EP1055070A1 - Pompe a vide a faible bruit et rendement eleve - Google Patents

Pompe a vide a faible bruit et rendement eleve

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EP1055070A1
EP1055070A1 EP99902628A EP99902628A EP1055070A1 EP 1055070 A1 EP1055070 A1 EP 1055070A1 EP 99902628 A EP99902628 A EP 99902628A EP 99902628 A EP99902628 A EP 99902628A EP 1055070 A1 EP1055070 A1 EP 1055070A1
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cam
vacuum pump
pistons
main axis
movements
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Jean-Pierre Boisseau
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Bosch Systemes de Freinage SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B37/10—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/02—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders arranged oppositely relative to main shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/04—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B27/0404—Details, component parts specially adapted for such pumps
    • F04B27/0414—Cams

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum pump comprising first and second cylinders of the same diameter in which respective first and second pistons, each of which is driven by an eccentric, delimit respective first and second volumes, each cylinder being provided with an inlet with a suction check valve and an outlet with a discharge check valve.
  • Vacuum pumps of this type which were used in industry before the generalization of rotary pumps, have the advantage of being able to constitute dry pumps, requiring no lubrication.
  • these pumps are conventionally designed in such a way that the pistons work in phase opposition, that is to say that the instantaneous sum of the volumes defined by the pistons in the cylinders remains approximately constant.
  • the invention is situated in this context and aims to propose a vacuum pump which generates less vibration than known pumps and which nevertheless has higher efficiency.
  • the vacuum pump of the invention is essentially characterized in that the cylinders are aligned with each other and arranged symmetrically with respect to a main axis, in that the pistons are simultaneously driven by respective suction movements, symmetrical with respect to the main axis, and for which the first and second volumes increase, and by respective discharge movements, symmetrical with respect to the main axis, and for which the first and second volumes decrease, and in that the suction and discharge movements have first and second respective durations, the first of which is greater than the second.
  • each eccentric is produced in the form of a guide on the same cam having a uniform rotational movement around the main axis and accepting this main axis as an axis of symmetry of an even order, that the suction movements of the pistons result from a rotation of first angular amplitude of the cam, that the delivery movements of the pistons result from a rotation of second angular amplitude of the cam, and that the first angular amplitude is greater than the second angular amplitude.
  • the cam can be conformed to a closed curve of axial symmetry of order 2, having a radial dimension of minimum length and a radial dimension of maximum length making between them angles different from 90 degrees.
  • angles formed between the radial dimensions of minimum and maximum length of the cam have a minimum value at least equal to 70 degrees and a maximum value at most equal to 110 degrees.
  • the cam can have a shape derived from an ellipse by anamorphosis or, on the contrary, have, parallel to its radial dimension of minimum length, an intermediate width greater than the radial dimension of minimum length and less than the radial dimension of maximum length.
  • FIG. 1 is a schematic view of a vacuum pump according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a first cam usable in a vacuum pump according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic view of a second cam usable in a vacuum pump according to the invention.
  • the vacuum pump of the invention comprises, in a known manner, first and second cylinders 1 and 2, of the same diameter D, in which respective first and second pistons 3 and 4 slide in sealed manner.
  • Each cylinder 1, 2 is provided with an inlet 11, 21 on which a suction non-return valve 13, 23 is installed and with an outlet 12, 22 on which is installed a discharge non-return valve 14, 24.
  • the inputs 11, 21 are connected to an enclosure 6 that the pump must empty of its gas, and the outputs 12, 22 discharge for example into the atmosphere.
  • the first and second pistons 3, 4 are driven by respective eccentrics 51, 52, and delimit respective first and second volumes NI, N2 in cylinders 1 and 2.
  • the cylinders 1, 2 are aligned with each other and are arranged symmetrically with respect to a main axis X, which is perpendicular to the plane of the figures.
  • Each of the pistons 3, 4 is alternately driven by a suction movement such as MAI and MA2, for which the first and second volumes NI, N2 increase, and by a discharge movement such as MR1 and MR2, for which the first and second volumes NI, N2 decrease.
  • suction and delivery movements MAI, MA2 and MR1, MR2 have respective first and second durations different tl, t2, each suction movement MAI, MA2 having a duration tl greater than the duration t2 of each movement discharge MRl and MR2.
  • each eccentric 51, 52 is produced in the form of a guide on the same cam 5, which is driven in a uniform rotational movement around the main axis X.
  • each piston 3, 4 can, for example, be obtained by pressing on the profile of the cam 5 a roller such as 31, 41 secured to this piston in translation, by means of springs such as 7 and 8 working either compression, or in tension as is the case for the embodiment illustrated in FIG. 1.
  • Cam 5 which rotates around the X axis, also accepts this axis as an axis of even order symmetry, i.e. the profile of this cam is invariant for a rotation of 2 x PI N radians around the X axis, N being an even integer.
  • the suction movements MAI, MA2 of the pistons 3, 4 result from a rotation of first angular amplitude Al of the cam 5, while the delivery movements MR1, MR2 of the pistons 3 , 4 result from a rotation of second angular amplitude A2 of the cam 5, the first angular amplitude A1 being greater than the second angular amplitude A2.
  • the cam 5 which in this case is shaped in a closed curve of axial symmetry of order 2, has a radial dimension of minimum length L1 and a radial dimension of length maximum L2 making between them angles Al, A2 different from 90 degrees.
  • the cam 5 is completely covered by a circle centered on the axis X and of diameter L2, and completely covers a circle centered on the axis X and of diameter Ll, the tangents Tl and T2 or Tl 'and T2' to these circles, which are also tangents to the cam, making between them complementary angles A1 and A2, the first of which, Al, is greater than the second,
  • the angle Al is at most equal to 110 degrees, the angle A2 therefore being at least equal to 70 degrees.
  • the cam 5 can, as shown in FIG. 3, have a shape obtained by anamorphosis of an ellipse. However, it may be preferable, to reduce the accelerations transmitted to the pistons 3 and 4, to use a cam as illustrated in FIG. 2, and which has, parallel to its radial dimension of minimum length L1, an intermediate width L3 greater than the radial dimension of minimum length L1 and less than the radial dimension of maximum length L2.

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Abstract

L'invention concerne une pompe à vide qui comprend deux cylindres (1, 2) dans lesquels des pistons respectifs (3, 4) délimitent des volumes respectifs (V1, V2) qui croissent pendant la phase d'aspiration et décroissent pendant la phase de refoulement. Selon l'invention, les cylindres (1, 2) sont alignés l'un avec l'autre, symétriquement par rapport à un axe principal (X), et les pistons (3, 4) sont entraînés, par exemple par une came (5), de manière que la phase d'aspiration, qui correspond à une rotation d'angle (A1) de la came, dure plus longtemps que la phase de refoulement, qui correspond à une rotation d'angle (A2) de la came.

Description

POMPE A VIDE A FAIBLE BRUIT ET RENDEMENT ELEVE
La présente invention concerne une pompe à vide comprenant des premier et second cylindres de même diamètre dans lesquels des premier et second pistons respectifs, dont chacun est mû par un excentrique, délimitent des premier et second volumes respectifs, chaque cylindre étant muni d'une entrée dotée d'un clapet anti-retour d'aspiration et d'une sortie dotée d'un clapet anti-retour de refoulement.
Les pompes à vide de ce type, qui ont été logement utilisées dans l'industrie avant la généralisation des pompes rotatives, présentent l'avantage de pouvoir constituer des pompes sèches, ne requérant aucune lubrification.
En revanche, ces pompes sont classiquement conçues de façon telle que les pistons travaillent en opposition de phase, c'est-à-dire que la somme instantanée des volumes définis par les pistons dans les cylindres reste à peu près constante.
Or, non seulement ce mode de fonctionnement fait apparaître des vibrations indésirables, dues aux masses alternatives en mouvement, difficiles à équilibrer, mais il gêne en outre l'utilisation d'excentriques optimisés, qui augmenteraient les difficultés d'équilibrage.
L'invention se situe dans ce contexte et a pour but de proposer une pompe à vide moins génératrice de vibrations que les pompes connues et présentant néanmoins un rendement supérieur.
A cette fin, la pompe à vide de l'invention, par ailleurs conforme au préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que les cylindres sont alignés l'un avec l'autre et disposés symétriquement par rapport à un axe principal, en ce que les pistons sont simultanément animés de mouvements d'aspiration respectifs, symétriques par rapport à l'axe principal, et pour lesquels les premier et second volumes croissent, et de mouvements de refoulement respectifs, symétriques par rapport à l'axe principal, et pour lesquels les premier et second volumes décroissent, et en ce que les mouvements d'aspiration et de refoulement ont des première et seconde durées respectives dont la première est supérieure à la seconde.
Ces caractéristiques, qui optimisent le processus d'aspiration sans déséquilibrer les charges en mouvement, permettent d'améliorer le rendement de la pompe sans apparition de vibrations gênantes.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, il est possible de prévoir que chaque excentrique soit réalisé sous forme d'un guidage sur une même came animée d'un mouvement de rotation uniforme autour de l'axe principal et acceptant cet axe principal comme axe de symétrie d'ordre pair, que les mouvements d'aspiration des pistons résultent d'une rotation de première amplitude angulaire de la came, que les mouvements de refoulement des pistons résultent d'une rotation de seconde amplitude angulaire de la came, et que la première amplitude angulaire soit supérieure à la seconde amplitude angulaire. Par exemple, la came peut être conformée en une courbe fermée de symétrie axiale d'ordre 2, présentant une dimension radiale de longueur minimale et une dimension radiale de longueur maximale faisant entre elles des angles différents de 90 degrés.
Dans ce cas, il est préférable que les angles formés entre les dimensions radiales de longueurs minimale et maximale de la came aient une valeur minimale au moins égale à 70 degrés et une valeur maximale au plus égale à 110 degrés.
La came peut avoir une forme dérivée d'une ellipse par anamorphose ou au contraire présenter, parallèlement à sa dimension radiale de longueur minimale, une largeur intermédiaire supérieure à la dimension radiale de longueur minimale et inférieure à la dimension radiale de longueur maximale.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la Figure 1 est une vue schématique d'une pompe à vide selon l'invention;
- la Figure 2 est une vue schématique d'une première came utilisable dans une pompe à vide selon l'invention; et
- la Figure 3 est une vue schématique d'une seconde came utilisable dans une pompe à vide selon l'invention.
La pompe à vide de l'invention comprend, de façon connue, des premier et second cylindres 1 et 2, de même diamètre D, dans lesquels des premier et second pistons respectifs 3 et 4 coulissent de façon étanche.
Chaque cylindre 1, 2 est muni d'une entrée 11, 21 sur laquelle est installé un clapet anti-retour d'aspiration 13, 23 et d'une sortie 12, 22 sur laquelle est installé un clapet anti-retour de refoulement 14, 24.
Les entrées 11, 21 sont reliées à une enceinte 6 que la pompe doit vider de son gaz, et les sorties 12, 22 refoulent par exemple dans l'atmosphère.
Les premier et second pistons 3, 4 sont mus par des excentriques respectifs 51, 52, et délimitent des premier et second volumes respectifs NI, N2 dans les cylindres 1 et 2.
Selon l'invention, les cylindres 1, 2 sont alignés l'un avec l'autre et sont disposés symétriquement par rapport à un axe principal X, lequel est perpendiculaire au plan des figures.
Chacun des pistons 3, 4 est alternativement animé d'un mouvement d'aspiration tel que MAI et MA2, pour lequel les premier et second volumes NI, N2 croissent, et d'un mouvement de refoulement tel que MR1 et MR2, pour lequel les premier et second volumes NI, N2 décroissent.
- 2 Cependant, les mouvements d'aspiration respectifs MAI, MA2 des premier et second pistons 3 et 4 se produisent de façon à la fois simultanée pour ces deux pistons 3, 4, et symétrique par rapport à l'axe principal X.
De même, les mouvements de refoulement respectifs MRl, MR2 des premier et second pistons 3 et 4 se produisent de façon à la fois simultanée pour ces deux pistons 3, 4, et symétrique par rapport à l'axe principal X.
En outre, les mouvements d'aspiration et de refoulement MAI, MA2 et MRl, MR2 ont des première et seconde durées respectives différentes tl, t2, chaque mouvement d'aspiration MAI, MA2 ayant une durée tl supérieure à la durée t2 de chaque mouvement de refoulement MRl et MR2.
Dans le mode de réalisation préféré illustré à la figure 1, chaque excentrique 51, 52 est réalisé sous forme d'un guidage sur une même came 5, qui est animée d'un mouvement de rotation uniforme autour de l'axe principal X.
Le guidage de chaque piston 3, 4 peut, par exemple, être obtenu en appuyant sur le profil de la came 5 un galet tel que 31, 41 solidaire de ce piston en translation, au moyen de ressorts tels que 7 et 8 travaillant soit en compression, soit en traction comme c'est la cas pour le mode de réalisation illustré à la figure 1.
La came 5, qui tourne autour de l'axe X, accepte également cet axe comme axe de symétrie d'ordre pair, c'est-à-dire que le profil de cette came est invariant pour une rotation de 2 x PI N radians autour de l'axe X, N étant un nombre entier pair.
Plus précisément, dans le mode de réalisation illustré, les mouvements d'aspiration MAI, MA2 des pistons 3, 4 résultent d'une rotation de première amplitude angulaire Al de la came 5, alors que les mouvements de refoulement MRl, MR2 des pistons 3, 4 résultent d'une rotation de seconde amplitude angulaire A2 de la came 5, la première amplitude angulaire Al étant supérieure à la seconde amplitude angulaire A2.
Pour ce faire, comme le montrent les figures 2 et 3, la came 5, qui est en l'occurrence conformée en une courbe fermée de symétrie axiale d'ordre 2, présente une dimension radiale de longueur minimale Ll et une dimension radiale de longueur maximale L2 faisant entre elles des angles Al, A2 différents de 90 degrés.
Autrement dit, la came 5 est totalement recouverte par un cercle centré sur l'axe X et de diamètre L2, et recouvre totalement un cercle centré sur l'axe X et de diamètre Ll, les tangentes Tl et T2 ou Tl' et T2' à ces cercles, qui sont aussi des tangentes à la came, faisant entre elles des angles Al et A2 complémentaires dont le premier, Al, est supérieur au second,
A2.
De préférence, l'angle Al est au plus égal à 110 degrés, l'angle A2 étant donc au moins égal à 70 degrés.
La came 5 peut, comme le montre la figure 3, présenter une forme obtenue par anamorphose d'une ellipse. Cependant, il peut être préférable, pour réduire les accélérations transmises aux pistons 3 et 4, d'utiliser une came telle qu'illustrée à la figure 2, et qui présente, parallèlement à sa dimension radiale de longueur minimale Ll, une largeur intermédiaire L3 supérieure à la dimension radiale de longueur minimale Ll et inférieure à la dimension radiale de longueur maximale L2.
- 4

Claims

REVENDICATIONS
1. Pompe à vide comprenant des premier et second cylindres (1, 2) de même diamètre (D) dans lesquels des premier et second pistons respectifs (3, 4), dont chacun est mû par un excentrique (51, 52), délimitent des premier et second volumes respectifs (VI, V2), chaque cylindre étant muni d'une entrée (11, 21) dotée d'un clapet anti-retour d'aspiration (13, 23) et d'une sortie (12, 22) dotée d'un clapet anti-retour de refoulement (14, 24), caractérisé en ce que les cylindres (1, 2) sont alignés l'un avec l'autre et disposés symétriquement par rapport à un axe principal (X), en ce que les pistons (3, 4) sont simultanément animés de mouvements d'aspiration respectifs (MAI, MA2), symétriques par rapport à l'axe principal (X), et pour lesquels les premier et second volumes (VI, V2) croissent, et de mouvements de refoulement respectifs (MRl, MR2), symétriques par rapport à l'axe principal (X), et pour lesquels les premier et second volumes (VI, V2) décroissent, et en ce que les mouvements d'aspiration et de refoulement (MAI, MA2, MRl, MR2) ont des première et seconde durées respectives (tl, t2) dont la première (tl) est supérieure à la seconde (t2).
2. Pompe à vide suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque excentrique (51, 52) est réalisé sous forme d'un guidage sur une même came (5) animée d'un mouvement de rotation uniforme autour de l'axe principal (X) et acceptant cet axe principal comme .axe de symétrie d'ordre pair, en ce que les mouvements d'aspiration (MAI, MA2) des pistons (3, 4) résultent d'une rotation de première amplitude angulaire (Al) de la came (5), en ce que les mouvements de refoulement (MRl, MR2) des pistons (3, 4) résultent d'une rotation de seconde amplitude angulaire (A2) de la came (5), et en ce que la première amplitude angulaire (Al) est supérieure à la seconde amplitude angulaire (A2).
3. Pompe à vide suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la came (5) est conformée en une courbe fermée de symétrie axiale d'ordre 2, présentant une dimension radiale de longueur minimale (Ll) et une dimension radiale de longueur maximale (L2) faisant entre elles des angles (Al, A2) différents de 90 degrés.
4. Pompe à vide suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les angles (Al, A2) formés entre les dimensions radiales de longueurs minimale et maximale (Ll, L2) de la came (5) ont une valeur minimale au moins égale à 70 degrés et une valeur maximale au plus égale à 110 degrés.
5. Pompe à vide suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la came (5) présente, parallèlement à sa dimension radiale de longueur minimale (Ll) une largeur intermédiaire (L3) supérieure à la dimension radiale de longueur minimale (Ll) et inférieure à la dimension radiale de longueur maximale (L2).
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