Pompe à vide à cycle de translation circulaire

Abstract

 Pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant un corps fixe (10) ayant un disque fixe (13-14) qui présente sur au moins un de ses côtés une saillie (23-24-25) en forme de spirale, un disque mobile (30) opposé au disque fixe (13-14) et ayant également au moins une saillie (33-34-35) en forme de spirale intercalée avec la saillie (23-24-25) en forme de spirale du disque fixe (13-14) et de même amplitude angulaire, un mécanisme par lequel le disque mobile (30) est relié audit corps (10) et supporté par lui, pour commander un mouvement de translation circulaire du disque mobile (30) par rapport audit corps (10), des moyens moteurs (20) pour entraîner le disque mobile (30) par l'intermédiaire d'un arbre de pompe (50) qui est en position centrale par rapport au corps fixe (10), ledit mécanisme comprenant au moins un palier (47) porté par l'arbre de pompe (50) : ladite pompe comporte également un dispositif limiteur de débattement de translation circulaire constitué d'un soufflet métallique (60).

Description

[0001] La présente invention concerne une pompe à vide à cycle de translation circulaire.

[0002] Plus précisément, elle concerne une pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant un corps fixe ayant un disque fixe qui présente sur au moins un de ses côtés une saillie en forme de spirale, un disque mobile opposé au disque fixe et ayant également au moins une saillie en forme de spirale intercalée avec la saillie en forme de spirale du disque fixe et de même amplitude angulaire, un mécanisme par lequel le disque mobile est relié audit corps et supporté par lui, pour commander un mouvement de translation circulaire du disque mobile par rapport audit corps pendant le fonctionnement de la pompe, des moyens moteurs pour entraîner le disque mobile par l'intermédiaire d'un arbre de pompe et lui faire effectuer ledit mouvement de translation circulaire, ladite pompe comportant également un dispositif limiteur de débattement de translation circulaire guidant le disque mobile dans son mouvement de translation circulaire en évitant toute torsion.

[0003] Une pompe de ce type est par exemple décrite dans FR-A-2 141 402. Si une telle pompe selon ce document donne d'excellents résultats, elle présente toutefois l'inconvénient de comporter de nombreuses pièces et d'être encombrante notamment radialement compte tenu en particulier du fait que ledit mécanisme est constitué de trois manivelles accouplées de manière synchronisée les unes avec les autres et disposées à la périphérie de la pompe, ces manivelles assurant par elle-même la limitation du débattement de translation circulaire.

[0004] La présente invention a pour but de réaliser une pompe du type ci-dessus ne présentant pas ces inconvénients.

[0005] Ainsi, selon l'invention, une pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant un corps fixe ayant au moins un disque fixe qui présente sur un de ses côtés une saillie en forme de spirale, un disque mobile opposé au disque fixe et ayant également au moins une saillie en forme de spirale intercalée avec la saillie en forme de spirale du disque fixe et de même amplitude angulaire, un mécanisme par lequel le disque mobile est relié audit corps et supporté par lui, pour commander un mouvement de translation circulaire du disque mobile par rapport audit corps pendant le fonctionnement de la pompe, des moyens moteurs pour entraîner le disque mobile par l'intermédiaire d'un arbre de pompe et lui faire effectuer ledit mouvement de translation circulaire, ladite pompe comportant également un dispositif limiteur de débattement de translation circulaire, ledit mécanisme comprenant au moins un palier porté par l'arbre de pompe, est caractérisée par le fait que ledit arbre de pompe est en position centrale par rapport au corps fixe, ledit mécanisme comprend également un arbre manivelle qui est adapté à se déplacer suivant un mouvement de translation circulaire et qui est attelé, par une de ses extrémités, au disque mobile qu'il entraîne dans son mouvement, tandis que son autre extrémité, proche des moyens moteurs, est supportée par ledit palier, et en ce que le dispositif limiteur de débattement de translation circulaire est un soufflet métallique, une extrémité du soufflet métallique étant solidaire du corps fixe et l'autre extrémité du soufflet métallique étant solidaire de l'arbre manivelle, le soufflet métallique entourant l'arbre manivelle.

[0006] L'expérience a en effet montré qu'un tel soufflet est capable d'assurer la fonction limitation de débattement, ou anti-torsion, lorsque la pompe est dimensionnée pour engendrer des volumes au plus égaux à 25 m³ /heure, et ce sans problème, notamment sans fatigue ; on notera, par ailleurs, qu'un tel soufflet assure en même temps l'isolation totale de l'enceinte de la pompe, où se réalise le vide, par rapport à l'extérieur et au reste de la pompe, ce qui augmente le nombre d'applications possibles d'une telle pompe. Une telle pompe fait ainsi partie des pompes dites sèches dont les parties actives sont isolées de l'extérieur et exemptes de tout lubrifiant, huile ou graisse. On comprendra aisément qu'une telle pompe est d'une grande simplicité, d'un faible encombrement et, par voie de conséquence, d'un faible prix de revient.

[0007] Avantageusement, la pompe comprend un disque mobile constitué de deux plateaux mobiles dont les saillies en spirale sont sur des faces opposées des plateaux mobiles, le disque mobile étant placé entre un disque fixe annulaire et un flasque dont les faces en regard portent les saillies en spirale fixes.

[0008] Avantageusement, le flasque présente une saillie en forme de spirale périphérique se prolongeant vers l'axe de la pompe selon une saillie en forme de spirale centrale dont la hauteur axiale est moindre que celle de la saillie périphérique, les deux saillies périphérique et centrale ayant leurs extrémités libres dans un même plan transversal, l'un des plateaux mobiles, opposé au flasque, étant muni, d'une part, d'une saillie en forme de spirale intercalée avec la saillie périphérique du flasque et de même amplitude angulaire et, d'autre part, d'une saillie en forme de spirale intercalée avec la saillie centrale du flasque et de même amplitude angulaire.

[0009] De préférence, les deux plateaux du disque mobile sont reliés par une couronne annulaire à section en forme de U dont les parois ont une épaisseur permettant aux deux plateaux de se déplacer axialement l'un par rapport à l'autre ; un ressort placé entre les deux plateaux les sollicite en éloignement axial l'un par rapport à l'autre.

[0010] Avantageusement, les plateaux, leurs saillies et la couronne annulaire sont d'une seule pièce en une matière autorisant un contact entre le disque mobile, d'une part, et le disque et le flasque fixes, d'autre part, prévus en métal, ce contact étant à frottement minimum ; de préférence, les saillies en spirale du disque fixe et les saillies en spirale du disque mobile coopèrent en frottement lors du fonctionnement de la pompe.

[0011] Avantageusement, l'arbre manivelle présente une partie centrale de forme générale tronconique dont l'extrémité située du côté de la petite base porte un manchon cylindrique muni à sa surface extérieure de cannelures longitudinales coopérant avec des cannelures complémentaires longitudinales ménagées à la surface intérieure d'une jupe portée par le plateau mobile opposé au flasque.

[0012] De préférence, la jupe est également réalisée d'une seule pièce avec le disque mobile.

[0013] Avantageusement, l'arbre de pompe est un arbre creux présentant, d'une part, une portée cylindrique externe par laquelle il est supporté par le bâti par l'intermédiaire de moyens de roulement et, d'autre part, un alésage cylindrique recevant le palier avec interposition d'un roulement, la portée cylindrique externe étant décalée axialement par rapport à l'alésage cylindrique dont le diamètre est supérieur au diamètre de la portée cylindrique externe.

[0014] De préférence, le soufflet métallique présente deux zones ondulées placées axialement de part et d'autre d'une zone centrale cylindrique.

[0015] Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple en référence au dessin annexé sur lequel :

• La figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'une pompe selon l'invention ;
• la figure 2 est une vue en bout selon II-II de la figure 1 du double-plateau mobile seul.

[0016] En se reportant aux figures 1 et 2, une pompe à vide à cycle de translation circulaire comprend un corps fixe 10 constitué, selon l'exemple représenté, par l'assemblage de quatre éléments 11 à 14 à savoir un manchon 11, un plateau intermédiaire 12, un disque fixe 13 annulaire et un flasque 14, disposés successivement axialement dans l'ordre dans lequel ils viennent d'être cités ; ces éléments sont assemblés par des vis telles que les vis 15 réparties circonférentiellement ; des joints d'étanchéité annulaires 16 et 17 sont interposés entre le plateau intermédiaire 12 et le disque annulaire 13, d'une part, et entre ce même disque annulaire 13 et le flasque 14, d'autre part, respectivement.

[0017] Le disque fixe annulaire 13 présente du côté qui fait face au flasque 14 une saillie en forme de spirale 23 ; le flasque 14 présente du côté qui fait face au disque annulaire 13 également une saillie en forme de spirale 24 périphérique se prolongeant vers l'axe de la pompe selon une saillie en forme de spirale 25 centrale dont la hauteur axiale est moindre que celle de la saillie 24 périphérique, les deux saillies périphérique 24 et centrale 25 ayant leurs extrémités libres dans un même plan transversal 18.

[0018] Un disque mobile 30 est placé entre le disque fixe annulaire 13 et le flasque 14 également fixe ; le disque mobile 30 comporte un premier plateau 31 opposé au disque fixe 13 et muni d'une saillie en forme de spirale 33 intercalée avec la saillie 23 du disque fixe 13 et de même amplitude angulaire ; le disque mobile 30 comporte également un second plateau 32 opposé au flasque 14 et muni, d'une part, d'une saillie en forme de spirale 34 intercalée avec la saillie 24 du flasque 14 et de même amplitude angulaire et, d'autre part, d'une saillie en forme de spirale 35 intercalée avec la saillie 25 du flasque 14 et de même amplitude angulaire.

[0019] Les deux plateaux 31, 32 sont reliés par une couronne annulaire 36 à section en forme de U ouvert vers l'extérieur par rapport à l'axe de la pompe ; l'épaisseur des parois à section en forme U de la couronne annulaire 36 est relativement faible de sorte que les plateaux 31, 32 ont une possibilité de déplacement axial l'un par rapport à l'autre ; un ressort hélicoïdal 37 placé entre les plateaux 31, 32 les sollicite en éloignement axial l'un par rapport à l'autre.

[0020] Les plateaux 31, 32 et leurs saillies en spirale 33, 34, 35 ainsi que la couronne annulaire 36 sont réalisés, par moulage et/ou usinage, d'une seule pièce en une matière autorisant un contact entre le disque mobile 30, d'une part, et le disque 13 et le flasque 14 fixes, d'autre part, prévus en métal, tel que l'acier inoxydable ou un alliage d'aluminium, ce contact étant à frottement minimum ; une telle matière est, par exemple, celle qui est commercialisée sous la dénomination commerciale VESCONITE par la Société MARLIN INTERNATIONAL ; cette matière qui, comme on le sait, est à base de polyethylene téréphtalate, contient un fluide silicone et du disulfide de molybdène minimisant le frottement sur une pièce métallique ; une matière équivalente autre que celle-ci peut bien entendu être utilisée pour réaliser le disque mobile 30 ; il est de même possible de réaliser toutes les pièces en contact métalliques et de revêtir au moins l'une d'elles, la pièce mobile par exemple, d'une faible épaisseur, comme quelques microns, d'une résine adaptée telle que la résine fluorée commercialisée sous la dénomination commerciale FLUORIMID 10P par la société FLUOROTECHNIQUE. Grâce à ces dispositions, le rendement de la pompe est élevé eu égard à sa taille.

[0021] Un mécanisme est prévu pour relier le disque mobile 30 au corps fixe 10 et le supporter ; ce mécanisme comprend un arbre manivelle 40 ayant une partie centrale 45 de forme générale tronconique dont l'extrémité située du côté de la petite base porte un manchon 41 cylindrique muni à sa surface extérieure de cannelures longitudinales 42 coopérant avec des cannelures complémentaires longitudinales 38 ménagées à la surface intérieure d'une jupe 39 portée par le second plateau 32 ; la jupe 39 est également réalisée d'une seule pièce avec le disque mobile 30 ; à son autre extrémité, la partie centrale tronconique 45 de l'arbre manivelle 40 présente une collerette 43, de diamètre plus grand que celui de la grande base de la partie centrale 45; la collerette 43 se prolonge selon une extrémité tronconique 44 d'angle inversé par rapport à celui de la partie centrale 45 ; cette extrémité tronconique 44 est solidarisée par une vis 46 à un palier 47 supportant un roulement 48 intérieurement supporté par ailleurs extérieurement en étant engagé dans l'alésage cylindrique 51 d'un arbre central d'entraînement de la pompe ici un arbre creux 50 centré sur l'axe 55 de la pompe ; le palier 47 est centré sur un axe 65 décalé par rapport à l'axe 55 et constitue une manivelle dont est solidaire l'arbre manivelle 40 ; l'arbre creux 50 présente une portée cylindrique externe 52 ; des moyens de roulement 19 sont interposés entre la portée cylindrique externe 52 de l'arbre creux 50 et un alésage cylindrique interne du manchon 11 pour supporter l'arbre creux 50 par rapport au bâti 10. La portée cylindrique externe 52 est décalée axialement par rapport à l'alésage cylindrique 51 dont le diamètre est, par ailleurs, supérieur au diamètre de la portée cylindrique externe 52 ; grâce à cette disposition, ajoutée à celle selon laquelle la manivelle constituée par le palier 47 est placée axialement à l'écart des disques fixe 13 et mobile 30, la pompe présente avantageusement un faible encombrement diamétral.

[0022] L'arbre creux 50 est solidaire d'un flasque d'entraînement 26 ayant des doigts 27 intercalés circonférentiellement entre des doigts 28 d'une noix 29 solidaire, grâce à une clavette 22, de l'arbre moteur 21 d'un moteur 20 partiellement représenté sur la figure 1.

[0023] La partie centrale 45 de l'arbre manivelle 40 est, selon l'invention, entourée d'un soufflet métallique 60 ; le soufflet métallique 60 présente avantageusement deux zones ondulées 60A, 60C placées axialement de part et d'autre d'une zone centrale 60B cylindrique ; il est fixé par une de ses extrémités à la collerette 43 de l'arbre manivelle 40 ; l'autre extrémité du soufflet 60 est fixée, en bout d'une cloche 53 solidaire du plateau intermédiaire 12 du bâti 10, le plus près possible de la jupe 39 du second plateau 32 du disque mobile 30, en sorte que le soufflet 60 est de grande longueur : grâce à cette disposition, l'angle de flexion du soufflet 60 en fonctionnement est faible, limitant ainsi la fatigue des zones ondulées 60A, 60C du soufflet 60 ; le soufflet métallique 60 assure un bon guidage du disque mobile 30 dans son mouvement de translation circulaire en empêchant l'arbre 40 de tourner sur lui-même, c'est-à-dire tout effet de torsion indésirable.

[0024] L'arbre moteur 21 du moteur 20 est centré sur l'axe 55 de la pompe ; l'axe 65 du palier 47, qui est aussi l'axe de l'arbre manivelle 40, est excentré par rapport à l'axe 55 de la pompe.

[0025] On voit à la figure 1 l'aspiration 56 de la pompe et le refoulement 57 de celle-ci en aval d'un clapet anti-retour 59 ; les chambres variables d'extrémité définies par les saillies en spirale sont en communication grâce à des embrèvements latéraux prévus dans les plateaux 31 et 32 tels que l'embrèvement 58 du plateau 31 monté sur la figure 2 ; on notera que l'aspiration 56 et le refoulement 57 sont disposés radialement et à 90 degrés l'un de l'autre. Dès la mise en service de la pompe, le fluide gazeux pompé est soumis à l'effet continu et progressif de compression dû au débattement en translation circulaire des saillies en spirale mobiles par rapport aux saillies en spirale fixes.

[0026] Comme on le voit, l'enceinte de la pompe où se réalise le vide est totalement isolée de l'extérieur et du reste de la pompe par le soufflet 60 ; un groupe de ventilation 54 refroidit la face extérieure transversale du flasque 14 prévu relativement massif pour absorber les calories produites par le pompage et les transmettre à l'air de refroidissement.

[0027] On appréciera la simplicité d'une telle pompe qui convient bien pour des volumes engendrés au plus égaux à 25 m³/heure. Bien entendu, s'il n'est pas recherché impérativement un encombrement radial le plus réduit possible, on peut engendrer des volumes supérieurs en entourant le soufflet métallique 60 d'un second soufflet métallique fixé par ses extrémités aux mêmes organes auxquels sont fixées celles du soufflet 60.

[0028] Le dernier étage de la pompe constitué par les saillies 25 et 35 de petites dimensions permet une pression du fluide à l'échappement pratiquement égale à la pression atmosphérique.

Revendications

1. Pompe à vide à cycle de translation circulaire comportant un corps fixe (10) ayant au moins un disque fixe (13-14) qui présente sur un de ses côtés une saillie (23-24-25) en forme de spirale, un disque mobile (30) opposé au disque fixe (13-14) et ayant également au moins une saillie (33-34-35) en forme de spirale intercalée avec la saillie (23-24-25) en forme de spirale du disque fixe (13-14) et de même amplitude angulaire, un mécanisme par lequel le disque mobile (30) est relié audit corps (10) et supporté par lui, pour commander un mouvement de translation circulaire du disque mobile (30) par rapport audit corps (10) pendant le fonctionnement de la pompe, des moyens moteurs (20,) pour entraîner le disque mobile (30) par l'intermédiaire d'un arbre de pompe (50) et lui faire effectuer ledit mouvement de translation circulaire, ladite pompe comportant également un dispositif limiteur de débattement de translation circulaire, ledit mécanisme comprenant au moins un palier (47) porté par l'arbre de pompe (50), caractérisée par le fait que ledit arbre de pompe (50) est en position centrale par rapport au corps fixe (10), ledit mécanisme comprend également un arbre manivelle (40) qui est adapté à se déplacer suivant un mouvement de translation circulaire et qui est attelé, par une de ses extrémités (41), au disque mobile (30) qu'il entraîne dans son mouvement, tandis que son autre extrémité (44), proche des moyens moteurs (20), est supportée par ledit palier (47), et en ce que le dispositif limiteur de débattement de translation circulaire est un soufflet métallique (60), une extrémité du soufflet métallique (60) étant solidaire du corps fixe (10) et l'autre extrémité du soufflet métallique (60) étant solidaire de l'arbre manivelle (40), le soufflet métallique (60) entourant l'arbre manivelle (40).

2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comprend un disque mobile (30) constitué de deux plateaux mobiles (31, 32) dont les saillies en spirale (33, 34, 35) sont sur des faces opposées des plateaux mobiles (31, 32), le disque mobile (30) étant placé entre un disque fixe annulaire (13) et un flasque (14) dont les faces en regard portent les saillies en spirale (23, 24, 25) fixes.

3. Pompe selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le flasque (14) présente une saillie en forme de spirale (24) périphérique se prolongeant vers l'axe de la pompe selon une saillie en forme de spirale (25) centrale dont la hauteur axiale est moindre que celle de la saillie (24) périphérique, les deux saillies périphérique (24) et centrale (25) ayant leurs extrémités libres dans un même plan transversal (18), l'un des plateaux mobiles (32), opposé au flasque (14), étant muni, d'une part, d'une saillie en forme de spirale (34) intercalée avec la saillie (24) périphérique du flasque (14) et de même amplitude angulaire et, d'autre part, d'une saillie en forme de spirale (35) intercalée avec la saillie (25) centrale du flasque (14) et de même amplitude angulaire.

4. Pompe selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée par le fait que les deux plateaux (31,32) du disque mobile (30) sont reliés par une couronne annulaire (36) à section en forme de U dont les parois ont une épaisseur permettant aux deux plateaux (31, 32) de se déplacer axialement l'un par rapport à l'autre.

5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'un ressort (37) placé entre les deux plateaux (31, 32) les sollicite en éloignement axial l'un par rapport à l'autre.

6. Pompe selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait que les plateaux (31, 32), leurs saillies (33, 34, 35) et la couronne annulaire (36) sont d'une seule pièce en une matière autorisant un contact entre le disque mobile (30), d'une part, et le disque (13) et le flasque (14) fixes, d'autre part, prévus en métal, ce contact étant à frottement minimum.

7. Pompe selon la revendication 6, caractérisée par le fait que les saillies en spirale (23, 24, 25) du disque fixe (13-14) et les saillies en spirale (33, 34, 35) du disque mobile (30) coopèrent en frottement lors du fonctionnement de la pompe.

8. Pompe selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que l'arbre manivelle (40) présente une partie centrale (45) de forme générale tronconique dont l'extrémité située du côté de la petite base porte un manchon (41) cylindrique muni à sa surface extérieure de cannelures longitudinales (42) coopérant avec des cannelures complémentaires longitudinales (38) ménagées à la surface intérieure d'une jupe (39) portée par le plateau mobile (32) opposé au flasque (14).

9. Pompe selon les revendications 6 et 8, caractérisée par le fait que la jupe (39) est également réalisée d'une seule pièce avec le disque mobile (30).

10. Pompe selon les revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'arbre de pompe (50) est un arbre creux présentant, d'une part, une portée cylindrique externe (52) par laquelle il est supporté par le bâti (10) par l'intermédiaire de moyens de roulement (19) et, d'autre part, un alésage cylindrique (51) recevant le palier (47) avec interposition d'un roulement (48), la portée cylindrique externe (52) étant décalée axialement par rapport à l'alésage cylindrique (51) dont le diamètre est supérieur au diamètre de la portée cylindrique externe (52).

11. Pompe selon les revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le soufflet métallique (60) présente deux zones ondulées (60A, 60C) placées axialement de part et d'autre d'une zone centrale (60B) cylindrique.

Dessins