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rormateur continu différentiel de vitesse
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de rotation.
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Le brevet français 436.211 du 5 Octobre 1911 de Jul$8 Le Sort ayant pour titre :"ransformat8ur diî±'êrantiel pour transmission #oauiquel1t. fait eonnattre un transformateur aont de Ti tesae de rotation*' principal- lement destiné à. la liaison d'un arbre ayant une vitesse 1"\---
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constante sous un effort moteur constant (actionné par exemple par un moteur Diesel ou un moteur à explosion) avec un arbre résistant à effort résistant variable, dont la caractéristique principale est que les deux arbres sont accouplés par l'intermédiaire d'une pompe à liquide, par exemple à huile, à réglage fixé dont le débit dépend de la vitesse relative des deux arbres, et que cette pompe débite dans une pompe réceptrice ou "récupérateur" à régla- ge de débit variable,
dont la partie entraînée est reliée par un train d'engrenages à l'arbre moteur.
Tour cet appareil, les pompes étaient à système bielle-manivelle. Le réglage du débit du récupérateur s'ob- tenait donc en :faisant varier la longueur de la manivelle.
Le fonctionnement de ce dispositif est le sui- vant :
Si la longueur de manivelle de la pompe récep- trio* est réglée de manière à itre la même que la longueur fixe de la manivelle de la pompe de liaison, le débit du liquide circulait dans la pompe de liaison est exactement le même que celui du liquide circulant dans le récupérateur, et comme la partie de la. pompe de liaison assemblée à l'ar- bre moteur *et obligée de tourner avec ledit arbre, il en résulte que l'arbre résistant est obligé de rester immo- bile,le liquide circulant sans. pression (en négligeant les résistances: dues au frottement du liquide) entre les doux pompes.
Si l'on diminue la longueur de manivelle du ré- cupérateur, c'est-à-dire si l'on règle le récupérateur pour un débit plus faible, la vitesse relative de la par- tie de la pompe de liaison, entraînée par le moteur, par rapport à la partie reliée à l'arbre résistant devra dimi-
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nuer. Mais comme la partie entraînée par l'arbre moteur est obligée de tourner à la vitesse constante dudit arbre moteur, il en résulte que l'arbre assistant fixé à l'autre partie de la pompe est obligé de tourner à une certaine vitesse et il se développera. une certaine pression dans le circuit liquide.
Somme toutes la puissance disponible sur l'ar- bre moteur, en agissant sur la pompe de liaison est divi- sée en deux parts dont l'une est dépensée pour l'entraîne- ment de l'arbre résistant et dont l'antre provoque la air- oulation du liquide sous pression. Nais grâce à la liaison de la partie mobile de la pompe réceptrice avec l'arbre moteur; cette deuxième part de la puissance est récupérée par l'arbre moteur (aux pertes près).
Ce système réalise donc un différentiel parfait au sens mécanique de la définition, permettant une trans- formation continue de vitesse sans. dissipation d'énergie à l'extérieur.
Si la pompe réceptrice est réglée pour un dé- bit nul, les pistons de la pompe de liaison ne peuvent plus se déplacer dans- leurs cylindres; ces deux parties formant bloc et l'arbre résistant est entraîné à la vitesse de l'arbre moteur; c'est ce que l'on appelle la prise di- recta.
Avec ce système on peut entraîna automatiquement l'arbre résistant à la plus grande vitesse permise par les valeurs de l'effort moteur et de l'effort résistant en fai- sant commander automatiquement le réglage de débit de la pompe réceptrice par la pression régnant dana le circuit des pompes.
Les modes de réalisation de ce transformateur
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de vitesse décrits dans le brevet précité présentaient certains inconvénients qui, jusqu'à. présent en ont empê- ché l'application pratique.
Notamment:
Les pompes multiples rotatives en étoile pro- posais étaient du. système à bielle et manivelle avec une circulation de liquide à la périphérie du bloc des cylin- dres.
Dans ces conditions, il était difficile, pour ne paa dire impossible. d'assurer l'étanchéité des oolleo- teurs ou chambres de refoulement et d'aspiration réalisés par des plateaux appliqués contre une des parois des pom- pas*
De plus, les collecteurs des deux pompes (pom- pes de liaison et récupérateur) devaient être réunis par une canalisation extérieure encombrante, fragile et dif- ficilement étanche.
Le réglage du débit de la pompe réceptrice de- vait se faire par réglage de la longueur de la manivelle, ce qui obligerait à employer des engrenages de liaison entra l'arbre moteur et la partie tournante du récupéra- teur, engrenages qui diminuaient le rendement. augmentai- ent l'encombrement et le poids du dispositif et le ren- daient par suite impropre à certaines applications no- tamment à l'automobile pour laquelle il est particulière- ment indiqua.
L'invention décrite ci-dessous a pour objet un mode de réalisation de l'invention qui supprime ces in- convénients.
D'après l'invention, les deux pompes (pompe de liaison et récupérateur) sont montées sur le même arbre
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moteurs de telle manière que ce dernier entraîne par cala- ge direct, tel que olavetage,, boulonnage' etc.. d'une part la partie mobile du récupérateur ( dont l'autre par- tie reste fixe et immobile) et, d'antre part, l'une des parties mobiles de la pompe de liaison, telle que la came ou tambour excentré du groupe de pistons en étoile; dont l'autre partie mobile, telle que le bloc des- cy- lindres est solidaire de l'arbre résistant, la circu- lation de l'huile d'une pompe à l'autre ayant lieu à l'intérieur même dé l'arbre moteur.
Dans ce transformateur perfectionné, la varia- tion du débit du récupérateur est assurée par une com- mande extérieure appropriée, agissant soit sur l'ex- oentrement d'un groupe de pistons par rapport à un bloc tournant muni de rainures. soit sur le volume de la chambre d'aspiration et de refoulement.
D'une maniera générale, toutes les pompes à débit variable et réversibles (c'est-à-dire qui peu- vent fonctionner soit comme pompe proprement dite pour refouler du liquide@ soit comme récepteur ou moteur pour recevoir du liquide sous pression et entraîner un organe mécanique:) peuvent 8tre adaptées à la réalisation du récupérateur dans le transformateur perfectionné, ob- jet de l'invention. à la option de pompes à vilebrequin on manivelle.
Enfin, une des particularités! du transformateur, consiste en ce que le réglage du débit du récupérateur peut être prévu de manière que ledit récupérateur fonc- tionne dans. certains cas comme pompe refoulant dans la pompe de liaison; dans ses conditions, l'arbre! résistant
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est obligé de tourner soit à une vitesse supérieure à celle de l'arbre moteur, dénommée supervitesse, soit en sens inverse de l'arbre moteur.
La description qui va suivre en regard du des- sin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien oompren- dre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
Fig. 1 est une coupe longitudinale d'un mode d'exécution du transformateur de vitesse perfectionné.
Fig. 2 est une ooupe par 2 - 2 de la fig.l.
Fig. 3 et 4 sont des coupes par 3-3 et 4-4 de la fig.l.
Fig. 5 est une coupe par 5-5 de la fig.2.
Fig.6 est une variante d'exécution du récupé- rateur montré fig.l.
Fig. 7 est une autre variante de la fig.1 dans laquelle les pompes sont du genre Lauf-Thomas.
Le transformateur perfectionné, représenté fig.1 comprend un arbre moteur 1 traversant de part en part la pompe A dénommée récupérateur. L'extrémité dudit arbre est fixée directement, par exemple par une clavette 2, à la partie tournante de la pompe de liaison B.
L'arbre 1 est assemblé par le plateau la avec un bloc de cylindres 4 en étoile, tournant autour d'un manchon fixe 5 entourant l'arbre.
Le manchon est solidaire 'du bâti fixe 6 qui sert de palier à l'arbre moteur.
Dans le bloc de cylindres sont montés des pis- tons 7, dont les lises portent des galets 8 roulant sur un chemin circulaire formé par un tambour 9 jouant le rôle de came, qui peut être excentré par rapport à l'arbre 1, .en agissant sur les tiges 10.
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La came 9 peut être par exemple constituée par un tambour circulaire dont les flasques comportent des
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pattes 9a-9b s'engageant dans des rainures 6a¯Sb du bâti, ce qui assure le guidage du tambour ou came, lorsqu'on fait
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varier son exoentrement .
Le manchon 5 présente deux rainures ou demi-
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gorges 5& - 5b (voir fig..2:) séparées par axne partie fer- mant cloison 5a.
La demi-gorge 5a est en commnT11oation par des conduite 11, avec une gorge cireuJ.a1:re 12 s'étendant sur le pourtour de l'arbre moteur la De m la demi-gorge 5h est en oOllUl1lUl1cation par 4es conduits 13, avec une antre gorge 14 prévue à côté de la gorge 12, sur le pour- tour de l'arbre moteur 1.
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Des gorges 12 et 14 partent des conduite 1.2'-14a aboutissent à deux: rainures ou demi-gorges 16a - 16b (voir fig.4) prévues sur le manchon 3a, solidaire de la partie tournante 3 de la pompe de liaison B.
Autour du manchon 3a tourne le bloc de cylindres
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17 de la pompe B, lequel bloc ast rigidement fi3cS, par oXa+ ple boulonne', à un plat 18a solidaire de l'arbre réside- tant 18; dans les cyl1Dd:res du bloc 17 se déplacent les pistons 19 munis de galets 20 roulent sur le chemin inté- rieur 3b formant came,de la partie tournante 3, calée sur l'arbre moteur.
On voit en se reportant à la fig.l que la came 3b est excentrée par rapport à l'arbre moteur 1 d'une quan- tité déterminée représentée par a sur ladite figure.
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Enfin, les d conduites 12a et 1.4$ sont réunies une canalisation sous pression 21 munie de clapets auto-
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matiques 22, de manière à compenser les fuites du liquide qui remplit l'espace libre compris entre les pistons et les fonds, des cylindres des deux pompes ainsi que dans les demi= gorgea et dans les conduits réunissant les pompes.
Si l'on suppose que l'arbre moteur tourne dans le sens de la flèche f représentée fig.2, en entraînant le bloc de cylindres 4, on comprend que le déplacement des pistons 7 dans Leurs cylindres produise l'admission du li- quide, lorsqu'ils se trouvent dans la partie droite de la figure, c'est-à-dire lorsqu'ils sont en communication avec la rainure ou demi-gorge 5b.et l'évacuation du liquide lorsqu'ils se trouvent dans la partie gauche de la figure, c'est-à-dire lorsqu'ils sont en communication avec la rainure ou demi-gorge 5a.
Il en sera de même le la pompe B, qui, elle pro- duira l'aspiration et le refoulement du liquide.
Le fonctionnement de ce transformateur de vitesse est le même que celui du transformateur décrit dans le bre- vet sus-visé. la variation de débit du récupérateur ayant lieu dans ce cas en déplaçant au moyen des tiges 10 la came 9, de manière à la faire coulisser radialement dana le bâti 6.
La position représentée sur la fig.l correspond à une excentration a du récupérateur et de la pompe de liai- son, c'est-à-dire à l'arrêt de l'arbre résistant.
Le présent transformateur de vitesse est particu- librement applicable à l'automobile.
Dans: ce cas, on peut admettre que le réglage de l'excentrement s'effectue au moyen d'une manette se dépla- çant sur un secteur gradué en vitesses kilométriques à l' heure. Lorsque la manette est sur la graduation vitesse zéro,
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la couronne du bloc (Position I fig.2) a un excentrement a, c'est-à-dire le même excentrement que la pompe de liaison, le débit du liquide circulant dans. la pompe est exactement le même que celui du liquide circulant dans le groupe ré- cepteur. L'arbre résistant ne. peut pas prendre une autre vitesse que la vitesse zéro.. La voiture est obligée de rester immobile, quelle soit en palier, en montée on en descente et quelle que soit la pente de la route.
Si l'on déplace progressivement la manette jus- qu'à la graduation 10 (10 kilomètres à l'heure) l'excen- trament diminue. Le récupérateur absorbe moine de liquide, la vitesse relative des pistons de la pompe de liaison par rapport à ses cylindres est obligée de diminuer.
Bais com- me l'un de ces éléments, (tambour ou bloc, cylindres, sui- vant la disposition adoptée) est obligé de tourner à la vitesse constante de l'arbre moteur,, l'arbre résistant au- quel est fixé l'autre élément (bloc cylindres ou tambour) est obligé de tourner. La voiture démarre et prend la vi- tasse de 10 kilomètres à l'heure, vitesse qu'elle est obli- gée de conserver quel que soit le relief de la route, aussi bien en palier qu'en montée ou en descente.
Si la manette est déplacée jusqu'à ce que l'ex- oentrement soit nul. le tambour a la position II en traits mixtes (fig.2); la récupérateur a ses pistons à mi-course et ne paît plus admettre de liquide. Le liquide n'ayant plus d'issues, les pistons de la pompe de liaison restent immobiles dans leurs cylindres.. Les cylindres et pistons de la pompe de liaison forment une sorte de bloc rigide reliant en prise directe l'arbre moteur et l'arbre résis- tant. Il n'y a aucune circulation de liquide.
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Si l'on déplace encore la manette dans le même sens, de manière à excentrer le tambour ou couronne dans le sens opposé de l'exoentrement normal (piston III en traits pointillés de la figure 2 où l'excentrement est indiqua en b) les pistons de la partie droite de la figure
2 du récupérateur ne se déplaceront plus dans le sens admission ou aspiration, mais dans le sens refoulement.
Ils. refoulent donc le liquide dans la demi-gorge 5b, les conduits 13, la gorge 14 et dans le conduit 14a. La pompe de liaison, elle aussi, tend toujours à refouler dans le même conduit 14a, comme elle tendait à le faire lorsqu'on était en prise directe Mais maintenant la vitesse rela- tive des éléments (blocs cylindres et tambour) de la pom- pe de liaison ne peut plus être nulle puisqu'elle reçoit du liquide sous pression, Comme l'un de ses éléments (tambour sur la. figure) est obligé de tourner à la vitesse constante de l'arbre moteur; il faut que l'autre. élément (blaa cylindres) et par suite l'arbre résistant, tourne à uns vitesse supérieure à celle de l'arbre moteur.
L'arbre résistant tourne alors en supervitesse. Ces conditions de fonctionnement seront exceptionnelles mais elles pourront être employées avec un gram avantage sur des voitures automobiles lorsqu'on se trouvera en palier sur une route très roulante. L'effort résistant étant alors très faible, on pourra momentanément. sans que le moteur dépasse sa vitesse de régime, faire atteindre à. la voiture des vi- tesses supérieures à la vitesse correspondant à la prise directe.
Si l'on suppose maintenant que la manette est remise sur la graduation; vitesse zéro, (qui correspond à l'excentrement a, position I de la fig.2) la voiture est
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arrêtée. Si l'on déplace la manette au-delà de la vitesse zéro du côté des Vitesses négatives, l'excentrement prend la valeur e > a (voir fig.2 où le tambour a la position IV indiquée en ponctué).La quantité de liquide qui circule dans le récupérateur est pl grande que celle qui circule dans la pompe de liaison. Les pistons de la partie gauche de la figure 8 du récupérateur doivent maintenant évacuer une quantité de liquide plus grande que celle qui était aspirée par la pompe de liaison.
Il en résulte que ces pistons compriment maintenant du liquide et que le réoupé- rateur fonctionne encore comme pompe; mais cette fois, il comprime du liquide dans la demi-gorge Sa les conduits 11. la gorge 12 et le conduit 12a. Les pistons de la pompe de liaison qui, tout à l'heure,, se contentaient d'aspirer, re- çoivent maintenant du liquide sons pression. Il faut dons que la vitesse relative des éléments (bloc cylindres et tambour) de la pompe de liaison soit plus grande que la vitesse de l'arbre moteur.
Et puisque l'un de ses éléments (tambour sur la figure) est obligé de tourner à la vitesse de l'arbre moteur,, il faut que l'autre élément (bloc oylin- dres) et par suite l'arbre résistant tourne en sens inverse de l'arbre moteur., La voiture marche alors en arrière.
En plus du réglage à la main et en même tempe que ce dernier, l'excentrement de la couronne on tambour du ré- oupérateur peut être effectué automatiquement par le dépla- oement d'un piston régulateur dans un cylindre vertical clos à sa partie supérieure, ainsi qu'il a été exposé dans le brevet sus-visé; le liquide sous pression est admis sous le piston.
De l'air comprimé se trouve au-dessus du piston; cet air comprimé constitue un ressort parfait dont l'apla- tissement est proportionnel à la pression., Grâce à cette
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propriété les déplacements automatiques de la couronne s'effectuent toujours de manière à obtenir pour l'arbre résistant des vitesses V' variant suivant la loi hyper- bolique en fonction de K, (couple résistant variable) c'est-à-dire de manière à assurer la constance du pro- duit KV' et à satisfaire à tout instant l'équation.
TV = KV' = Constante (T & V ét¯ant le couple moteur constant et la vitesse constante de l'arbre moteur.)
Si donc, après démarrage an palier , on a amené progressivement à la main la manette de réglage jusqu'à la graduation correspondant à l'excentrement nul, c'est- à-dire correspondant à la prise directe entre les arbres moteur et résistant, le réglage automatique interviendra à chaque variation du moment résistant K.
Tant que K sera égal ou inférieur à T, on aura V = V (prise directe, pas de circulation de liquide).
Si K devient supérieur à T, l'exoentrement sera réglé automatiquement de façon que l'arbre résistant prenne la vitesse V' donnée par l'équation ci-dessus.
En d'autres termes, il suffira de laisser la manette à la graduation correspondant à l'excentrement nul (prise directe) et la voiture prendra automatiquement à chaque instant la vitesse maximum qu'elle peut prendre suivant le relief de la route et la puissance du moteur.
Le transformateur perfectionné qui fait l'objet de la demande permet d'avoir entre l'arbre moteur et l'ar- bre résistant un système d'embrayage parfait; à la fois élastique floche d'air quelque part sur la canalisation) et sans glissement.
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Pour réaliser le débrayage, c'est-à-dire la coupure complète entre l'arbre moteur et l'arbre réais- tant une large communication peut être établie (par la manoeuvre d'une pédale de débrayage) entre les chambres d'aspiration et de refoulement de la pompe de liaison, ou entre les conduite 12a et 14a, le plus près possible de la pompe de liaison, par exemple comme il est indique en traits mixtes sur la, fig.1. conduit 21a muni d'un ro- binet ou clapet 21b,commandé par exemple par une pédale de débrayage fait communiquer lesdits conduits. Dans ces conditions, on peut, la pédale étant maintenue abaissée, déplacer la voiture sans difficulté en la poussant, la pompe de liaison étant en court-circuit.
Ce transformateur permet de réaliser un système de freinage parfaite simplement en ramenant la manette à zéro.
Suivant une variante de réalisation, les galets 8, montés aux extrémités des tiges de piston 7 peuvent prendre appui non plus sur le chemin circulaire d'une oame fixe à. excentrement variableIl mais contre un tambour ex- térieur toarnant, monté par exemple sur deux paliers à rouleaux.
Ce tambour peut @tre excentré à volonté par dé- placement du support de ces paliers; s'est ce genre de montage qui est utilisé dans les Pompes LAUF Taons (Magde- burger Werkzeugmaschinenfabrik A.G.) et qui est représenté en coupe sur la fig.7.
On voit que le tambour tournant 23 qui sert de came et qui est muni d'un chemin circulaire, dans lequel roulent les galets 8 portés par les pistons, repose par l'intermédiaire de roulements à rouleaux 24-35 sur deux paliers 26 et 27, solidaires d'un suppôt 28 monté de
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manière à pouvoir coulisser dans le bâti fixe 6.
La pompe de liaison est réalisée d'une manière analogue. avec cette différence que le support 28a est calé, par exemple claveté, sur l'arbre moteur 1 et pré- sente une centration fixe; les paliers 26a étant appli- qués contre la partie circulaire excentrée 1b de l'arbre moteur 1.
Il va de soi que tout autre genre de pompes pourrait être adopté sous réserve que la pompe destinée à constituer le récupérateur, c'est-à-dire celle qui porte l'organe de réglage du débit, d'une part soit une pompe réversible, et d'autre part ne soit pas du genre à bielles et manivelle; en particulier on peut employer des pompes à palettes, des pompes dont le réglage de débit s'effectue en modifiant un excentrement ou en modifiant le volume des chambres d'aspiration et de refoulement, etc...
Dans ce qui précède, on a supposé que le bloc des cylindres du récupérateur tournait avec l'arbre moteur, et que la partie excentrée restait fixe. On aongoit que, pour réaliser le transformateur, on peut aussi bien ren- dre fixe le bloc des cylindres et faire tourner la partie excentrée. Dans ce cas, il faut faire varier l'excentre- ment de la partie tournante du récupérateur, pendant la rotation de ladite partie tournante.
Tour cela, on peut procéder comme il a été repré- santé schématiquement sur la fig.6; dans ce mode de réali- sa%ion , le bloc de cylindre 4 est fixe et c'est la came ou couronne extérieure 9 qui est entraînée en rotation par l'arbre 1.
La variation de l'excentrement peut être obtenue de la manière suivante:
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Dans les pattes 9a - 9b sont vissées des tiges filetées de pas contraire 30 et 31, portées par le carter extérieur 6d, entraîné par l'arbre moteur 1, sur lequel il est olaveté en 6a.
La commande des vis on tiges filetées 30 et 31 est assurée par deux pignons. 32 - 33 fixés aux extrémités des dites tiges et engrenant aveo une roue commune 34.
Cette dernière est solidaire d'un pignon 35 formant pignon planétaire d'un différentiel dont les satellites 36 sont portés par une couronne 37, Il l'autre planétaire 38 étant à son tour solidaire d'un pignon 39 d'un deuxième différen- tiel dont les satellites. 40 ont leur axe 41 tournant dams une portée fixe 42 ; lesdits satellites 40 engrenant avec un second planétaire 43 claveté sur l'arbre moteur 1.
Grâce à ce montage, on comprend que la roue 38- 39 tourne en sens :Inverse de l'arbre moteur 1 et a la même vitesse que ce damier.
De plus, la roue 35 tourne à la mime vitesse et dans le même sens que l'arbre moteur du. fait que ladite roue 35, la roue 34 et les pignons 32-33, les tiges file- tées 30 et 31, forment bloc et sont entraînés par le carter 6d claveté en 6e sur l'arbre moteur.
Dans ces conditions. la couronne 37 qui porte les pignons 36 , reste immobile dans l'espace.
Si l'on vent modifier l'excentrement de la cou- ronne 9 il suffit de faire tourner dans un sens ou dans l'autre ladite couronne 37 pour produire la rotation sur elles-mêmes , et en sens inverser des tiges filetées 30 et 31 pendant le mouvement de rotation des tiges autour de l'axe.
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On conçoit d'ailleurs que tout autre dispositif de commande de l'excentration pourrait être réalisé sans pour cela sortir du cadre de l'invention.