FR3091317A1 - Pompe hydraulique, couvercle et flasque destinés à équiper une telle pompe - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte notamment à une pompe (1) à engrenages à denture externe, qui comporte un carter (10) dans lequel est reçue une paire d'engrenages (11, 12) respectivement menant et mené à axes de rotation parallèles (X-X', Y-Y'), ainsi qu'au moins un couvercle (2) de fermeture et de compensation hydrostatique engagé sur les extrémités respectives des arbres de rotation desdits engrenages (11,12), un flasque de fermeture (13), un joint d'étanchéité (3) disposé entre deux zones d'étanchéité respectives desdits couvercle (2) et flasque (13), caractérisée par le fait que l'un ou l'autre desdits couvercle (2) et flasque (13) comporte une gorge annulaire (200) dans laquelle est placé ledit joint d'étanchéité (3), cette gorge (200) débouchant selon une direction généralement perpendiculaire aux axes de rotation (X-X',Y-Y') des engrenages (11,12). Figure pour l'abrégé : figure 3

Description

Description

Titre de l'invention : Pompe hydraulique, couvercle et flasque destinés à équiper une telle pompe

Domaine technique

[0001] La présente invention se situe dans le domaine des pompes hydrauliques. Elle a plus particulièrement trait à une pompe hydraulique, ainsi qu'à un couvercle de fermeture et de compensation hydrostatique et à un flasque d'obturation destinés à équiper une telle pompe.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION

[0002] Les pompes hydrauliques à engrenages à denture externe standards, telles qu'elles existent sur le marché, renferment habituellement une ou deux jumelles d’étanchéité montée(s) en vis-à-vis des pignons rotatifs.

[0003] Ce terme jumelle est couramment utilisé pour désigner, en termes du métier, un couvercle de fermeture et de compensation hydrostatique.

[0004] Un exemple de la structure particulière de telles pompes est représenté très schématiquement à la figure 1 annexée.

[0005] Ainsi, dans la pompe 1 illustrée ici, le carter métallique 10 accueille une paire d'engrenages à denture externe 11 et 12, l'un 11 étant le pignon menant (moteur) et l'autre le pignon mené (suiveur). Leurs arbres de rotation respectifs sont parallèles et matérialisés par les axes X-X' et Y-Y'.

[0006] On a référencé M le moteur, par exemple électrique, qui entraîne le pignon menant 11, via un accouplement.

[0007] Les extrémités supérieures et inférieures des arbres précités sont logées dans les ouvertures traversantes de couvercles identiques de fermeture et de compensation hydrostatique 2.

[0008] Enfin, on a référencé 13 les flasques d'obturation de la pompe, qui vient se verrouiller sur le carter 10, de part et d'autre de celui-ci.

[0009] Les couvercles 2 ont pour but de compenser les variations de jeu et permettre qu’il soit minimisé, quelles que soient les conditions de pression à la sortie de la pompe.

[0010] Pour cela, ils intègrent, comme montré aux figures 1 et 2, un joint d’étanchéité annulaire 3 monté en axial, c'est à dire selon un mouvement axial, parallèle aux axes précités, sur la face 20 du couvercle 2 qui est opposée aux pignons 11 et 12. A cette fin, ladite face 20 présente une gorge annulaire 200 dans laquelle est reçu le joint 3. Ceci est valable, bien entendu, pour chaque couvercle.

[0011] Ainsi, une chambre de compensation CC est isolée, reliée par un jeu au diamètre à la partie haute pression de la pompe 1, ce qui permet ainsi d’équilibrer les efforts dus à cette pression de chaque côté du couvercle 2, ainsi que le montrent les flèches f et g de la figure 2.

[0012] Eventuellement, un différentiel de section peut être mis en place de telle sorte que le couvercle appuie toujours légèrement d’un côté pour minimiser les fuites et / ou le rendement mécanique.

[0013] Enfin, un autre joint 4, monté également en axial parachève l'étanchéité entre le carter 10 et le flasque 13.

[0014] Le problème général lié à ce type d’étanchéité est que les pompes ainsi équipées sont très sensibles à la température.

[0015] Le joint 3 utilisé est souvent en caoutchouc dits NBR (pour butadiène-acrylonitrile), ou VITON (caoutchouc fluoré), lequel a tendance à se durcir à froid. Ce durcissement rend le matériau moins élastique et il faut fournir plus d’effort pour le compresser dans sa gorge.

[0016] Par ailleurs, on constate des dilatations différentielles entre les pièces de la pompe, les pignons étant généralement en acier, tandis que le corps (carter) de pompe est en aluminium. Il résulte de ceci un changement du jeu axial en fonction de la température. Ainsi à froid, ce jeu axial sera diminué par rapport au jeu existant dans des conditions de température ambiante.

[0017] Ces deux effets combinés ont tendance à faire augmenter l’effort axial qu’exerce le joint sur le carter/flasque en vis-à-vis de ce joint, ce qui se répercute sur les pignons et peut créer un couple de tramée très important (voir les vecteurs Fja et Fa sur la partie gauche de la figure 5).

[0018] Ces pompes étant généralement pilotées par des moteurs électriques, il en résulte une hausse de la consommation électrique qui peut être problématique dans le cas d’intégration d’un système sur un engin mobile.

[0019] La présente invention vise donc à pallier ces inconvénients.

Résumé de l’invention

[0020] A cet effet, la présente invention propose une pompe hydraulique à engrenages à denture externe, qui comporte un carter dans lequel est reçue une paire d'engrenages respectivement menant et mené à axes de rotation parallèles, ainsi qu'au moins un couvercle de fermeture et de compensation hydrostatique engagé sur les extrémités respectives des arbres de rotation desdits engrenages, un flasque de fermeture, un joint d'étanchéité disposé entre deux zones d'étanchéité respectives desdits couvercle et flasque, caractérisée par le fait que l'un ou l'autre desdits couvercle et flasque comporte une gorge annulaire dans laquelle est placé ledit joint d'étanchéité, cette gorge débouchant selon une direction généralement perpendiculaire aux axes de rotation des engrenages.

[0021] Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de cette pompe : [0022] - ladite gorge est ménagée dans ledit couvercle ;

[0023] - la paroi périphérique dudit couvercle comporte un épaulement, ladite gorge étant située juste en retrait de cet épaulement ;

[0024] - ledit flasque est conformé pour venir en butée sur la surface d'appui dudit épaulement ;

[0025] - ladite gorge est ménagée dans ledit flasque.

[0026] Un autre aspect de l'invention se rapporte à un couvercle de fermeture et de compensation hydrostatique, destiné à équiper une pompe telle que décrite plus haut, qui comporte une paire d'ouvertures parallèles configurées pour recevoir les extrémités d'arbres d'engrenages, et qui est caractérisé par le fait que sa paroi périphérique comporte une gorge annulaire conformée pour recevoir un joint d'étanchéité, cette gorge débouchant selon une direction généralement perpendiculaire aux axes desdites ouvertures.

[0027] Avantageusement, un tel couvercle, destiné à équiper une pompe dans laquelle la paroi périphérique dudit couvercle comporte un épaulement, ladite gorge étant située juste en retrait de cet épaulement, dans laquelle ladite paroi périphérique s'étend entre deux grandes faces parallèles sur lesquelles débouchent deux ouvertures parallèles, est caractérisé par le fait qu'il présente un ratio E/D qui satisfait à la relation suivante : [0028] 0.8 < E/D <1.5,

[0029] ratio dans lequel :

[0030] - E = longueur de guidage = distance entre lesdites grandes faces ;

[0031] - D = diamètre desdites ouvertures parallèles.

[0032] Enfin, un dernier aspect de l'invention se rapporte à un flasque d'obturation destiné à équiper une pompe telle que décrite plus haut, qui se caractérise par le fait qu'il comporte un rebord annulaire dont la face interne est pourvue d'une gorge annulaire conformée pour recevoir un joint d'étanchéité.

[0033] Ainsi qu'il ressort de ce qui précède et de la suite de la description, il est proposé ici de réaliser la fonction étanchéité de manière radiale et non axiale comme dans l’état de l’art. On entend par le terme axial, le fait que le joint est engagé dans une gorge dont l'ouverture s'étend selon une direction généralement perpendiculaire aux axes de rotation des pignons de la pompe.

[0034] De cette manière, les variations d’élasticité du joint et les variations dimensionnelles dues aux dilatations différentielles n’ont plus d’impact sur le déplacement axial du couvercle de fermeture et de compensation hydrostatique. Les efforts dus à l’écrasement du joint s’exercent en effet sur le carter selon une direction radiale (perpendiculaire) à l’axe de la pompe, et ne sont donc plus transmis aux pignons, de sorte que le couple parasite dû au joint est totalement supprimé.

Brève description des dessins

[0035] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation de l’invention. Cette description est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

[0036] [fig.l] représente, selon un plan de coupe vertical et comme évoqué plus haut, une pompe selon l'art antérieur ;

[0037] [fig-2] est une vue agrandie d'une partie de la figure 1 ;

[0038] [fig.3] est une vue analogue à la figure 1 d'une pompe conforme à la présente invention ;

[0039] [fig.4] est une vue agrandie d'une partie de la figure 3 ;

[0040] [fig.5] représente deux pompes, l'une (à gauche) conforme à l'art antérieur et la seconde (à droite) conforme à l'invention ;

[0041] [fig.6] est une vue en perspective d'un couvercle selon l'invention.

Description des modes de réalisation

[0042] Dans la description qui suit, faite essentiellement en référence aux figures 3 et suivantes, les pièces identiques ou analogues à celles des pompes de l'art antérieur décrites plus haut, portent des références numériques identiques.

[0043] Dans ces conditions, les éléments qui ne sont pas décrits spécifiquement ci-après sont identiques ou analogues à ceux que l'on rencontre dans les pompes de l'état de la technique.

[0044] Comme précédemment, le carter 10 de la pompe 1 des figures 3 et 4 accueille des pignons 11 et 12, ainsi que deux couvercles identiques de fermeture et de compensation hydrostatique 2.

[0045] La description ci-après est donnée pour le couvercle inférieur (en bas de la figure 3). Elle vaut également pour le couvercle supérieur (qui est symétrique au couvercle inférieur).

[0046] Ce couvercle 2 comporte deux grandes faces parallèles 20 et 21, respectivement inférieure et supérieure 21 parallèle à la précédente, celles-ci étant reliées par une face périphérique 22. Le galbe de cette dernière est déterminé pour qu'elle puisse être engagée, au jeu près, à l'intérieur du carter 10.

[0047] Le couvercle 2 comporte deux ouvertures parallèles 23 et 24 qui débouchent sur les deux faces 20 et 21. Les axes de ces ouvertures 23 et 24 sont confondus avec les axes X-X' et Y-Y' de rotation des engrenages 11 et 12.

[0048] Ainsi que cela est nettement visible sur les figures, le corps de couvercle 2 comporte une gorge annulaire 200 qui débouche sur la face périphérique 22 précitée. Plus précisément, cette gorge s'étend à proximité de la face inférieure 20.

[0049] Dans le mode de réalisation présenté ici, la face périphérique 22 comporte un épaulement 220 qui ménage une surface d'appui 221 pour le flasque 13. C'est entre cet épaulement 220 et ladite face inférieure 20 que s'étend ladite gorge 200. Elle a une orientation radiale, ce qui signifie qu'elle débouche selon une direction qui est généralement perpendiculaire aux X-X' et Y-Y';

[0050] Comme précédemment, un joint annulaire 3 y est engagé.

[0051] On crée donc un épaulement sur ce couvercle et plus particulièrement sur une portion de son périmètre, cette portion correspondant, de la même manière qu’avec les couvercles à étanchéité axiale, à la portion de dents des engrenages mises en lien avec la haute pression de la pompe 1. Cet épaulement autorise le perçage de la gorge 200, que l'on peut qualifier de gorge radiale, laquelle accueille un joint d’étanchéité 3 de dimension similaire à ce qui se pratique couramment.

[0052] Bien entendu, le flasque 13 est conformé pour venir s'emboîter sur le carter 10 en venant s'appuyer contre la surface d'appui 221.

[0053] Plus précisément, ce flasque 13 comporte un rebord annulaire 130 dont la face sommitale 131 s'appuie contre la surface 221.

[0054] Enfin, un joint 4 parachève l'étanchéité entre le carter 10 et le flasque 13.

[0055] De cette manière, le même type de chambre de compensation est créé, en garantissant l’équilibrage hydrostatique du couvercle 2.

[0056] A l'observation des deux vues comparatives de la figure 5, on note, dans la pompe selon l'invention, la suppression de l’effort parasite Fa qui créait un couple de tramée s'opposant à la rotation des pignons de la pompe. Ce gain est particulièrement bénéfique car l’effort initial Fa freinait sur les deux pignons.

[0057] Ainsi, le montage du couvercle 2 est en quelque sorte glissant ou flottant, dans le sens où le joint 3 n’intervient plus dans le serrage de ce couvercle sur les engrenages.

[0058] Il devient un joint coulissant, et le couvercle 2 exerce une pression contrôlée sur les engrenages, ce qui permet de réaliser une bonne étanchéité sans coincement. La pression est réglée par un « équilibrage », c’est-à-dire par le jeu des surfaces qui reçoivent la poussée hydraulique, dans un sens et dans l’autre. La poussée du couvercle 2 sur les engrenages évolue proportionnellement à la pression qui règne dans la pompe.

[0059] La surface de poussée qui tend à resserrer le jeu entre couvercle et engrenages est légèrement supérieure à la surface sous pression qui tend à écarter le jeu.

[0060] La position de la surface de contre poussée crée évite aussi que le couvercle ne se positionne en travers.

[0061] Le meilleur équilibrage consiste à ce que la pression qui serre le couvercle soit juste supérieure à la pression qui tend à l’écarter. De cette manière, la pression générée par la pompe n'écartera jamais le couvercle, qui restera toujours en contact des engrenages pour réaliser l’étanchéité, mais en serrant d’une manière modérée.

[0062] Ainsi, le couvercle 2 est mobile axialement et équilibré (c'est à dire que sa poussée est équilibrée en fonction de la pression de fluide dans la pompe). Il est donc glissant.

Pour être bien guidé, c'est à dire assurer un bon glissement sans se positionner de travers et en vue de posséder un bon équerrage (perpendicularité par rapport aux axes des engrenages, c'est à dire parallélisme

[0063] par rapport aux faces d'appui de ces engrenages), ce couvercle doit avoir une certaine épaisseur.

[0064] Ainsi, préférentiellement et comme visible à la figure 6, le couvercle 2 présente un ratio E/D qui satisfait à la relation suivante :

[0065] 0.8 < E/D <1.5,

[0066] ratio dans lequel :

[0067] - E = longueur de guidage = distance entre les deux grandes faces 20 et 21 ;

[0068] - D = diamètre des ouvertures parallèles 23 et 24.

[0069] .

[0070] Ci-après sont détaillés les principaux avantages de la présente invention.

[0071] En premier lieu, le rendement mécanique de la pompe est ainsi moins dépendant des variations de températures,

[0072] La consommation est ainsi réduite dans les phases d’utilisation les plus critiques, mais également dans les conditions normales, le joint ne préchargeant plus les pignons. Cet avantage est particulièrement important pour les pompes à basse pression où les efforts parasites sont non négligeables par rapport au couple utile pour vaincre la pression de sortie.

[0073] Le risque de bloquer l’arbre des pignons dans les situations extrêmes est diminué.

[0074] Toutes les fonctions annexes du couvercle (lubrification et guidage palier) peuvent être conservées et réalisées de la même manière.

[0075] Pour des applications à très haute pression, on peut implémenter plus facilement un ensemble joint/contre joint dans cette configuration, car l’espace alloué à l’étanchéité n'est pas contraint par le diamètre des dentures des engrenages (critère de construction lié à la cylindrée), mais simplement par la longueur de la pompe.

[0076] Enfin, bien que cela ne soit pas représenté sur les figures, on peut envisager que la gorge 200 soit présente, non pas sur le couvercle 2, mais sur le flasque 13. Dans une telle configuration, cette gorge est présente au niveau de la face interne 132 du rebord annulaire 130.

Claims (1)

1. Revendications [Revendication 1] Pompe hydraulique (1) à engrenages à denture externe, qui comporte un carter (10) dans lequel est reçue une paire d'engrenages (11, 12) respectivement menant et mené à axes de rotation parallèles (X-X¹, Y-Y'), ainsi qu'au moins un couvercle (2) de fermeture et de compensation hydrostatique engagé sur les extrémités respectives des arbres de rotation desdits engrenages (11,12), un flasque de fermeture (13), un joint d'étanchéité (3) disposé entre deux zones d'étanchéité respectives desdits couvercle (2) et flasque (13), caractérisée par le fait que l'un ou l'autre desdits couvercle (2) et flasque (13) comporte une gorge annulaire (200) dans laquelle est placé ledit joint d'étanchéité (3), cette gorge (200) débouchant selon une direction généralement perpendiculaire aux axes de rotation (X-X',Y-Y') des engrenages (11,12). [Revendication 2] Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite gorge (200) est ménagée dans ledit couvercle (2). [Revendication 3] Pompe selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la paroi périphérique (22) dudit couvercle (2) comporte un épaulement (220), ladite gorge (200) étant située juste en retrait de cet épaulement (220). [Revendication 4] Pompe qui est équipée d'au moins un couvercle (2) selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ledit flasque (13) est conformé pour venir en butée sur la surface d'appui (221) dudit épaulement (220). [Revendication 5] Pompe selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite gorge (200) est ménagée dans ledit flasque (13). [Revendication 6] Pompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle est pourvue de deux couvercles (2) de fermeture et de compensation hydrostatique. [Revendication 7] Couvercle (2) de fermeture et de compensation hydrostatique, destiné à équiper une pompe (1) selon la revendication 1, qui comporte une paire d'ouvertures parallèles (23,24) configurées pour recevoir les extrémités d'arbres d'engrenages (11,12), caractérisé par le fait que sa paroi (22) périphérique comporte une gorge annulaire (200) conformée pour recevoir 'un joint d'étanchéité (3), cette gorge (200) débouchant selon une direction généralement perpendiculaire aux axes (X-X¹, Y-Y') desdites ouvertures(23,24). [Revendication 8] Couvercle selon la revendication 7, destiné à équiper une pompe dans laquelle la paroi périphérique (22) dudit couvercle (2) comporte un épaulement (220), ladite gorge (200) étant située juste en retrait de cet

   [Revendication 9] épaulement (220), dans laquelle ladite paroi périphérique (22) s'étend entre deux grandes faces parallèles (20,21) sur lesquelles débouchent deux ouvertures parallèles (23,24), caractérisé par le fait qu'il présente un ratio E/D qui satisfait à la relation suivante :

   0.8 <E/D<1.5, ratio dans lequel :

   E = longueur de guidage = distance entre lesdites grandes faces (20,21) ;

   D = diamètre desdites ouvertures parallèles (23,24).

   Flasque d'obturation destiné à équiper une pompe selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un rebord annulaire dont la face interne est pourvue d'une gorge annulaire (200) conformée pour recevoir un joint d'étanchéité (3).