001] La présente invention est relative à une pompe hydraulique à pistons axiaux creux et à plateau biais, tournant, comportant : un corps de pompe qui abrite une pluralité de chambres cylindriques, paral­lèles à l'axe de l'arbre moteur de la pompe ; des pis­tons susdits entraînés en mouvement alternatif, par la rotation dudit plateau biais de l'arbre et par la pous­sée de ressorts logés à l'intérieur de chacun des pis­tons, chaque piston reposant contre le tableau biais par l'intermédiaire d'un plot, l'alimentation des pistons se faisant lors du passage du plot d'appui des pistons contre la face du plateau biais par une lunule gravée sur ladite face, et des clapets de refoulement montés au fond de chaque cylindre dans le prolongement de ceux-ci.

[0002] Les pompes de ce type sont largement utili­sées pour alimenter des circuits hydrauliques, notamment d'un camion à benne basculante, d'un bulldozer, d'une grue ou d'un avion. Elles permettent de transmettre dans un volume réduit une puissance considérable.

[0003] Ainsi par le brevet français n⁰ 2.394.692 et le brevet belge n⁰ 887.598, on connaît des pompes hy­drauliques à plateau biais. Ces pompes connues décrites dans lesdits documents, ont en commun un corps en acier forgé, où sont ménagés des alésages dans lesquels sont introduites des douilles en bronze constituant les chambres où se meuvent les pistons, auquel est asso­cié un carter en fonte, portant deux paliers entre lesquels un arbre entraîne en rotation un plateau biais faisant corps avec lui.

[0004] La conception d'une pompe constituée d'un corps en acier forgé et d'un carter en fonte obtenu par moulage, entraîne les inconvénients suivants :
- une production sur un cycle assez long, dû aux délais d'approvisionnement des pièces forgées et fondues ;
- des taux de rebuts importants, en raison du fait que la qualité des ébauches moulées n'est pas tou­jours constante, puisque la qualité des pièces forgées est liée au degré d'usure de l'outillage ;
- une production quasiment interdite aux firmes de petite taille du fait de la longueur du cycle de production - qui impose la fabrication en séries importantes - et en raison du coût élevé des outillages de forge et de fonderie ;
- une difficile adaptation des modèles aux besoins divers de la clientèle, et
- un poids important du produit fini, ce qui est un handicap sérieux lorsque la pompe est fixée, par exemple, sur la boîte de vitesses d'un véhicule.

[0005] Le présent brevet a pour but de protéger et de décrire un mode de fabrication permettant d'évi­ter ces inconvénients.

[0006] Elle est relative à une pompe hydraulique à pistons axiaux creux à plateau biais tournant, compor­tant : un corps de pompe qui abrite une pluralité de chambres cylindriques, parallèles à l'axe de l'arbre moteur de la pompe une pluralité de pistons creux entraînés en mouvement alternatif, par la rotation dudit plateau biais de l'arbre et par la poussée de ressorts logés à l'intérieur de chacun des pistons, l'alimentation se faisant lors du passage du plot d'ap­pui des pistons contre la face du plateau biais par une lunule gravée sur ladite face, le refoulement de l'huile à haute pression étant réalisé par des clapets de refoulement montés au fond de chaque cylindre dans le prolongement de ceux-ci. La présente pompe est essentiellement caractérisée en ce que le corps de la pompe est formé d'un tube extérieur dans lequel sont répartis annulairement des fourreaux cylindriques con­stituant les cylindres de pompe et à la périphérie desdits fourreaux des inserts tubulaires taraudés desti­nés à fixer le corps de la pompe à une culasse, les volumes libres autour des fourreaux et des inserts à l'intérieur du tube étant remplis par un matériau présentant, après cuisson ou prise, une bonne tenue mécanique.

[0007] Suivant une particularité de l'invention, les côtés extérieurs de ces fourreaux sont sensiblement égaux entre eux et choisis de telle manière que lesdits fourreaux, une fois en place, soient tangents au diamè­tre intérieur du tube extérieur en laissant entre eux un intervalle au moins égal à 0,1 mm.

[0008] Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, les fourreaux sont maintenus en place par une pièce, coaxiale au tube extérieur ayant avantageuse­ment une forme cylindrique ou partiellement polygonale, chacun des fourreaux étant pressé contre le tube par l'un des côtés de la pièce.

[0009] De préférence, une plaque intermédiaire est interposée entre le corps de pompe et la culasse, l'étanchéité entre la plaque intermédiaire et le corps de pompe d'une part, et entre la plaque intermédiaire et la culasse d'autre part étant réalisée soit par un joint, soit par collage.

[0010] D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante, faisant référence aux dessins ci­annexés qui illustrent une forme de réalisation de l'in­vention, donnée à titre d'exemple non limitatif.

[0011] Dans ces dessins :

- la figure 1 est une vue en élévation partiellement arrachée au niveau d'un insert fileté et une vue en coupe longitudinale d'un corps de pompe selon l'in­vention ; et

- la figure 2 est une coupe transversale selon la ligne II, II du corps de pompe illustré à la figure 1,

- la figure 3 est une vue en plan du plateau bias de la pompe.

[0012] Dans ces dessins, de mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analo­gues.

[0013] Comme illustré à la figure 1, une pompe hydraulique à pistons axiaux creux et à plateau biais tournant, comporte un corps de pompe désigné dans son ensemble par la notation de référence 1 et une pluralité de pistons creux 2, animés d'un mouvement alternatif d'aspiration et de refoulement par l'intermédiaire d'un plateau biais 3 et entraîné en rotation par un arbre d'entraînement 6 parallèle à la course des pistons 2.

[0014] Chaque piston creux présente une extrémité sphérique 7 qui s'engage dans la partie conique d'un plot 8 s'appuyant par sa face plane sur le plateau biais 3 de l'arbre 6. Le mouvement alternatif de va-et-vient des pistons est provoqué, ainsi qu'il est connu dans le sens aller par la poussée exercée sur le plateau par le plateau biais 3 dans le sens retour grâce au ressort de rappel 9 logé à l'intérieur de chaque piston 2.

[0015] Le piston biais 3 est entraîné en rotation dans une chambre 10 remplie de liquide hydraulique amené par un orifice d'alimentation 11.

[0016] L'alimentation des pistons se fait par aspi­ration du liquide hydraulique par une lunule 12 ménagée, sur ou à travers, une face du plateau biais 3 (figure 3). Cette lunule communique avec un fraisage diamétral 12' du plateau biais 3.

[0017] Suivant une particularité de l'invention, le corps de pompe 1 qui abrite les pistons 2 est formé d'un tronçon de tube extérieur 13, généralement en acier ; matériau composite ou matériau céramique, dans lequel sont logés une série de fourreaux cylindriques 14, constituant les cylindres de la pompe dans lesquels coulissent les pistons 2. Les diamètres extérieurs de ces fourreaux 14 sont sensible­ment égaux et choisis de telle manière que lesdits fourreaux 14, une fois en place, soient tangents au diamètre intérieur du tube 13 en laissant entre eux un certain espacement.

[0018] Des clapets de refoulement 15 repoussés par des ressorts 16 empêchent le reflux du liquide sous pression pendant la phase d'aspiration.

[0019] Les pistons creux 2 comportent éventuellement un dispositif de valve de retenue réticulaire laissant le libre passage de l'huile du plateau biais 3 vers les clapets de refoulement 15 "haute pression" de manière à permettre une purge de l'air inclus à l'intérieur de la pompe lors de la mise en fonctionnement et empêchant le retour de l'huile et de l'air du piston 2 vers le pla­teau biais 3, lorsque la pompe passe de la phase du refoulement à la phase d'aspiration.

[0020] Dans l'espace annulaire libre 16 compris entre deux fourreaux consécutifs 14 et le tube extérieur 13 tel qu'illustré à la figure 2, on prévoit dans le corps de la pompe 1 des inserts taraudés 17. Leur nombre est avantageusement égal à celui des fourreaux 14 - desti­nés, par la suite, à fixer le corps de la pompe sur une culasse 18. Le diamètre extérieur de ces inserts 17 est choisi de manière à, une fois mis en place, ne pas exercer de pression sur les fourreaux 14.

[0021] Les inserts taraudés 17 sont fixés au tube extérieur 13 par soudure et/ou collage. Les fourreaux 14 sont maintenus en place dans le tube 13 ou dans le moule, lors de la fabrication du corps de la pompe 1 par une pièce 19, de forme extérieure polygonale - ou par­tiellement polygonale - coaxiale au tube 14, chacun des fourreaux 14 étant pressé contre le tube 13 par l'un des côtés de la pièce 19. Dans une forme de réalisation différente, la pièce 19 peut être de forme extérieure cylindrique, le rayon de ce cylindre étant choisi, préférablement, de manière à être inférieur ou égal à la différence entre le rayon intérieur maximum du tube et le diamètre extérieur minimum des fourreaux 14.

[0022] L'effort qu'applique chacun des fourreaux 14 contre le tube 13 ne peut pas être exagéré, afin de ne pas provoquer de déformation importante. Pour cela, selon l'invention, la pièce 19 sera soit un tube métal­lique à paroi mince, soit une barre pleine ou encore un tube rempli de toute matière métallique ou synthétique.

[0023] La mise en place de la pièce 19 pourra se faire par simple pressage : on pourra également faciliter cette mise en place en chauffant le tube extérieur 13 à quelques dizaines de degrés au-dessus de la température ambiante.

[0024] Selon la présente invention, une fois que les fourreaux 14 et les inserts 17 et la pièce 19 sont mis en place dans le tube extérieur 13, les volumes libres de l'espace annulaire compris à l'intérieur du tube 3 et à l'extérieur de la pièce 19 sont remplis d'une matière synthétique en vue d'obtenir, après cuisson ou prise, un ensemble présentant une bonne tenue mécanique. Comme matière synthétique, citons à titre d'exemple non limi­tatif, tout matériau plastique polymérisé, résine, maté­riau composite constitué de résine polyester, époxy, phénolique, avec ou sans adjonction de fibres en car­bone, bore, verre, carbure de silicium, kevlar, tressées ou non ou encore sous forme de fibres courtes (chopped fiber).

[0025] Selon la présente invention, le corps de pompe 1 est fixé à un carter 20 constitué d'un tube soit par soudure, soit par vissage, collage ou clamage, ou encore par tout autre procédé de solidarisation adapté aux matériaux utilisés qui peuvent également être formés en une seule pièce homogène continue.

[0026] Le système de fixation assure également, éventuellement par l'interposition d'un joint adéquat non montré l'étanchéité vers l'extérieur. La solidarisa­tion des tubes extérieurs 13 et 20 peut également être réalisée avant que le tube ne soit transformé en le corps de pompe 1 proprement dit. Le carter 20 est percé d'un trou sur lequel est soudé un mamelon fileté 21, qui servira à l'entrée du fluide B.Pression dans la pompe.

[0027] Dans la partie du tube opposée au corps de pompe 1 se trouve placée une pièce - support 22 , arrê­tée dans le carter 20 par tout moyen approprié, par exemple collage ou par un circlips par ou une bague divisée 24. La pièce support 22 est destinée à porter 2 roulements dont l'un à aiguilles 23 et l'autre à galets coniques 23 et sur lesquels tourillonne l'arbre 6 équipé du classique plateau biais 3 muni de la lunule d'aspira­tion 12.

[0028] L'étanchéité entre la pièce-support et le carter 20 est assurée par collage ou par un joint tori­que 27 tandis que l'étanchéité entre l'arbre 6 et l'ex­térieur est assurée par collage ou par un joint 27', de préférence double.

[0029] Les clapets de refoulement 15 repoussés par les ressorts 16, ainsi que les ressorts 9 des pistons 2 s'appuient sur une plaque intermédiaire 25 interposée entre le corps de la pompe 1 et la culasse 18.

[0030] Cette plaque intermédiaire 25 est solidarisée au corps 1 et à la culasse 18 par vissage et/ou collage

[0031] La fixation de la plaque intermédiaire 25 et de la culasse est également assurée par des vis 26 introduites dans les inserts 17 solidaires du cylindre. La solidarisation peut aussi se faire par bridage exté­rieur ou par enrobage filamentaire autour des pièces constitutives du corps complet de la pompe.

[0032] L'étanchéité entre le corps de pompe 1 et la plaque intermédiaire 25 d'une part et entre la plaque intermédiaire 25 et la culasse 18 est alors réalisée soit par joints toriques ou joints plats non montrés, soit par collage. Le mode de réalisation décrit permet de retirer la culasse 18 et de rectifier la plaque intermédiaire 25 solidaire du corps 13 de pompe afin de corriger l'assise des clapets de refoulement 15.

[0033] Une telle rectification s'avère en effet indispensable, lorsque cette plaque intermédiaire 25, soumise au martèlement incessant et violent des sou­papes de refoulement 15, n'assure plus une étanchéité suffisante de celles-ci entre les zones de haute et de basse pression.

[0034] Cette rectification est impossible à réaliser dans les corps de pompe en acier forgé connus à ce jour.

[0035] Dans ces derniers en effet, le tube extérieur 13 et la culasse 18 sont constituées d'une seule pièce, dans le fond de laquelle sont ménagés les cavités desti­nées aux soupapes de refoulement 15. On voit aisément que le fond de la pièce forgée est difficilement recti­fiable.

[0036] Le procédé de réalisation d'un corps de pompe suivant l'invention, en matériaux composites offre en­core les autres avantages suivants :

1⁰ substantiel gain de poids par rapport au corps en acier forgé ;

2⁰ indépenance par rapport à une usine de forgeage ;

3⁰ indépendance par rapport à une usine en fonderie ;

4⁰ mise en oeuvre très souple, ne nécessitant qu'un investissement relativement peu coûteux pour la mise en oeuvre des matériaux composites ;

5⁰ forme réalisable dans tout atelier de mécanique possédant un tour horizontal et un four de cuisson ou autoclave;

6⁰ adaptation rapide à toute demande spéciale et à toute exigence dimensionnelle.

[0037] Il est évident que l'invention n'est pas limitée à la fome de réalisation d'une pompe hydrauli­que à délai fixe décrite ci-dessus et que de nombreuses modifications peuvent être apportées à cette dernière sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

[0038] Ainsi le nombre de fourreaux, les dimensions, la composition des matériaux composites et leur mode de fixation ainsi que les moyens ou modes d'étanchéité entre les diverses parties de la pompe peuvent être modifiés aisément.

[0039] L'invention s'applique également à la réali­sation de moteurs oléo-hydrauliques à débit fixe ainsi qu'à des pompes et à des moteurs oléo-hydrauliques à débit variable avec barillet tournant.

Revendications

1. Pompe hydraulique à pistons axiaux creux (2) et à plateau biais (3) tournant, comportant : un corps de pompe (1) qui abrite une pluralité de chambres cylindriques, parallèles à l'axe de l'arbre moteur (6) de la pompe ; des pistons sus­dits entraînés en mouvement alternatif, la rotation dudit plateau biais (3) de l'arbre (6) et par la poussée de ressorts (9) logés à l'intérieur de chacun des pistons (2), chaque piston reposant contre le plateau biais (3) par l'intermé­diaire d'un plot, l'alimentation des pistons se faisant lors du passage du plot d'appui (8) des pistons (2) contre la face du plateau biais (3) par une lunule (12) gravée sur ladite face, et des clapets de refoulement (15) montés au fond de chaque cylindre dans le prolongement de ceux-ci, caractérisée en ce que le corps de la pompe (1) est formé d'un tube extérieur (13) dans lequel sont répartis annulairement des fourreaux cylindriques (14) constituant les cylindres de pompe et à la périphérie desdits fourreaux (14), des inserts tubulaires taraudés (17) destinés à fixer le corps de pompe (1) à une culasse (18), les volumes libres (16) autour des fourreaux (14) et des inserts (17) à l'intérieur du tube (13) étant remplis par un matériau présentant après cuisson ou prise, une bonne tenue mécanique.

2. Pompe hydraulique suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les côtés exté­rieurs de ces fourreaux (14) sont sensiblement égaux entre eux et choisis de telle manière que lesdits fourreaux (14), une fois en place, soients tangents au diamètre intérieur du tube extérieur (13) en laissant entre eux un inter­valle au moins égal à un 0,1 mm.

3. Pompe hydraulique suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les fourreaux sont maintenus en place par une pièce (19), coaxiale au tube extérieur (13).

4. Pompe hydraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce susdite coaxiale au tube extérieur, a une forme cylindrique partiellement polygonale, chacun desfourreaux étant pressé contre le tube (13) par l'un des côtés de la pièce.

5. Pompe hydraulique suivant l'une quelcon­que des revendications précédentes caracté­risée en ce qu'une plaque intermédiaire (25) est interposée entre le corps de pompe (1) et la culasse (18), la plaque intermédiaire (25), l'étanchéité entre la plaque (25) et le corps de pompe (1) étant réalisée par un joint ou par collage..

6. Pompe hydraulique suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la plaque inter­médiaire (25) peut être désolidarisée de la culas­se (18) afin de permettre une rectification de l'assise des clapets de refoulement.

7. Pompe hydraulique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les pistons creux (2) comportent un dispositif de valve de retenue réticulaire lais­sant le libre passage de l'huile du plateau biais (3) vers les clapets de refoulement (15) et empêchant le retour de l'huile et de l'air du piston (2) vers le plateau biais (3), lorsque la pompe passe de la phase de refoulement à la phase d'aspiration.

Dessins