MOTEUR HYDRAULIQUE A SOUFFLETS ET POMPE DOSEUSE COMPORTANT LEDIT MOTEUR

Description

[0001] La présente invention se rapporte à un moteur hydraulique à soufflets susceptible de convertir l'énergie d'un fluide sous pression en mouvement alternatif ainsi qu'à une pompe doseuse comportant ledit moteur afin d'injecter un additif.

[0002] Ce type de pompe doseuse comprend un dispositif d'injection et/ou de pompage assurant le transfert d'une quantité d'additif depuis un réservoir d'additif dans le fluide sous pression en fonction du débit ou d'un volume dudit fluide. De tels dispositifs d'injection et/ou de pompage d'additif sont nombreux et bien connus de l'homme du métier.

[0003] De façon connue, on utilise l'énergie du fluide sous pression pour faire fonctionner le dispositif d'injection et/ou de pompage d'additif. A cet effet, on a recourt à un moteur hydraulique pour convertir l'énergie du fluide sous pression en mouvement alternatif d'un actionneur susceptible de commander le dispositif d'injection et/ou de pompage.

[0004] La présente invention se rapporte plus précisément à un tel moteur hydraulique susceptible de convertir l'énergie d'un fluide sous pression en mouvement alternatif.

[0005] Un premier type de moteur hydraulique dit à membrane est représenté schématiquement sur la figure 1. Il comprend d'une part une enceinte 10 dans laquelle est disposée une seule membrane 11 divisant ladite enceinte en deux chambres 12.1 et 12.2, et d'autre part, un distributeur 13 susceptible d'occuper deux positions stables, une première position dans laquelle l'arrivée 14 de fluide est reliée à la première chambre 12.1 et la sortie 15 du fluide est reliée à la seconde chambre 12.2, et une seconde position dans laquelle l'arrivée 14 de fluide est reliée à la seconde chambre 12.2 et la sortie 15 du fluide est reliée à la première chambre 12.1. Le basculement dans l'une ou l'autre des positions du distributeur 13 est commandé par les mouvements de la membrane 11, notamment lorsque cette dernière est en position extrême haute ou basse. Ainsi, lorsque l'arrivée 14 est reliée à la chambre 12.2, la partie centrale de la membrane tend à se déformer vers le haut et à chasser le fluide présent dans la chambre 12.1 vers la sortie 15. En position haute de la partie centrale de la membrane 11, le distributeur 13 bascule et l'arrivée 14 est alors reliée à la chambre 12.1 ce qui provoque la déformation de la partie centrale de la membrane 11 vers le bas et l'évacuation du fluide depuis la chambre 12.2 vers la sortie 15.

[0006] Un actionneur 16 cinématiquement lié à la partie centrale de la membrane 11 effectue un mouvement alternatif assurant le fonctionnement d'un dispositif d'injection et/ou de pompage non représenté.

[0007] Cet agencement ne donne pas pleinement satisfaction pour les raisons suivantes. De part sa conception, ce type de moteur hydraulique est relativement volumineux, l'enceinte à deux chambres et le distributeur ne pouvant pas se combiner et étant disjoints. Par ailleurs, ce type de moteur ne procure généralement qu'une faible course de l'actionneur ce qui peut ne pas convenir à certaines applications. Pour pallier à cet inconvénient, on utilise une membrane à grand déroulement. Mais dans ce cas, il est nécessaire de prévoir un élément de guidage à l'intérieur de la membrane ce qui rend plus complexe l'ensemble. Dans tous les cas, on note que les membranes existantes se détériorent rapidement augmentant sensiblement les coûts de fonctionnement.

[0008] Un second type de moteur hydraulique dit à pistons étagés est décrit dans le brevet US-3.937.241 et représenté schématiquement sur la figure 2.

[0009] Ce type de moteur comprend deux pistons 20 et 21, de diamètres différents, le piston 21 ayant un diamètre plus grand que le piston 20, susceptibles de coulisser respectivement dans deux cylindres 22 et 23 et de délimiter trois chambres, une chambre dite supérieure 24 disposée au dessus du piston 21, une chambre dite intermédiaire 25 disposée entre les deux pistons 20, 21 et une chambre dite inférieure 26 disposée au dessous du piston 20.

[0010] Les pistons 20 et 21 cinétiquement liés sont reliés à un actionneur 27 susceptible d'effectuer un mouvement alternatif de manière à assurer le fonctionnement d'un dispositif d'injection et/ou de pompage non représenté.

[0011] D'un point de vue fluidique, l'arrivée 28 du fluide est reliée à la chambre inférieure 26 et la sortie 29 du fluide est reliée à la chambre intermédiaire 25. Deux clapets 30 et 31 formant distributeur sont également prévus, l'un 30 reliant la chambre inférieure 26 à la chambre supérieure 24 et l'autre 31 reliant la chambre supérieure 24 à la chambre intermédiaire 25, les deux clapets 30, 31 étant respectivement passant et bloqué alternativement.

[0012] Ainsi, lorsque le clapet 30 est bloqué, le fluide sous pression pénètre dans la chambre inférieure 26, les pistons se translatent vers le haut et le fluide présent dans la chambre supérieure 24 est évacué vers la chambre intermédiaire 25, le clapet 31 étant passant, puis vers la sortie 29. Lorsque les pistons arrivent en position haute, les clapets 30 et 31 basculent, le clapet 30 devenant passant et le clapet 31 bloqué. Dans ce cas, le fluide exerce sur les pistons une résultante qui tend à pousser lesdits pistons vers le bas, la surface du piston 21 étant supérieure à celle du piston 20. Ainsi, le fluide remplit la chambre supérieure 24 alors que la translation vers le bas tend à expulser le fluide de la chambre intermédiaire 25 vers la sortie 29.

[0013] Ce type de moteur permet de résoudre certains problèmes des moteurs hydrauliques à membrane. Ainsi, la course de l'actionneur est généralement plus importante et le distributeur peut être intégré au piston ce qui contribue à améliorer la compacité de l'ensemble.

[0014] Malgré ces améliorations, ce moteur hydraulique ne donne pas pleinement satisfaction. En effet, les moyens d'étanchéité entre les pistons et les cylindres ont tendance à se dégrader rapidement ce qui tend à augmenter les coûts de fonctionnement de tels dispositifs. Par ailleurs, des phénomènes d'à-coups apparaissent régulièrement lors du glissement des pistons dans les cylindres ce qui peut nuire au bon fonctionnement de l'ensemble. De plus, même si la compacité du dispositif est améliorée par rapport aux moteurs hydrauliques à membrane, elle n'est pas encore optimale. Enfin, les commandes du basculement des clapets sont relativement complexes.

[0015] Aussi, la présente invention vise à pallier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une alternative, un moteur hydraulique de conception simple, fiable et relativement compact.

[0016] A cet effet, l'invention a pour objet un moteur hydraulique susceptible de convertir l'énergie d'un fluide sous pression en mouvement alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte dans laquelle sont rapportés au moins deux soufflets de manière à délimiter au moins trois chambres, une première chambre Ve reliée à un conduit d'arrivée de fluide sous pression, une deuxième chambre Vs reliée à un conduit de sortie de fluide sous pression et une troisième chambre Vi, lesdits soufflets étant susceptibles de se déformer de manière à ce que leurs parties centrales, reliées entre elles, se déplacent selon un axe dit longitudinal, leurs périphéries respectives étant solidaires de l'enceinte, et un actionneur étant relié auxdites parties centrales, ainsi qu' un distributeur susceptible d'occuper deux états, un premier état dit d'admission dans lequel il isole la chambre Vs de la chambre Vi et relie fluidiquement la chambre Ve et la chambre Vi et un second état dit de refoulement dans lequel il isole la chambre Ve de la chambre Vi et relie fludiquement la chambre Vi et la chambre Vs, la variation périodique du volume de la chambre Vi induisant un mouvement alternatif de l'actionneur.

[0017] D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels:

• les figures 1 et 2 sont des schémas illustrant les moteurs hydrauliques de l'art antérieur,
• les figures 3A et 3B sont des schémas du moteur de l'invention selon deux états,
• les figures 4A et 4B sont des vues en perspective d'un soufflet selon l'invention respectivement à l'état déployé et comprimé,
• la figure 5 est une vue en perspective du moteur avec un arrachement partiel,
• la figure 6A est une coupe selon un plan vertical du moteur dans un premier état dit d'admission,
• la figure 6B est une coupe du moteur dans un second état dit de refoulement,
• les figures 7 et 8 sont des vues selon deux directions des moyens élastiques de compression, et
• les figures 9A et 9B sont des vues en perspective illustrant les moyens de manoeuvre selon deux états correspondant respectivement aux phases d'admission et de refoulement.

[0018] Sur les figures 3A et 3B, on a représenté un moteur hydraulique selon l'invention susceptible de convertir l'énergie d'un fluide sous pression en mouvement alternatif. Ce moteur est plus particulièrement destiné à une pompe doseuse et, couplé à un dispositif d'injection et/ou de pompage, il permet d'injecter un additif dans un fluide.

[0019] Ce moteur hydraulique comprend une enceinte 100 dans laquelle sont rapportés deux soufflets 101 et 102 de manière à délimiter trois chambres, une première chambre Ve délimitée par la partie inférieure de l'enceinte 100 et la surface inférieure du soufflet 102, une deuxième chambre Vs délimitée par la surface supérieure du soufflet 102 et la surface inférieure du soufflet 101 et une troisième chambre Vi délimitée par la surface supérieure du soufflet 101 et la partie supérieure de l'enceinte 100.

[0020] Les soufflets 101 et 102, disposés de manière sensiblement parallèle, sont susceptibles de se déformer de manière à ce que leurs parties centrales se déplacent selon un axe dit longitudinal 103, leurs périphéries respectives étant solidaires de l'enceinte 100. Les parties centrales des soufflets 101 et 102 sont reliées entre elles de manière à être cinématiquement liées. Un actionneur 104 est relié auxdits soufflets au niveau des parties centrales, ce dernier étant susceptible d'effectuer des mouvements alternatifs dont une résultante est orientée selon l'axe longitudinal 103. De préférence, l'actionneur 104 se translate selon l'axe longitudinal 103. De manière connue, l'actionneur 104 est relié à un dispositif d'injection et/ou de pompage, non représenté, dans le cas d'une pompe doseuse. Ce raccordement ainsi que les moyens de guidage dudit actionneur ne sont pas détaillés car ils sont à la portée de l'homme du métier et ne sont pas les éléments essentiels de l'invention.

[0021] Le moteur comprend également un conduit d'arrivée 105 de fluide sous pression relié à la chambre Ve et un conduit de sortie 106 relié à la chambre Vs.

[0022] Il comprend également un distributeur 107 susceptible d'occuper deux états, un premier état dit d'admission, correspondant à la figure 3A, dans lequel il isole la chambre Vs de la chambre Vi et relie fluidiquement la chambre Ve et la chambre Vi et un second état dit de refoulement, correspondant à la figure 3B, dans lequel il isole la chambre Ve de la chambre Vi et relie fludiquement la chambre Vi et la chambre Vs. Ainsi, le volume de la chambre Vi augmente lors de la phase d'admission et diminue lors de la phase de refoulement. Cette variation de volume périodique, correspondant à un cycle moteur, induit le mouvement alternatif de l'actionneur 104.

[0023] Le moteur hydraulique de l'invention reprend ainsi les avantages des dispositifs existants sans leurs inconvénients. Ainsi, les soufflets 101 et 102 ne s'usent pas en périphérie comme les pistons des moteurs de l'art antérieur en raison des frottements. Par ailleurs, le fait de prévoir trois chambres permet d'obtenir un fonctionnement sensiblement similaire aux moteurs à pistons au niveau de la distribution du fluide.

[0024] De manière à obtenir une course relativement importante de la partie centrale des soufflets, et ainsi de l'actionneur 104, sans guidage à la manière des membranes à déroulement de l'art antérieur, le soufflet 101 et/ou 102 est un soufflet hélicoïdal et comprend au moins une ondulation hélicoïdale 108. Ainsi, en coupe selon un rayon, la membrane comprend dans la direction radiale une succession d'ondulations qui ne sont pas concentriques mais issues d'au moins une ondulation continue hélicoïdale, allant du plus grand diamètre au plus petit.

[0025] En variante, le soufflet peut comprendre plusieurs ondulations hélicoïdales juxtaposées.

[0026] Cette configuration en spirale procure au soufflet une résistance structurelle accrue même pour les longues courses et lui permet de se déformer selon une direction privilégiée correspondant à l'axe longitudinal 103 et d'obtenir une déformation finale à plat.

[0027] Avantageusement, l'épaisseur du soufflet varie et devient plus faible au niveau du centre du soufflet. Cette caractéristique permet d'obtenir une déformation régulière du soufflet depuis sa périphérie jusqu'à son centre et de limiter les risques d'apparition de paliers et un étirement important dans les zones intermédiaires.

[0028] Pour obtenir une meilleure compacité, les soufflets 101 et 102 sont sensiblement coaxiaux et leurs conicités en position déployée sont orientées selon le même sens de telle manière que le soufflet 102 en position déployée pénètre dans le soufflet 101, comme illustré sur les figures 3B et 6B.

[0029] Ces soufflets sont généralement réalisés en matière plastique par moulage par injection. Compte tenu de la faible épaisseur du soufflet, le moule n'est pas complètement fermé en début d'injection, les deux parties du moule correspondant aux faces du soufflet n'étant pas plaquées l'une contre l'autre, de manière à garantir le remplissage dudit moule. Au moment de la fermeture, un mouvement de rotation relatif entre les deux parties du moule est produit afin d'orienter la matière selon la direction en spirale de manière à conférer une meilleure résistance structurelle au soufflet.

[0030] Selon une autre caractéristique de l'invention, pour une plus grande compacité, le distributeur 107 est disposé au niveau des parties centrales des soufflets.

[0031] A cet effet, les soufflets 101 et 102 comprennent chacun de part et d'autre de la zone intermédiaire déformable des zones sensiblement rigides, une première zone annulaire extérieure 109.1, respectivement 109.2, solidaire de l'enceinte 100 et une seconde zone annulaire centrale 110.1, respectivement 110.2, comprenant un orifice 111.1, respectivement 111.2. Pour assurer la liaison des parties centrales des soufflets 101 et 102, au moins un pont 112 est prévu pour relier les zones annulaires centrales 110.1 et 110.2. De préférence, plusieurs ponts 112 sont prévus, espacés entre eux, de sorte à laisser passer le fluide de puis le centre des soufflets vers la chambre Vs. Comme illustré sur les figures 5, 6A et 6B, l'actionneur 104 est solidaire de la zone annulaire centrale 110.2 du soufflet 102. selon un mode de réalisation , l'actionneur 104 se présente sous la forme d'un tube, emmanché dans l'orifice 111.2, qui se prolonge vers le bas à l'intérieur de la chambre Ve, ledit tube comprenant en périphérie au moins une fenêtre permettant notamment de faire communiquer l'extérieur et l'intérieur du tube.

[0032] En complément, le distributeur 107 comprend un premier clapet 113 susceptible d'occuper deux positions, une première position dite bloquée correspondant à la phase d'admission dans laquelle ledit clapet 113 isole la chambre Vs et une seconde position dite passante correspondant à la phase de refoulement dans laquelle ledit clapet 113 autorise le passage du fluide depuis la chambre Vi vers la chambre Vs, ainsi qu'un second clapet 114 susceptible d'occuper deux positions, une première position dite bloquée correspondant à la phase de refoulement dans laquelle ledit clapet 114 isole la chambre Ve et une seconde position dite passante correspondant à la phase d'admission dans laquelle ledit clapet 114 autorise le passage du fluide depuis la chambre Ve vers la chambre Vi.

[0033] Selon un mode de réalisation préféré, le premier clapet 113 se présente sous la forme d'un entonnoir avec une partie supérieure évasée 115 susceptible de coopérer avec un siège 116 ménagé au niveau de l'orifice 111.1 de la zone annulaire centrale 110.1 du soufflet 101, une partie médiane 117 en forme de conduit susceptible de faire communiquer la chambre Ve et la chambre Vi ainsi qu'une extrémité inférieure 118 susceptible de coopérer avec un siège 119 ménagé soit au niveau du bord supérieur de l'orifice 111.2 de la zone annulaire centrale 110.2 du soufflet 102 ou soit à l'extrémité de l'actionneur 104 emmanché dans l'orifice 111.2 de la zone annulaire centrale 110.2 du soufflet 102.

[0034] Pour assurer une étanchéité satisfaisante au niveau des sièges 116, 119, le premier clapet 113 comprend une zone déformable 120, sous forme d'une réduction d'épaisseur, entre la partie évasée 115 et le conduit 117. Pour garantir une meilleure étanchéité, l'extrémité inférieure 118 du clapet 113 et le siège 119 correspondant sont coniques, comme illustré sur les différentes figures.

[0035] Le second clapet 114 comprend une partie 121 sensiblement sphérique susceptible de coopérer avec un siège 122 ménagé soit au niveau du bord inférieur de l'orifice 111.2 de la zone annulaire centrale 110.2 du soufflet 102 ou soit au niveau de l'actionneur 104 emmanché dans l'orifice 111.2 de la zone annulaire centrale 110.2 du soufflet 102.

[0036] Selon une autre caractéristique, le distributeur 107 comprend des moyens de manoeuvre assurant le passage de la position bloquée à la position passante du clapet 113 et le passage de la position passante à la position bloquée du clapet 114 de manière simultanée ou légèrement décalée et inversement. Ces moyens de manoeuvre sont illustrés en détail sur les figures 7,8, 9A et 9.B.

[0037] Ces moyens de manoeuvre comprennent (a) une couronne 123 rapportée sur la face supérieure de la zone annulaire centrale 110.1 du soufflet 101 avec au moins deux butées radiales 124 disposées avantageusement chacune à l'extrémité d'un bras 125 s'étendant radialement par rapport à la couronne 123 vers l'extérieur, (b) une noix 126, reliée aux clapets 113 et/ou 114, susceptible de se translater alternativement selon un axe sensiblement coaxial à l'axe 103, ainsi que (c) des moyens élastiques de compression 127 interposés entre les butées radiales 124 et la noix 126 de manière à ce que ladite noix occupe deux positions stables, une première position basse, illustrée par la figure 9A, correspondant à la phase de refoulement, et une seconde position stable haute, illustrée par la figure 9B, correspondant à la phase d'admission.

[0038] Ce type de moyens de manoeuvre est plus particulièrement avantageux car il permet d'obtenir deux positions stables et procure une pression d'étanchéité des clapets sur leurs sièges respectifs indépendante de la pression du fluide, ce qui permet d'avoir un bonne étanchéité à tout moment du cycle moteur.

[0039] Selon un mode de réalisation, les moyens élastiques de compression 127 comprennent un fil formant ressort, mis en forme de manière à constituer au moins deux branches radiales 128 avec des portions courbes extérieures 129 susceptibles de coopérer avec les butées radiales 124, notamment avec des gorges 130, lesdites branches radiales 128 étant reliées par des portions courbes 131 susceptibles de coopérer avec la noix 126, notamment avec des gorges 132 ménagées en périphérie de ladite noix 126, les portions courbes extérieures 129 étant séparées d'une distance supérieure à celle séparant les butées radiales 124 de manière à ce que le ressort, formé à plat sans contrainte, soit précontraint entre les butées radiales 124 et tende à disposer la noix 126 dans les deux positions stables, basse ou haute. La figure 8 illustre la forme du ressort 127 précontraint.

[0040] Avantageusement, le ressort 127 comprend quatre branches radiales 128 dont les portions courbes extérieures 129 coopèrent avec quatre butées radiales 124. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens élastiques de compression 127 sont réalisés à partir d'un ressort plat et non à partir d'un fil comme précédemment. Ce ressort est découpé dans une fine plaque plane de manière à obtenir des contours sensiblement identiques à ceux du ressort de la figure 7. Selon ce mode de réalisation, lorsque le ressort 127 est précontraint, les portions courbes 131 qui coopèrent avec les gorges 132 de la noix 126 conservent entre elles un écartement constant si bien que la noix 126 n'est pas pincée ou bloquée entre les portions courbes 131.

[0041] Selon un agencement préféré, la liaison entre la noix 126 et les clapets 113, 114 est réalisée de la manière suivante.

[0042] La noix 126 comprend un orifice 133, de préférence coaxial à l'axe 103, dans lequel est susceptible de coulisser une tige 134 reliée à la partie sphérique 121 du clapet 114, s'étendant à l'intérieur du conduit 117 du clapet 113, ladite noix 126 étant susceptible de prendre appui contre deux butées axiales, une première butée axiale 135, comme illustré sur la figure 6A, de manière à manoeuvrer le clapet 113 en position bloquée et le clapet 114 en position passante, et une seconde butée axiale 136, comme illustré sur la figure 6B, de manière à manoeuvrer le clapet 113 en position passante et le clapet 114 en position bloquée.

[0043] Selon un mode préféré, la première butée axiale 135 est obtenue grâce à un épaulement ménagé au niveau de la tige 134.

[0044] Selon une autre caractéristique de l'invention, les clapets 113 et 114 ne sont pas reliés de manière rigide mais par l'intermédiaire de moyens d'amortissement.

[0045] A cet effet, l'extrémité libre de la tige 134 du clapet 114 comprend un épaulement 137 et le clapet 113 comprend un disque 138, relié par des bras 139 au conduit 117, disposé dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe 103, au dessus de la noix 126, dans lequel est ménagé un orifice 140 permettant le passage de la tige 134, un ressort de compression 141 étant interposé entre l'épaulement 137 et le disque 138, la surface inférieure dudit disque 138 jouant la fonction de seconde butée axiale 136.

[0046] Le ressort de compression 141 joue la fonction d'amortisseur entre les clapets 113 et 114 et permet en fonction de son tarage d'ajuster la pression d'étanchéité des deux clapets 113 et 114. Une vis se vissant à l'extrémité de la tige 134 jouant le rôle d'épaulement 137 peut permettre ce réglage.

[0047] Le ressort de compression 141 permet également de décaler légèrement le changement de position des clapets comme cela sera expliqué ultérieurement. En complément des moyens de manoeuvre, des moyens de basculement sont prévus pour déclencher le basculement et le déplacement de la noix d'une position stable à l'autre. A cet effet, des butées sont prévues dans l'enceinte au niveau de l'axe 103, la première butée de déclenchement haute 142 déclenchant le basculement de la position haute de la noix vers la position basse correspondant au passage de la phase de refoulement à la phase d'admission, et une seconde butée de déclenchement basse 143 déclenchant le basculement de la position basse de la noix vers la position haute correspondant au passage de la phase d'admission à la phase de refoulement.

[0048] Le fonctionnement du moteur est maintenant décrit au regard des différentes figures.

[0049] Au départ de la phase d'admission, les soufflets 101 et 102 sont déployés en forme de cône, le clapet 113 est en position bloquée, le clapet 114 est en position passante si bien que le fluide sous pression s'introduit dans la chambre Vi. Lors de cette phase, la noix 126 est en position stable basse plaquée contre la première butée axiale 135.

[0050] Les parties centrales des soufflets 101 et 102 se déplacent vers le bas, le fluide exerçant une résultante sur lesdits soufflets orientée vers le bas.

[0051] La figure 6A illustre le moteur juste avant le changement de phase.

[0052] A cet instant, la partie basse du clapet 114 vient en butée contre la seconde butée de déclenchement basse 143. En continuant à se déformer, les soufflets provoquent le changement de phase. Ainsi, le clapet 114 étant immobile, la translation des parties centrales des soufflets et notamment de la couronne 123 provoque le changement de position stable de la noix 126 qui se translate jusqu'à la position stable haute. Ainsi, la noix 126 prend appui contre la seconde butée axiale 136, provoquant le passage du clapet 113 en position passante, ledit clapet 113 entraînant de manière décalée par l'intermédiaire du ressort 141 le passage du clapet 114 en position bloquée. A cet instant, la chambre Ve est isolé et les chambres Vi et Vs communiquent entre elles, ce qui correspond à la phase de refoulement. Le fluide exerce alors une pression sur le soufflet 102 vers le haut et tend à déformer l'ensemble de manière à ce que les parties centrales des soufflets se déplacent vers le haut jusqu'à l'état représenté sur la figure 6B.

[0053] A cet instant, l'extrémité supérieure du clapet 114 vient en butée contre la première butée de déclenchement haute 142. En continuant à se déformer, les soufflets provoquent le changement de phase. Ainsi, le clapet 113 étant immobile, la translation des parties centrales des soufflets et notamment de la couronne 123 provoque le changement de position stable de la noix 126 qui se translate jusqu'à la position stable basse. Ainsi, la noix 126 prend appui contre la première butée axiale 135, provoquant le passage du clapet 114 en position passante, ce dernier entraînant de manière décalée par l'intermédiaire du ressort 141 le passage du clapet 113 en position bloquée.

[0054] On revient ainsi au départ de la phase d'admission.

[0055] Le moteur hydraulique à soufflets de l'invention est plus particulièrement adapté aux pompes doseuses, l'actionneur 104 commandant grâce à son mouvement alternatif un dispositif d'injection et/ou de pompage d'un additif.

[0056] De manière indifférente, l'additif peut être injecté dans l'une des chambres Ve, Vi, Vs, la chambre Ve étant privilégiée de manière à obtenir une meilleure homogénéisation du mélange fluide/additif en sortie de pompe.

[0057] Bien entendu, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les matériaux et les dimensions des différents éléments. De même, le moteur hydraulique peut être utilisé dans d'autres applications lorsqu'il est nécessaire de convertir l'énergie d'un fluide sous pression.

[0058] Enfin, le soufflet hélicoïdal peut être utilisé dans d'autres types de moteur hydraulique, par exemple ceux décrits dans le préambule.

Revendications

1. Moteur hydraulique susceptible de convertir l'énergie d'un fluide sous pression en mouvement alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (100) dans laquelle sont rapportés au moins deux soufflets (101, 102) de manière à délimiter au moins trois chambres, une première chambre Ve reliée à un conduit d'arrivée (105) de fluide sous pression, une deuxième chambre Vs reliée à un conduit de sortie (106) de fluide sous pression et une troisième chambre Vi, lesdits soufflets (101, 102) étant susceptibles de se déformer de manière à ce que leurs parties centrales, reliées entre elles, se déplacent selon un axe dit longitudinal (103), leurs périphéries respectives étant solidaires de l'enceinte (100), et un actionneur(104) étant relié auxdites parties centrales,
ainsi qu'un distributeur (107), disposé au niveau des parties centrales des soufflets, susceptible d'occuper deux états, un premier état dit d'admission dans lequel il isole la chambre Vs de la chambre Vi et relie fluidiquement la chambre Ve et la chambre Vi et un second état dit de refoulement dans lequel il isole la chambre Ve de la chambre Vi et relie fluidiquement la chambre Vi et la chambre Vs, la variation périodique du volume de la chambre Vi induisant un mouvement alternatif de l'actionneur (104).

2. Moteur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les soufflets comprennent au moins une ondulation (108) hélicoïdale.

3. Moteur hydraulique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur du soufflet varie et devient plus faible au niveau du centre du soufflet.

4. Moteur hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les soufflets (101, 102) sont sensiblement coaxiaux et leurs conicités en position déployée sont orientées selon le même sens.

5. Moteur hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le distributeur (107) comprend un premier clapet (113) susceptible d'occuper deux positions, une première position dite bloquée correspondant à la phase d'admission dans laquelle ledit clapet (113) isole la chambre Vs et une seconde position dite passante correspondant à la phase de refoulement dans laquelle ledit clapet (113) autorise le passage du fluide depuis la chambre Vi vers la chambre Vs, ainsi qu'un second clapet (114) susceptible d'occuper deux positions, une première position dite bloquée correspondant à la phase de refoulement dans laquelle ledit clapet (114) isole la chambre Ve et une seconde position dite passante correspondant à la phase d'admission dans laquelle ledit clapet (114) autorise le passage du fluide depuis la chambre Ve vers la chambre Vi.

6. Moteur hydraulique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier clapet (113) se présente sous la forme d'un entonnoir avec une partie supérieure évasée (115) susceptible de coopérer avec un siège (116) ménagé au niveau d'un orifice (111.1) disposé au niveau de la zone annulaire centrale (110.1) du soufflet supérieur (101), une partie médiane (117) en forme de conduit susceptible de faire communiquer la chambre Ve et la chambre Vi ainsi qu'une extrémité inférieure (118) susceptible de coopérer avec un siège (119) ménagé au niveau d'un orifice (111.2) disposé dans la zone annulaire centrale (110.2) du soufflet inférieur (102).

7. Moteur hydraulique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier clapet (113) comprend une zone déformable entre la partie évasée (115) et le conduit (117).

8. Moteur hydraulique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le second clapet (114) comprend une partie (121) sensiblement sphérique susceptible de coopérer avec un siège (122) ménagé au niveau d'un orifice (111.2) disposé dans la zone annulaire centrale (110.2) du soufflet inférieur (102).

9. Moteur hydraulique selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le distributeur (107) comprend des moyens de manoeuvre assurant le passage de la position bloquée à la position passante du clapet (113) et le passage de la position passante à la position bloquée du clapet (114) de manière simultanée ou légèrement décalée et inversement.

10. Moteur hydraulique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre comprennent (a) une couronne (123) rapportée sur la zone annulaire centrale (110.1) d'un soufflet (101) avec au moins deux butées radiales 124, (b) une noix (126), reliée aux clapets (113, 114), susceptible de se translater alternativement selon un axe sensiblement coaxial à l'axe longitudinal (103), ainsi que (c) des moyens élastiques de compression (127) interposés entre les butées radiales (124) et la noix (126) de manière à ce que ladite noix occupe deux positions stables, une première position basse correspondant à la phase de refoulement, et une seconde position stable haute correspondant à la phase d'admission.

11. Moteur hydraulique selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens élastiques de compression (127) comprennent un fil formant ressort, mis en forme de manière à constituer au moins deux branches radiales (128) avec des portions extérieures (129) susceptibles de coopérer avec les butées radiales (124), lesdites branches radiales (128) étant reliées par des portions (131) susceptibles de coopérer avec la noix (126), les portions extérieures (129) étant séparées d'une distance supérieure à celle séparant les butées radiales (124) de manière à ce que le ressort soit précontraint entre les butées radiales (124) et tende à disposer la noix (126) dans les deux positions stables, basse ou haute.

12. Moteur hydraulique selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que la noix (126) comprend un orifice (133) dans lequel est susceptible de coulisser une tige (134) reliée à la partie sphérique (121) du second clapet (114), s'étendant à l'intérieur du conduit (117) du premier clapet (113), ladite noix (126) étant susceptible de prendre appui contre deux butées axiales, une première butée axiale (135) de manière à manoeuvrer le premier clapet (113) en position bloquée et le second clapet (114) en position passante, et une seconde butée axiale (136) de manière à manoeuvrer le premier clapet (113) en position passante et le second clapet (114) en position bloquée.

13. Moteur hydraulique selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'extrémité libre de la tige (134) du second clapet (114) comprend un épaulement (137) et le premier clapet (113) comprend un disque (138), relié par des bras (139) au conduit (117), disposé dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (103), au dessus de la noix (126), dans lequel est ménagé un orifice (140) permettant le passage de la tige (134), un ressort de compression (141) étant interposé entre l'épaulement (137) et le disque (138), la surface inférieure dudit disque (138) jouant la fonction de seconde butée axiale (136).

14. Pompe doseuse incorporant un moteur hydraulique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.

Ansprüche

1. Hydraulikmotor, der dazu eingerichtet ist, die Energie eines unter Druck stehenden Fluids in eine alternierende Bewegung umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Gehäuse (100) aufweist, in das zwei Bälge (101, 102) eingebracht sind, um auf diese Weise wenigstens drei Kammern zu begrenzen, eine erste Kammer Ve, die mit einer Zuführleitung (105) für das unter Druck stehende Fluid verbunden ist, eine zweite Kammer Vs, die mit einer Abflussleitung (106) des unter Druck stehenden Fluids verbunden ist, und eine dritte Kammer Vi, wobei die Bälge (101, 102) dazu eingerichtet sind, sich derart zu verformen, dass ihre untereinander verbundenen zentralen Abschnitte sich entlang einer sogenannten Längsachse (103) verschieben, wobei ihre jeweiligen Umfänge an dem Gehäuse (100) befestigt sind, und ein Betätigungsgerät (104) aufweist, das mit den zentralen Abschnitten verbunden ist, ebenso wie einen Verteiler (107), der im Bereich der zentralen Abschnitte der Bälge angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, zwei Zustände einzunehmen, einen ersten sogenannten Zuflusszustand, in dem dieser die Kammer Vs von der Kammer Vi isoliert und die Kammer Ve und die Kammer Vi hinsichtlich des Fluids verbindet, und einen zweiten sogenannten Abflusszustand, in dem dieser die Kammer Ve von der Kammer Vi isoliert und die Kammer Vi und die Kammer Vs hinsichtlich des Fluids verbindet, wobei die periodische Volumenänderung der Kammer Vi eine alternierende Bewegung des Betätigungsgeräts (104) bewirkt.

2. Hydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bälge wenigstens eine spiralförmige Wellung (108) aufweisen.

3. Hydraulikmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Balges variiert und im Bereich des Zentrums des Balges geringer wird.

4. Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bälge (101, 102) im Wesentlichen koaxial angeordnet sind und dass deren Keilförmigkeit im ausgestellten Zustand in die gleiche Richtung weist.

5. Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (107) ein erstes Ventil (113) aufweist, das dazu eingerichtet ist, zwei Stellungen einzunehmen, eine erste sogenannte blockierende Stellung, die der Zuflussphase entspricht, in der das Ventil (113) die Kammer Vs isoliert, und eine zweite sogenannte durchlässige Stellung, die der Abflussphase entspricht, in der das Ventil (113) den Ablauf des Fluids von der Kammer Vi zur Kammer Vs gestattet, und ein zweites Ventil (114) aufweist, das dazu eingerichtet ist, zwei Stellungen einzunehmen, eine erste sogenannte blockierende Stellung, die der Abflussphase entspricht, in der das Ventil (114) die Kammer Ve isoliert und eine sogenannte durchlässige zweite Stellung, die der Zuflussphase entspricht, in der das Ventil (114) den Übertritt des Fluids von der Kammer Ve zur Kammer Vi gestattet.

6. Hydraulikmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (113) trichterförmig ausgestaltet ist, mit einem erweiterten oberen Abschnitt (115), der dazu eingerichtet ist, mit einem Sitz (116) zusammenzuwirken, der im Bereich einer Öffnung (111.1) ausgebildet ist, die im Bereich der ringförmigen zentralen Zone (110.1) des oberen Balges (101) angeordnet ist, mit einem leitungsförmig ausgebildeten mittleren Abschnitt (117), der dazu eingerichtet ist, die Kammer Ve und die Kammer Vi in Verbindung zu bringen, und mit einem unteren Ende (118), das dazu eingerichtet ist, mit einem Sitz (119) zusammenzuwirken, der im Bereich einer Öffnung (111.2) ausgebildet ist, die in der ringförmigen zentralen Zone (110.2) des unteren Balges (102) angeordnet ist.

7. Hydraulikmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (113) eine verformbare Zone zwischen dem erweiterten Abschnitt (115) und der Leitung (117) aufweist.

8. Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (114) einen im Wesentlichen kugelförmigen Abschnitt (121) aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit einem Sitz (122) zusammenzuwirken, der im Bereich einer Öffnung (111.2) ausgebildet ist, die in der zweiten ringförmigen zentralen Zone (110.2) des unteren Balges (102) angeordnet ist.

9. Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (107) Betätigungsmittel aufweist, die den Übergang von der blockierenden Stellung zur durchlässigen Stellung des Ventils (113) und den Übergang von der durchlässigen Stellung zur blockierenden Stellung des Ventils (114) auf simultane Weise oder leicht versetzt und den umgekehrten Weg ermöglichen.

10. Hydraulikmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel umfassen (a) einen Kranz (123), der an der ringförmigen zentralen Zone (110.1) eines Balges (101) angebracht ist, mit wenigstens zwei radialen Anschlägen 124, (b) einem Kern (126), der mit den Ventilen (113, 114) verbunden ist und der dazu eingerichtet ist, sich alternierend entlang einer Achse zu bewegen, die im Wesentlichen koaxial zur Längsachse (103) ist, ebenso wie (c) elastische Druckmittel (127), die zwischen den radialen Anschlägen (124) und dem Kern (126) angeordnet sind, so dass der besagte Kern zwei stabile Stellungen einnimmt, eine erste untere Stellung, die der Abflussphase entspricht, und eine zweite stabile hohe Stellung, die der Zuflussphase entspricht.

11. Hydraulikmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Druckmittel (127) einen eine Feder bildenden Draht umfassen, dessen Form wenigstens zwei radiale Äste (128) mit äußeren Abschnitten (129) bildet, die dazu eingerichtet sind, mit den radialen Anschlägen (124) zusammenzuwirken, wobei die radialen Äste (128) durch Abschnitte (131) verbunden sind, die dazu eingerichtet sind, mit dem Kern (126) zusammenzuwirken, wobei die äußeren Abschnitte (129) eine größere Strecke voneinander entfernt sind als diejenige, die zwischen den radialen Anschlägen (124) liegt, so dass die Feder zwischen den radialen Anschlägen (124) vorgespannt ist und dazu neigt, den Kern (126) in die beiden stabilen Stellungen, unten oder oben, zu bringen.

12. Hydraulikmotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (126) eine Öffnung (133) aufweist, in der eine Stange (134) bewegbar ist, die mit dem kugelförmigen Abschnitt (121) des zweiten Ventils (114) verbunden ist und sich im Inneren der Leitung (117) des ersten Ventils (113) erstreckt, wobei der Kern (126) dazu eingerichtet ist, sich gegen zwei axiale Anschläge abzustützen, einen ersten axialen Anschlag (135), um auf diese Weise das erste Ventil (113) in die blockierende Stellung und das zweite Ventil (114) in die durchlässige Stellung zu bringen, und einen zweiten axialen Anschlag (136), um das erste Ventil (113) in die durchlässige Stellung und das zweite Ventil (114) in die blockierende Stellung zu bringen.

13. Hydraulikmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende der Stange (134) des zweiten Ventils (114) eine Schulter (137) aufweist und das erste Ventil (113) eine Scheibe (138) aufweist, die über Arme (139) mit der Leitung (117) verbunden ist und in einer im Wesentlichen zur Achse (103) rechtwinklig angeordneten Ebene angeordnet ist, unterhalb des Kerns (126), in dem eine Öffnung (140) ausgebildet ist, um die Durchführung der Stange (134) zu gestatten, wobei eine Druckfeder (141) zwischen der Schulter (137) und der Scheibe (138) angeordnet ist, wobei die untere Oberfläche der Scheibe (138) die Funktion des zweiten axialen Anschlags (136) ausübt.

14. Dosierpumpe, die einen Hydraulikmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst.

Claims

1. A hydraulic motor able to convert the energy of a pressurised fluid into an alternating movement, characterised in that it comprises an enclosure (100) in which at least two bellows (101, 102) are attached so as to delimit at least three chambers, a first chamber Ve connected to a pressurised-fluid inlet duct (105), a second chamber Vs connected to a pressurised-fluid discharge duct (106) and a third chamber Vi, said bellows (101, 102) being able to deform so that their central parts, connected together, move along a so-called longitudinal axis (103), their respective peripheries being secured to the enclosure (100), and an actuator (104) being connected to said central parts,
as well as a distributor (107), disposed at the central parts of the bellows, able to occupy two states, a first so-called admission state in which it isolates the chamber Vs from the chamber Vi and fluidly connects the chamber Ve and the chamber Vi, and a second so-called discharge state in which it isolates the chamber Ve from the chamber Vi and fluidly connects the chamber Vi and the chamber Vs, the periodic variation in the volume of the chamber Vi causing an alternating movement of the actuator (104).

2. A hydraulic motor according to claim 1, characterised in that the bellows comprise at least one helical undulation (108).

3. A hydraulic motor according to claim 2, characterised in that the thickness of the bellows varies and becomes less at the centre of the bellows.

4. A hydraulic motor according to any of claims 1 to 3, characterised in that the bellows (101, 102) are substantially coaxial and their conicities in the deployed position are oriented in the same direction.

5. A hydraulic motor according to any of claims 1 to 4, characterised in that the distributor (107) comprises a first valve (113) able to occupy two positions, a first so-called blocked position corresponding to the admission phase in which said valve (113) isolates the chamber Vs and a second so-called passing position corresponding to the discharge phase in which said valve (113) allows the fluid to pass from the chamber Vi to the chamber Vs, and a second valve (114) able to occupy two positions, a first so-called blocked position corresponding to the discharge phase in which said valve (114) isolates the chamber Ve and a second so-called passing position corresponding to the admission phase in which said valve (114) allows the fluid to pass from the chamber Ve to the chamber Vi.

6. A hydraulic motor according to claim 5, characterised in that the first valve (113) is in the form of a funnel with a splayed top part (115) able to cooperate with a seat (116) provided at an orifice (111.1) disposed in the central annular zone (110.1) of the top bellows (101), a middle part (117) in the form of a duct able to make the chamber Ve and the chamber Vi communicate, and a bottom end (118) able to cooperate with a seat (119) provided at an orifice (111.2) disposed in the central annular zone (110.2) of the bottom bellows (102).

7. A hydraulic motor according to claim 6, characterised in that the first valve (113) comprises a deformable zone between the splayed part (115) and the duct (117).

8. A hydraulic motor according to any of claims 5 to 7, characterised in that the second valve (114) comprises a substantially spherical part (121) able to cooperate with a seat (122) provided at an orifice (111.2) disposed in the central annular zone (110.2) of the bottom bellows (102).

9. A hydraulic motor according to any of claims 5 to 8, characterised in that the distributor (107) comprises manoeuvring means providing passage from the blocked position to the passing position of the valve (113) and passage from the passing position to the blocked position of the valve (114) simultaneously or slightly offset in time, and vice-versa.

10. A hydraulic motor according to claim 9, characterised in that the manoeuvring means comprises (a) a ring (123) attached to the central annular zone (110.1) of a bellows (101) with at least two radial stops (124), (b) a nut (126), connected to the valves (113, 114), able to translate in alternation along an axis substantially coaxial with the longitudinal axis (103), and (c) elastic compression means (127) interposed between the radial stops (124) and the nut (126) so that said nut occupies two stable positions, a first low position corresponding to the discharge phase and a second high stable position corresponding to the admission phase.

11. A hydraulic motor according to claim 10, characterised in that the elastic compression means (127) comprises a wire forming a spring, formed so as to constitute at least two radial arms (128) with external portions (129) able to cooperate with the radial stops (124), said radial arms (128) being connected by portions (131) able to cooperate with the nut (126), the external portions (129) being separated by a distance greater than that separating the radial stops (124) so that the spring is prestressed between the radial stops (124) and tends to dispose the nut (126) in the two stable positions, low or high.

12. A hydraulic motor according to claim 10 or 11, characterised in that the nut (126) comprises an orifice (133) in which there is able to slide a rod (134) connected to the spherical part (121) of the second valve (114), extending inside the duct (117) of the first valve (113), said nut (126) being able to bear against two axial stops, a first axial stop (135) so as to manoeuvre the first valve (113) into the blocked position and the second valve (114) into the passing position, and a second axial stop (136) so as to manoeuvre the first valve (113) into the passing position and the second valve (114) into the blocked position.

13. A hydraulic motor according to claim 12, characterised in that the free end of the rod (134) of the second valve (114) comprises a shoulder (137) and the first valve (113) comprises a disc (138), connected by arms (139) to the duct (117), disposed in a plane substantially perpendicular to the axis (103), above the nut (126), in which an orifice (140) is provided, allowing passage of the rod (134), a compression spring (141) being interposed between the shoulder (137) and the disc (138), the bottom surface of said disc (138) fulfilling the function of second axial stop (136).

14. A metering pump incorporating a hydraulic motor according to any of claims 1 to 13.

Dessins