<Desc/Clms Page number 1>
POMPE A PISTONS SPHERIQUES, EN PARTICULIER DESTINEE A SERVIR DE TRANSMISSION HYDRAULIQUE A CHANGEMENT DE VITESSE ET DE SENS REVERSIBLE D'UNE MANIERE
CONTINUE.
Dans les pompes sphériques ou à sphère connues de type récent, l'arbre moteur et le faux arbre sont tous deux relies rigidement chacun à un piston à double effet, les pistons étant décalésde 90 l'un par rapport à l'autre.
Ces pompes sphériques n'ont que 4 chambres de piston. La sphère même est mise en rotation, lors de la rotation de l'arbre moteur, par le piston, agissant comme organe d'entraînement, de l'arbre moteur et elle est commandée par le piston du faux arbre de telle manière que la sphère exécute un mouvement oscillant par lequel les chambres de piston sont alternativement ouvertes et fermées. Ceci déclenche le pompage. La sphère même n'est reliée rigidement à aucun des deux arbres, mais repose librement dans l'enveloppe ou corps de la pompe et n'est commandée à l'intérieur du coussinet sphérique que par l'entremise des pistons.
La sphère de ces pompes est,'pour cette raison, désignée aussi sous le nom de piston sphérique parce,qu'elle déclen- che le pompage, tandis que les pistons mêmes n'exécutent qu'un mouvement de rotation avec leurs arbres auxquels ils sont fixés.
Les pompes sphériques introduites dans la pratique, que l'on réalise aussi réversibles, servent au pompage de liquides visqueux. Tous les efforts faits pour employer la pompe sphérique aussi pour les transmissions hydrauliques ou à liquide ont échoué jusqu'à présent. Au cours des essais approfondis avec les pompes sphériques du type actuel, on a constaté, entre autres, les défauts décisifs suivants :
1) Déjà pour une faible pression de régime, la sphère est chassée contre l'enveloppe par la pression du liquide, ce qui provoque d'im-
<Desc/Clms Page number 2>
portantes pertes par frottement, lesquelles, aux hautes pressions nécessaires pour les transmissions hydrauliques, diminuent tellement le rendement de la pompe que son emploi pour les transmissions hydrauliques ne serait plus éco- nomique.
2) Par suite du fort frottement de la sphère contre l'enveloppe, la pompe et, partant, le liquide à pomper s'échauffent d'une manière inadmis- sible.
3) Aux nombres élevés de tours qui sont courants dans les moteurs ordinaires, les défauts précités sont encore renforcés par les grandes for- ces centrifuges, car celles-ci pressent la sphère, librement mobile, plus fortement contre l'enveloppe et augmentent encore le frottement consommateur de puissance.
4) Par suite du petit nombre des pistons des pompes sphériques connues, il n'y a jamais, dans la position de point mort, qu'une seule cham- bre de piston active du côté de l'aspiration et du côté du refoulement, de sorte que le couple de rotation et le courant de liquide deviennent tous les deux trop irréguliers. Toutefois, on a constaté en outre que les inconvénients précités sont dus à la construction même de la pompe sphérique et ne peuvent pas être supprimés dans l'état de leur développement technique actuel.
L'exigence constamment formulée depuis 30 ans dans la pratique : montage fixe de la.sphère sur arbre moteur traversant ou continu et dispari- tion du faux arbre est désormais satisfaite par la présente invention.
Celle-ci correspond à une construction fondamentalement modifiée de la pompe sphérique et de presque toutes ses parties. On obtient ainsi un progrès décisif dans le développement et l'application de la pompe sphé- rique ou à sphère.
Les avantages essentiels qui en résultent sont : a) Il n'y a plus qu'un seul arbre moteur robuste traversant la sphère, qui est relié rigidement à celle-ci et est tourillonné des deux côtés dans l'en- veloppe ou corps de la pompe. Grâce à cela et à la disposition d'organes de commande ou de distribution spéciaux pour les pistons, le faux arbre peut disparaître. La pression du liquide est maintenant transmise de la sphère directement à l'arbre moteur et de cet arbre à ses paliers des deux côtés.
Le mouvement oscillant défavorable de la sphère provoqué dans les pompes sphériques de construction connue est maintenant supprimé, de sorte que cette sphère n'exécute plus,' dans la présente invention, que des mouvements de rotation pure. b) L'effet nuisible des forces centrifuges est supprimé par l'arbre moteur continu ou'traversant, parce que la sphère ne peut plus être préssée contre l'enveloppe et que, par conséquent, il ne peut plus non plus se produire de frottement entre sphère et enveloppe.
Cependant, en outre les forces centrifuges agissant sur les 5 pistons de pompe prévus sont absorbées grâce à des mesures convenables, de sorte qu'ici non plus du frottement ne peut pas se produire'contre l'envelop- pe. Un échauffement inadmissible du liquide à pomper est de la sorte évité. c) Dans la présente forme de réalisation, plusieurs pistons à simple effet peuvent être disposés en cercle, ce qui rend le couple moteur et le courant de liquide de la pompe tous deux beaucoup plus réguliers d) Le pompage est transféré dans la moitié de la sphère opposée au côté moteur, tandis que les organes de distribution sont logés dans l'autre moitié.
Ceci permet une construction..particulièrement compacte de la pompe. e) Une partie ou pièce de réglage permet un réglage de débit et un change- ment de sens du courant de liquide sans modification du sens de rotation et du nombre de tours du moteur. Le haut rendement de la pompe selon l'in- vention, auquel les avantages précités permettent de s'attendre, rendra dé- sormais possible aussi son emploi comme partie primaire et partie secon-
<Desc/Clms Page number 3>
d'une transmission.
Un exemple de réalisation de la pompe comme transmission primai- re est illustré par les dessins ci-annexés, dont la figure 1 est une coupe verticale de la machine suivant la li- gne A-B de la figure 2 lorsque la commande est réglée sur la puissance maxi- mum; la figure 2, une coupe horizontale de la figure 1 suivant la ligne C-D de la figure 1 ou Cl - D de la figure 3, mais dans la position de la partie ou pièce de réglage correspondant à la marche à vide ; la figure 3, une vue de :la sphère (pièce 1) et des pistons (pièces 2 à 6) et de l'arbre moteur (pièce 7), à partir de "D" ou de "B"; la figure 4, une coupe partielle de la figure 2 suivant E-F ; la figure 5, une vue de dessus de l'articulation; la figure 6, une vue de dessus de l'organe d'entraînement 11a et du piston 2.
Les parties ou pièces 1 à 7 et 10 à 12 de la pompe restent, dans tous les mouvements, à la même distance du centre de la sphère.
La pompe est actionnée par l'arbre moteur traversant 7 accouplé- des deux côtés dans l'enveloppe 14 ou 20 et 21.
Le corps sphérique 1 est rigidement fixé à l'arbre moteur 7.
Lorsque l'arbre 7 est mis en mouvement de rotation. il y a entraînement simultané de la pièce 1 et des pistons '2 à 6, qui, à leur tour., par l'entre- mise de l'organe d'entraînement 11a, mettent les pièces Il,8,9, 10 et 15 en mouvement de rotation autour d'un axe incliné d'un angle [alpha] sur l'arbre 7.
De ce fait;, les chambres de la pompe sont successivement ouvertes et fermées, ce qui déclenche le pompage.
Comme cela est représenté aux figures-! 1 et 3, la chambre de pis- ton en 2 est complètement ouverte et remplie après l'aspiration. Pendant la suite de la rotation de la sphère 1 par l'entremise de la position des pistons 6 et 5, la chambre de piston est peu à peu complètement fermée jusqu'à la rotation de 1800 et par conséquent vidée. Lorsque, en tournant, la sphère revient dans sa position de départ, il se produit de nouveau l'aspiration pro- gressive du liquide jusqu'à complet remplis-sage de la chambra.
Selon le sens de marche et la position- de la pièce- 12, c'est un des côtés de lasphè- requiestlé coté du refoulement et l'autre le côté de l'aspiration ou vice versa.
Dans la marche à vide, l'axe O-P coîncide avec l'axe de L'arbre. La position de l'axe 0-P est réglée par la pièce de réglage 13 par l'entremise de la pièce 12 en forme de segment de cylindre.
La pièce 12 est supportée librement en 16 et est engagée en 17 dans l'anneau 11, de sorte que son mouvement de rotation autour de l'axe 0-P est permis desmodromiquement.
Au lieu du palier à glissement 17, on peut aussi incorporer ici un roulement à billes. Pour empêcher que les pièces 12 et 11 ne se soulèvent de leurs paliers en 16 et 17, l'anneau 11 est encore supporté librement en 18 sur la moitié réduite de la sphère la
Pour permettre le changement du sens du marche, il est prévu dans l'anneau 11 un alésage conique 22 et dans la pièce 12 une fente 23, afin de pouvoir faire passer l'arbre 7 sans obstacle à travers les pièces 11 et 12.
La figure 3 représente la sphère 1 avec 5 'échancrures rectangu- laires dans lesquels sont montés les pistons 2 à 6. Les lignes d'intersection des 5 plans médians de ces échancrures coïncident avec l'axe de l'arbre.
Le mouvement des pistons se fait suivant des méridiens de la sphè- re. Toutefois, même une imprécision de l'usinage, c'est-à-dire lorsque les pistons 2 à 6 s'écartent faiblement des méridiens, n'a pas d'effet nuisible
<Desc/Clms Page number 4>
pour le pompage, pour-autant que les échancrures de la sphère restent chacun dans un plan.
Pendant la rotation de la sphère 1, la distance entre les extré- mités des pistons 2 à 6 et l'axe de l'arbre 7 change chaque fois. En même temps, la distance entre ces extrémités changge aussi dans la direction péri- phérique. En même temps, comme cela est représenté en trait interrompu à la figure 5, il est provoqué une rotation des pièces 10, 11 et 15 d'une ampli- tude égale, au maximum, à l'angle$ , selon la position des pistons 2 à 6 par rapport à l'anneau 11. Ces mouvement sont rendus possibles par l'arti- culation, se composant du cylindre 8, monté transversalement dans la pièce cylindrique 9, et de l'anneau 10 engagé de manière également mobile dans ce cylindre 8. Les pièces 8 et 9 peuvent aussi être remplacées par un joint à boulet.
L'anneau 10 présente 5 échancrures pour les organes d'entraînement lla. Les pièces 15 transmettent chaque fois la pression déclenchée par l'an- neau 11 aux pistons 2 à 6 (pression des pistons), tandis que la pièce 10 fixe l'espacement des pistons 2 à 6 par rapport à l'anneau 11, mais tout en per- mettant la variation de l'espacement mutuel des pistons.
L'articulation compense en outre les imprécisions éventuelles produites lors de la fabrication des pièces de la pompe, de sorte que des coincements consommateurs de force et des efforts non uniformes exercées sur les parties de la pompe sont évités.
Les organes d'entraînement 11a sont supportés en 19 de façon mo- bile, sans une prétension,par les pistons 2 à 6-. La distance a, indiquée à la figure 6, entre l'organe d'entraînement lla et le piston 2, dépend de l'espacement mutuel des pistons 2-6 variant pendant la rotation de la sphè- re 1, de sorte que pendant cette rotation les organes d'entraînement n'en- trent pas en action tous en même temps. L'organe d'entraînement lla qui, sous une prétension, exerce en 19 une pression sur les pistons 2 à 6, empê- che ainsi l'effet nuisible de la force centrifuge sur les pistons 2 à 6 et leur soulèvement ou'écartement de la sphère 1 et par conséquent aussi le frot- tement des pistons 2 à 6 contre la paroi de l'enveloppe 14. La pompe fonc- tionne sans soupape.
Lorsqu'on l'emploie comme transmission hydraulique, les pièces de réglage 13 et 12 peuvent disparaître et l'anneau 11 peut être supporté, en 17, dans l'enveloppe 14, car, par exemple, dans le mécanisme de changement de vitesse et de changement de marche d'un navire, le réglage de la vitesse et du sens de rotation de l'hélice du navire est effectué par la manivelle 13 dans la partie primaire du mécanisme.
Pour les tours, les véhicules à moteur et les automotrices, il en est de même mutatis mutandis.
REVENDICATIONS.
-----------------------------
1. Pompe à pistons sphériques, caractérisée en ce qu'elle comprend un arbre moteur (7) traversant la sphère (1) en passant par le centre de celle- ci et relié rigidement à cette sphère, ledit arbre étant supporté des deux côtés (en 20 et en 21) dans l'enveloppe ou corps (14) de la pompe, en ce que les pistons sphériques (2 à 6) se déplacent suivant des méridiens de la sphè- re (1) et en ce que les plans médians d'échancrures de la sphère dans les- quelles ces pistons sont guidés coïncident avec l'ace de l'arbre moteur (7).
<Desc / Clms Page number 1>
SPHERICAL PISTON PUMP, IN PARTICULAR INTENDED TO BE USED AS A HYDRAULIC TRANSMISSION WITH A REVERSIBLE SPEED AND DIRECTION CHANGE
KEEP ON GOING.
In the known spherical or ball pumps of recent type, the drive shaft and the false shaft are both rigidly connected to a double-acting piston, the pistons being offset by 90 with respect to one another.
These spherical pumps only have 4 piston chambers. The sphere itself is set in rotation, during the rotation of the motor shaft, by the piston, acting as a drive member, of the motor shaft and it is controlled by the piston of the dummy shaft in such a way that the sphere performs an oscillating movement whereby the piston chambers are alternately opened and closed. This initiates the pumping. The sphere itself is not rigidly connected to either of the two shafts, but rests freely in the casing or body of the pump and is only controlled inside the spherical bearing by means of the pistons.
The sphere of these pumps is, for this reason, also designated under the name of spherical piston because it initiates the pumping, while the pistons themselves execute only a rotational movement with their shafts at which they are fixed.
The spherical pumps introduced in practice, which are also made reversible, are used for pumping viscous liquids. All efforts to use the ball pump also for hydraulic or liquid transmissions have so far failed. During extensive tests with the ball pumps of the current type, the following decisive faults, among others, were found:
1) Already at a low operating pressure, the sphere is forced against the envelope by the pressure of the liquid, which causes an im-
<Desc / Clms Page number 2>
heavy friction losses which, at the high pressures required for hydraulic transmissions, reduce the efficiency of the pump so much that its use for hydraulic transmissions would no longer be economical.
2) Due to the strong friction of the sphere against the casing, the pump and therefore the liquid to be pumped heat up in an inadmissible manner.
3) At the high numbers of revolutions which are common in ordinary motors, the aforementioned faults are further reinforced by large centrifugal forces, because these press the freely movable sphere more strongly against the casing and further increase the friction power consumer.
4) Due to the small number of pistons in known ball pumps, there is never, in the neutral position, only one active piston chamber on the suction side and on the discharge side, so that both the torque and the liquid flow become too irregular. However, it has also been found that the aforementioned drawbacks are due to the actual construction of the spherical pump and cannot be eliminated in the state of their current technical development.
The requirement constantly formulated for 30 years in practice: fixed mounting of the sphere on a through or continuous motor shaft and disappearance of the dummy shaft is now satisfied by the present invention.
This corresponds to a fundamentally modified construction of the spherical pump and almost all of its parts. A decisive advance is thus obtained in the development and application of the spherical or sphere pump.
The essential advantages which result from this are: a) There is only one strong motor shaft passing through the sphere, which is rigidly connected to it and is journaled on both sides in the casing or body of the ball. the pump. Thanks to this and the provision of special control or distribution members for the pistons, the dummy shaft can disappear. The liquid pressure is now transmitted from the sphere directly to the motor shaft and from this shaft to its bearings on both sides.
The unfavorable oscillating movement of the sphere caused in spherical pumps of known construction is now suppressed, so that this sphere only performs, in the present invention, only pure rotational movements. b) The detrimental effect of centrifugal forces is suppressed by the continuous or thru motor shaft, because the sphere can no longer be pressed against the casing and, therefore, no friction can occur either. between sphere and envelope.
However, furthermore the centrifugal forces acting on the intended pump pistons are absorbed by suitable measures, so that here too friction cannot occur against the casing. In this way, inadmissible heating of the liquid to be pumped is avoided. c) In the present embodiment, several single-acting pistons can be arranged in a circle, which makes the driving torque and the liquid flow of the pump both much more regular d) The pumping is transferred in half of the sphere opposite to the motor side, while the distribution members are housed in the other half.
This enables a particularly compact construction of the pump. e) An adjustment part or piece allows flow rate adjustment and change of direction of the liquid flow without modifying the direction of rotation and the number of revolutions of the motor. The high efficiency of the pump according to the invention, which can be expected from the aforementioned advantages, will henceforth also make it possible to use it as a primary part and as a secondary part.
<Desc / Clms Page number 3>
of a transmission.
An exemplary embodiment of the pump as the primary transmission is illustrated by the accompanying drawings, of which Figure 1 is a vertical section of the machine along line AB of Figure 2 when the control is set to power. maximum; Figure 2, a horizontal section of Figure 1 along the line C-D of Figure 1 or Cl - D of Figure 3, but in the position of the part or adjustment part corresponding to the idling; FIG. 3, a view of: the sphere (part 1) and the pistons (parts 2 to 6) and of the motor shaft (part 7), from "D" or "B"; FIG. 4, a partial section of FIG. 2 along E-F; FIG. 5, a top view of the joint; FIG. 6, a top view of the drive member 11a and of the piston 2.
Parts or parts 1 to 7 and 10 to 12 of the pump remain, in all movements, at the same distance from the center of the sphere.
The pump is actuated by the through motor shaft 7 coupled on both sides in the casing 14 or 20 and 21.
The spherical body 1 is rigidly fixed to the motor shaft 7.
When the shaft 7 is set in a rotational movement. there is simultaneous drive of the part 1 and the pistons' 2 to 6, which, in their turn., through the input of the drive member 11a, put the parts II, 8, 9, 10 and 15 rotating around an axis inclined at an angle [alpha] on the shaft 7.
Therefore ;, the pump chambers are successively opened and closed, which initiates pumping.
As shown in figures-! 1 and 3, the piston chamber at 2 is fully open and filled after aspiration. During the further rotation of the sphere 1 through the position of the pistons 6 and 5, the piston chamber is gradually completely closed up to the rotation of 1800 and consequently emptied. When, while rotating, the sphere returns to its starting position, the gradual aspiration of the liquid takes place again until the chamber is completely filled.
Depending on the direction of travel and the position of the part 12, it is one of the sides of the sphere required on the discharge side and the other the suction side or vice versa.
In idling, the O-P axis coincides with the axis of the shaft. The position of the 0-P axis is adjusted by the adjusting part 13 through the part 12 in the form of a cylinder segment.
The part 12 is freely supported at 16 and is engaged at 17 in the ring 11, so that its rotational movement around the axis 0-P is allowed desmodromically.
Instead of the sliding bearing 17, a ball bearing can also be incorporated here. To prevent the parts 12 and 11 from rising from their bearings at 16 and 17, the ring 11 is still freely supported at 18 on the reduced half of the sphere.
To enable the direction of travel to be changed, there is provided in the ring 11 a conical bore 22 and in the part 12 a slot 23, in order to be able to pass the shaft 7 without obstacle through the parts 11 and 12.
Figure 3 shows the sphere 1 with 5 rectangular notches in which the pistons 2 to 6 are mounted. The lines of intersection of the 5 median planes of these notches coincide with the axis of the shaft.
The movement of the pistons follows the meridians of the sphere. However, even imprecision of the machining, that is, when the pistons 2 to 6 deviate slightly from the meridians, has no detrimental effect.
<Desc / Clms Page number 4>
for pumping, provided that the notches of the sphere each remain in a plane.
During the rotation of the sphere 1, the distance between the ends of the pistons 2 to 6 and the axis of the shaft 7 changes each time. At the same time, the distance between these ends also changes in the peripheral direction. At the same time, as shown in broken lines in FIG. 5, the parts 10, 11 and 15 are caused to rotate with an amplitude equal, at most, to the angle $, depending on the position of the pistons. 2 to 6 with respect to the ring 11. These movements are made possible by the articulation, consisting of the cylinder 8, mounted transversely in the cylindrical part 9, and of the ring 10 also movably engaged in this. cylinder 8. Parts 8 and 9 can also be replaced by a ball joint.
The ring 10 has 5 notches for the drive members 11a. The parts 15 each time transmit the pressure triggered by the ring 11 to the pistons 2 to 6 (piston pressure), while the part 10 fixes the spacing of the pistons 2 to 6 with respect to the ring 11, but while allowing variation in the mutual spacing of the pistons.
The articulation further compensates for any inaccuracies produced during the manufacture of the pump parts, so that force-consuming jams and non-uniform forces exerted on the pump parts are avoided.
The drive members 11a are supported at 19 in a movable manner, without pretension, by the pistons 2 to 6-. The distance a, shown in figure 6, between the drive member 11a and the piston 2, depends on the mutual spacing of the pistons 2-6 varying during the rotation of the sphere 1, so that during this rotation the drive units do not all come into action at the same time. The drive member 11a which, under pretension, exerts pressure on the pistons 2 to 6 at 19, thus prevents the deleterious effect of the centrifugal force on the pistons 2 to 6 and their lifting or separation from them. the sphere 1 and therefore also the friction of the pistons 2 to 6 against the wall of the casing 14. The pump operates without a valve.
When used as a hydraulic transmission, the adjusting parts 13 and 12 can disappear and the ring 11 can be supported, at 17, in the casing 14, because, for example, in the gear change mechanism and gear change of a ship, the speed and direction of rotation of the propeller of the ship is adjusted by the crank 13 in the primary part of the mechanism.
The same applies mutatis mutandis to lathes, motor vehicles and railcars.
CLAIMS.
-----------------------------
1. Spherical piston pump, characterized in that it comprises a motor shaft (7) passing through the sphere (1) passing through the center thereof and rigidly connected to this sphere, said shaft being supported on both sides ( at 20 and 21) in the casing or body (14) of the pump, in that the spherical pistons (2 to 6) move along meridians of the sphere (1) and in that the median planes notches in the sphere in which these pistons are guided coincide with the ace of the motor shaft (7).