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"Machine à. chambre de travail en forme de croissant"
La présente invention a pour objet une machine â chambre de travail en forme de croissant et à cylindre creux fixe entouré d'un piston cylindrique mobile, dans laquelle la pièce d'appui subdivisant la chambre de travail traverse, au moyen d'une rotule, la paroi du cylindre creux.
L'invention consiste en ce que le piston cylindri- que est disposé autour du cylindre creux, de manière à pou- voir osciller librement, et à recevoir, d'un excentrique ou
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d'un organe équivalent monté sur l'arbre de commande prin- cipal, un mouvement d'oscillation. Ce piston est en outre guidé par une biellette, par un guidage à bielle infinie ou des organes équivalents, de façon à être empêché de tourner autour de son propre axe. Le piston porte de préfé- rence un appendice en forme de collier qui est monté sur l'arbre à excentrique. On peut aussi disposer dans le cy- lindre creux un second piston oscillant librement, de fagon que 1'intérieur de ce cylindre creux puisse aussi être uti- lisé comme chambre de travail.
Les dessins annexés représentent des exemples de réalisation de l'invention.
La Fig. 1 est une coupe transversale et la Fig. 2 une coupe longitudinale d'une forme de réalisation de 1'in vention.
Les Figs. 3 à 8 montrent en coupe transversale des variantes dans lesquelles le guidage du piston se fait au moyen d'un guidage à bielle infinie.
Les Figs. 9 à 12 montrent en coupe transversale et en coupe longitudinale deux variantes de la commande du piston.
Les Fige. 13 et 14 et les Figs. 15 et 16 montrent respectivement deux formes de réalisation d'une machine suivant la présente invention, en coupe longitudinale et en coupe transversale, avec un second piston.
Dans le cas des Figs. 1 et 2 l'enveloppe 1 est munie de deux couvercles 2 dans lesquels l'arbre 43 est gui- dé au moyen de paliers à billes 3. Les couvercles 2 sont pourvus de bossages cylindriques 4, concentriques à l'arbre, qui stavancent à l'intérieur de l'enveloppe et sont entourés par les corps de piston 5 qui sont montés excentriquement à
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l'arbre. Ces corps de piston annulaires 5 forment, avec les bossages 4 des couvercles, les chambres de travail 6 en for- me de croissants qui sont divisées par les pièces d'appui 7 en une chambre d'aspiration et une chambre de refoulement.
Les pièces d'appui 7 qui, au moyen des rotules 8, traversent les bossages 4 servant de cylindres, sont disposées sur deux moyeux 9 qui sont reliés à l'arbre et qui possèdent la même excentricité que le disque de poussée à rebords 10 et par conséquent que les corps de piston 5. Ce disque 10 est calé sur l'arbre 43 et porte à la périphérie interne des paliers à billes ou organes équivalents 11 qui servent d'appuis aux corps de pistons 5. On a prévu en outre des paliers à billes 12 qui servent de butées aux corps de pistons 5 dans le sens axial. Pour empêcher les pistons de tourner autour de leur axe propre, on a.prévu des bielles 13 qui sont attachées au moyen de pivots d'une part à une oreille du piston et d'autre part à l'enveloppe 1.
Lorsque l'arbre est mis en rotation au moyen de la poulie de commande 14 dans le sens de la flèche du dessin, la machine fonctionne comme compresseur et elle aspire par l'ouverture 15 de l'air ou un autre fluide qui est refoulé par la soupape 16 vers le point d'utilisation.
Quand on emploie la machine comme moteur, le flui- de moteur est introduit par la soupape 16, fait tourner la machine en sens inverse et peut ensuite s'échapper par ltou- verture 15.
Comme on 1'a mentionné ci-dessus, les corps de piston 5 n'effectuent qu'un mouvement d'oscillation et ne regoivent aucun mouvnt de rotation car ils en sont empê chés par les bielles 13. Les surfaces de glissement 17 et 18 gui, en combinaison avec la pièce d'appui 7 et le point de
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contact des deux périphéries circulaires délimitent la chambre de travail, possèdent donc, même quand la machine tourne à grande vitesse, une vitesse relativement minime et supportent par conséquent une pression élevée, ce qui assure une étanchéité parfaite.
Pour assurer un contact intime des périphéries des cylindres creux 4 avec la périphérie intérieure des corps de piston 5, les moyeux 9 peuvent être montés avec le disque de poussée 10 sur des excentriques 19, que l'on peut faire tourner d'un certain angle pour amener les pistons 5 en contact intime avec les bossages 4, par exemple après usure ou après le montage de la machine.
Cette variation de l'excentricité par les excentri- ques 19 peut aussi s'obtenir en montant le disque 10 sur un manchon excentrique que l'on peut faire tourner pour va- rier l'excentricité suivant les besoins. Ces manchons excen- triques peuvent être sollicités de tourner aussi bien à la main que par des organes de poussée agissant constamment, tels que des ressorts ou autres organes équivalents. Dans le premier cas on obtient un réglage grossier en cas d'usure et cela facilite l'assemblage de la machine; dans le second cas on obtient un ajustage élastique permanent, qui assure un contact intime du piston avec le cylindre fixe.
Le dessin représente une machine qui est jumelée dans le but de compenser les poussées axiales; la machine peut naturellement aussi être construite comme une machine à un seul cylindre dans laquelle les poussées axiales sont absorbées par des paliers à billes qui prennent alors appui sur 1* enveloppe ou sur les couvercles.
Sur les Figs. 3-8, le piston de ces formes de ré- alisation n'est plus guidé et empêché de tourner par-la
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bielle 13 décrite ci-dessus, mais par d'autres dispositifs arrangés de manière que le mouvement du piston corresponde complètement ou approximativement à un guidage au moyen dtune bielle infinie. On évite ainsi les phénomènes de vi- bration nuisibles qui s'observent ave le guidage décrit ci-dessus, du piston par biellettes ou organes équivalents et la machine peut par conséquent marcher à une plus grande vitesse.
Sur la Fig. 3, le guidage du piston 5 est réalisé par quatre plongeurs 20 et 21, les plongeurs 20 étant montés sur le piston 5 et les plongeurs 21 sur l'enveloppe 1. Ces plongeurs coulissent dans des douilles correspondantes 22 qui sont reliés rigidement entre elles par des anneaux 23 ou des organes équivalents. Comme on le voit immédiatement sur le dessin, le piston 5 ne peut effectuer aucun mouve- ment de rotation tandis qu'il roule sur le cylindre fixe creux 4.
Sur la Fig. 4, le guidage du piston se fait éga- lement par plongeurs. Sur le piston 5 est fixé un plongeur 24 qui est guidé dans l'enveloppe par une douille 25 et deux plongeurs 26. En principe, cette réalisation est la même que celle de la Fig.3.
La Fig. 5 montre le guidage du piston au moyen dtun parallélogramme. Des leviers 27 sont articulés d'une part au piston 5 et d'autre part au collier 28 qui est guidé par des leviers 29 articulés sur l'enveloppe. Dans ce cas aussi, on obtient pour le piston un guidage plan parfaitement parallèle.
La Fig. 6 montre un mécanisme de guidage à le- viers. A l'excentrique de poussée 30 est articulée une bielle 31 qui actionne le levier coudé 32. La seconde
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branche 33 de ce levier transmet le mouvement par la tige
34 au piston au moyen de l'oreille 35.
Le guidage plan parallèle du piston peut aussi être réalisé au moyen de roues dentées, comme on 1'a indiqué sur la Fig. 7. Sur l'arbre principal 4 de la machine est montée la roue dentée 36 qui met en mouvement dans le même sens et à la même vitesse, au moyen de la roue intermédiaire
37, la roue auxiliaire 38. Sur larbre de cette roue 38 est calée une manivelle 39 qui possède un rayon égal à l'excentri- cité principale de la machine et qui attaque le pivot 40 du piston. Avec cette disposition, le mouvement du piston est aussi commandé positivement.
Sur la Fig 8, le mouvement plan parallèle du pis- ton est produit par deux manivelles auxiliaires 41 dont le rayon correspond au rayon d'excentricité de la machine. Il ne faut donc pas de commande particulière des manivelles dans ce cas.
Tous ces éléments de mouvement, que l'on pourrait encore multiplier à l'infini, produisent chacun le déplace- ment plan et parallèle du piston de la machine, c'està-dir que toute ligne prise sur le corps du piston reste, pendant tout le roulement, parfaitement parallèle à elle-même. Il ne peut donc se produire en dehors des forces centrifuges aucu- ne autre vibration autour du centre de l'excentrique.
Les mêmes dispositifs peuvent être employés dans des machines à piston intérieur ou dans des machines compor- tant deux pistons situés l'un dans l'autre. La commande de la pièce d'appui peut alors se faire au moyen d'un excentri- que monté sur l'arbre, mais cette pièce d'appui peut aussi recevoir une commande extérieure particulière qui adapte le mouvement de la pièce d'appui aux mouvements des pistons.
La
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pièce d'appui peut aussi être munie de pieds appropriés grâce auxquels les pistons eux-mêmes peuvent la commander. les Figs. 9,et 10 et les Figs. 11 et 12 représentent une coupe transversale et une coupe longitudinale d'une va- riante de la machine dans laquelle le piston est muni d'un appendice en forme de collier qui est porté par l'arbre de l'excentrique, Le piston 5 entoure le bossage cylindrique fixe 4 du couvercle 2 et forme avec ce bossage la chambre de travail 6 en forme de croissant. Le piston 5 possède un appendice 42 en forme de collier qui, sur les Figs. 9 et 10, est logé dans le cylindre creux fixe 4 et entoure l'excentri- que 9 qui est calé sur l'arbre principal 43. Sur les Figs.
11, et 12, l'appendice en forme de collier est dirigé vers l'extérieur et est supporté excentriquement. Pour empêcher dans ces deux formes de réalisation le piston 5 de participer à la rotation de l'arbre 43 ou de l'excentrique 9, on a pré- vu la bielle 13 ou bien tout autre organe de guidage décrit ci-dessus qui est fixé d'une part au piston 5 et d'autre part à l'enveloppe 1. La pièce d'appui 7 qui, au moyen de la rotule 8, traverse le cylindre creux 4 subdivisé la chambre de travail 6 en une chambre d'aspiration et une chambre de refoulement. Si l'arbre 43 sur lequel l'excentrique est calé est mis en rotation, le piston 5 exécute un mouvement d'oscil- lation, De ce fait, le fluide est aspiré du côté de l'aspi- ration et comprimé du côté du refoulement.
On dispose avanta- geusement entre lexcentrique 9 et le collier 42 du piston 5, des paliers à billes ou à rouleaux 44 qui réduisent au mini- mum le frottement. La poussée longitudinale se produisant, dans le cas d'une machine non jumelée, telle que celle représentée sur le dessin, peut être absorbée par des paliers à billes spéciaux. 45, mais les paliers à billes 44 peuvent aussi être
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établis de telle fagon qu*ils conviennent pour supporter non seulement les pressions radiales mais aussi les pressions lon- gitudinales.
L'appendice 42 en forme de collier peut, comme on 1'a représenté, être fait d'une pièce avec le piston 5, mais il peut aussi être établi sous la forme d'une pièce sé- parée qui est reliée au corps du piston d'une manière appro- priée. De même, la pièce d'appui 7 peut être reliée à l'appen- dice 42, soit à demeure, soit de fagon amovible.
Bans les fornes de réalisation décrites et représen- tées, les paliers à billes 44 et 45 ont un diamètre beaucoup plus petit que dans la première réalisation décrite. Un autre progrès dans ce sens est encore possible par la suppression de l'excentrique 9 et le transfert de l'excentricité sur 1'ar bre 43. On peut obtenir ainsi des diamètres encore plus petits pour les roulements à billes.
Les Figs. 13 à 16 montrent deux variantes de machi- nes comportant deux chambres de travail placées l'une dans
1 *autre.
Sur l'arbre 43 est calé l'excentrique 10 et sur celui-ci est montée, de fagon à pouvoir tourner, la pièce d'appui 7 qui, au moyen de la rotule 8, traverse le prolonge- ment cylindrique creux 4 du couvercle 2, prolongement qui est fixe et concentrique à l'arbre. Le collier de la pièce d'appui 7 forme le piston intérieur de la machine. La cloison 7' subdivise les chambres en forme de croissants en des chambres de travail séparées, chambre d'aspiration et chambre de re- foulement. Autour du cylindre creux 4 est disposé un autre piston 5 qui possède la même excentricité que l'excentrique
10.
Cette excentricité est choisie de telle fagon que non seu- lement la périphérie extérieure du collier de la pièce d'appui 7 mais aussi la périphérie intérieure du piston 5 restent
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constamment en contact avec les périphéries du cylindre creux fixes 4. Il se forme ainsi deux chambres de travail 6 et 46 en forme de croissants, qui par suite des différentes capa- cités volumétriques constituent le premier et le second étages de la machine. Si la pièce d'appui 7 et le piston 5 sont faits en plusieurs pièces pour faciliter la fabrication, le piston 5 est empêché, par une bielle spéciale 13 ou par un autre des dispositifs décrits, de prendre part à la rota- tion de l'arbre, de sorte que les surfaces de délimitation biles des chambres de travail n'exécutent que des mouvements d'oscillation.
Si la machine fonctionne comme compresseur, comme le supposent les dessins, la force motrice est fournie par la poulie de commande 14 et l'arbre 43, qui est supporté dans les paliers à billes 3, est mis en rotation. De ce fait, l'excentrique 10 est également mis en rotation de sorte que la pièce d'appui 7 et le piston extérieur 5 relié à celle-ci doivent exécuter un mouvement d'oscillation. Le travail se fait alors comme suit:
Le piston 5 aspire de l'air par ltouverture 15 et le refoule après compression par la soupape 16 vers le réfri- gérant intercalé non représenté. De la, l'air se rend vers l'ouverture 47 de la chambre intérieure où il est comprimé davantage par la pièce d'appui 7 formant piston intérieur, jusqu1à la tension finale, puis il est refoulé par la soupape 48 vers le réservoir d'air ou le point d'utilisation.
Pour ce fonctionnement, le sens de rotation est celui indiqué sur. la Fig. 13.
Si la machine fonctionne comme moteur, le sens de rotation est renversé et il en est de même du cycle des opé rations. Le fluide moteur entre par la soupape 48 dans la chambre de haute pression 46 en y effectuant un travail et
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en repoussant par conséquent le piston devant lui jusqu'à. ce qu'il passe par l'ouverture 47 dans le réservoir. De là, il est conduit par la soupape 16 dans la chambre de basse pression 6 où il produit un nouveau travail et il sort de la machine par les ouvertures 15.
En pratique, il sera toujours difficile d'usiner la machine de fagon que les périphéries du piston intérieur
7 et du piston extérieur 5 touchent simultanément et constam- ment les périphéries correspondantes du cylindre creux fixe
4. Il se produira en particulier du jeu lorsqu'après une assez longue période de fonctionnement, les différentes sur- faces auront subis de l'usure. L'assemblage de la nouvelle machine provoque déjà. des difficultés, car il est toujours désirable que les surfaces de contact en question roulent l'une sur l'autre avec une certaine pression. Les Figs. 15 et 16 montrent une disposition qui permet de surmonter ces difficultés. La construction générale de la machine est la même que celle décrite plus haut.
La différence consiste en ce que la pièce d'appui 7 formant le piston intérieur et le piston extérieur 5 sont séparés et commandés chacun par des excentriques particuliers. Sur l'arbre 43 est monté l'excen- trique 10 qui, en tournant, met en oscillation la pièce d'ap- pui 7 et produit ainsi le travail de la chambre intérieure.
Le piston extérieur 5 regoit son mouvement au moyen d'un disque à rebord de poussée 49 sur lequel le piston 5 prend appui, dans le sens radial, par les paliers de butée 11 et, dans le sens axial, par le palier de butée 12 Le disque de poussée 49 peut en outre avoir soit la même excentricité soit une excentricité différente de celle de l'excentrique 10.
Les deux excentricités sont réglables indépendam- ment pour assurer un contact convenable des périphéries cir-
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culaires délimitant les chambres de travail. Dans ce but, sont montés sur l'arbre 43 des manchons excentriques 19 sur lesquels l'excentrique 10 peut tourner. Le disque de poussée 49 est également monté sur deux manchons excentriques 50 et 51 dont l'un 51 est calé sur 1'arbre et dont l'autre 50 peut tourner sur le premier. La Fig. 15 montre à une plus grande échelle la coupe transversale de la chambre intérieure de la machine, pour rendre claire l'opération du changement d'ex- centricité. Sur l'arbre 43 est calé le manchon excentrique 19 ayant l'excentricité 52 et sur celui-ci peut tourner l'excen- trique 10 ayant l'excentricité 53.
Dans la position représen- tée, la machine possède alors l'excentricité relative 54. Si l'on fait tourner l'excentrique 10, l'excentricité 53 se dé- place également suivant un arc de cercle autour du centre de l'excentrique 19 et augmente ou diminue l'excentricité rela- tive 54 de sorte que la périphérie du collier 7 de la pièce d'appui peut être rapprochée de la périphérie intérieure du cylindre creux 4. La même opération peut se faire tout-à-fait indépendamment pour le piston extérieur car le disque de poussée 49 est également monté sur deux excentriques diffé- rents placés l'un dans l'autre 50 et 51 de sorte qu'on peut aussi faire varier à volonté son excentricité.
La rotation des excentriques l'un par rapport à l'autre peut se faire non seulement à la main mais aussi au moyen d'organes moteurs agissant de fagon permanente, tels que des ressorts ou des organes équivalents.
La machine représentée n'est qu'un exemple de réa- lisation; elle peut aussi être construite sous la forme de machines jumelées avec deux chambres extérieures et deux' chambres intérieures, les pressions axiales se faisant alors équilibre.
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Les chambres de travail 6 et 46 possèdent des ca- pacités différentes dont le rapport peut être déterminé par le choix du diamètre intérieur et du diamètre extérieur du cylindre creux fixe 4. Il est donc possible d'obtenir aussi, dans le:cas d'une détente en deux étages du fluide moteur ou d'une compression en deux étages du fluide traité, le fonc- tionnement le plus économique réalisable pour la machine. Il est aussi possible sans difficulté de monter des chambres de travail l'une par rapport à l'autre de façon qu'elles fonc- tionnent en parallèle, ce qui produit une augmentation du dé- bit de la machine. Moyennant une conformation et une disposi- tion particulières de'la rotule 8, la bielle 13 peut dispa- raître, sa fonction étant alors remplie par la rotule.
REVENDICATIONS
1 Machine à chambre de travail en forme de crois- sant subdivisée par une pièce dtappui, et à cylindre creux fixe entouré d'un piston mobile, dans laquelle la pièce d'ap- pui traverse le cylindre creux au moyen d'une rotule, caracté- risée en ce que le piston est disposé autour du cylindre creux de manière à pouvoir osciller librement et à recevoir un mou- vement d'oscillation au moyen d'un excentrique monté sur l'ar- bre de commande principal.
2.- Machine suivant la revandiation 1, caractéri- sée en ce que le piston est empêché, par une bielle, de tour- ner autour de son axe propre.