Brevet FR2138365A1 — publié le 19730105

La présente invention concerne les garnitures ou segments de p-Lston, et en particulier les éléments annulaires d'espacement et de déploiement agissant sur les segments racleurs d'un piston. Les éléments annulaires d'espacement et de déploiement agissant sur les segments racleurs de piston que, pour simplifier, on appellera ci-après extenseurs, sont généralement du type à expansion circulaire, c'est-à-dire présentent la forme d'un ressort à jarretière, comme décrit par exemple dans les brevets des Etats Unis d'Amérlque N 2 744 803 et N 2 830 861. Ces extenseurs peuvent être réalisés à partir de feuillards de fer ou d'acier, mais il est nécessaire d'enlever par découpage une grande partie du feuillard, la partie restante étant sertie, ondulée ou raccourcie longitudinalement d'une autre manière pour permettre de réaliser un élément annulaire capable de se déployer circulairement.Pour que ce type d'extenseur puisse exercer sur les segments qu'il supporte une force radiale de déploiement, il est nécessaire de le comprimer dans la gorge du piston, et cette contraction tend à faire chevaucher les extrémités fendues de l'élément, ce qui oblige à prévoir des pattes de butée ou éléments analogues pour empêcher ce chevauchement. En outre, ces extenseurs présentant la forme d'un cercle fendu n'ont pas la même résistance qu'un élément annulaire continu. La présente invention concerne un extenseur circulaire continu réalisé à partir d'une quantité minimale de feuillard et qui comporte des doigts élastiques indépendants, espacés à sa périphérie interne, faisant saillie parallèlement à l'axe du piston,audelà des surfaces de ltextenseur qui supportent les segments raA cleurs, et entrant en contact avec le bord interne de ces derniers pour exercer sur eux une force de déploiement. L'extenseur est fabriqué à partir d'un feuillard métallique continu enroulé et découpé en forme d'éléments annulaires fendus présentant les dimensions désirées, ces derniers étant ensuite trempés de manière à se refermer élastiquement en formant un élément annulaire continu dont les extrémité-s sont en butée et le diamètre inférieur à celui du piston auquel il est destiné.Comme ltextenseur test pas comprimé à sa circonférence en cours d'utilisation, ses extrémités ne présentent aucune tendance à se chevaucher, et il n'est pas nécessaire de prévoir les butées de forme spéciale jusqu'ici nécessairesà empg- cher ce chevauchement. I1 est donc possible de découper le feuillard destiné à former les extenseurs en longueurs correspondant à leur diamètre désiré sans gaspillage de matière. Les doigts élastiques indépendants situés à la périphérie interne de l'extenseur selon l'invention se trouvant à l'intérieur des surfaces annulaires continues supportant les segments racleurs, il n'est donc pas nécessaire de réduire la largeur de ces derniers contrairement à ce qui se passe lorsque les doigts sont situés à irextérieur par rapport à la périphérie interne de l'extenseur.Les extrémités des doigts sont coudées en forme de pattes qui poussent les segments pour les faire entrer en contact étanche avec la gorge du piston. Le support de ces segments racleurs est mieux assuré du fait que leur périphérie interne est en contact avec les doigts et qu' ils reposent sur des surfaces annulaires continues près de leur périphérie externe. L'extenseur selon l'invention ne comporte pas de rainures dégagées entre les surfaces de support, et les segments racleurs ne peuvent donc entrer en contact avec lui que sur ces surfaces. Les extenseurs selon l'invention peuvent avoir différentes formes, mais tous sont constitués d'un élément annulaire continu et fendu dont les extrémités butent l'une contre l'autre et à la périphérie interne duquel des doigts élastiques indépendants et espacés, faisant saillie parallèlement à l'axe du piston au-delà des surfaces qui supportent les segments racleurs, entrent en contact avec le bord interne de ces derniers. La présente invention concerne donc des éléments annulaires d'espacement et de déploiement, ou extenseurs,qui peuvent être fabriqués à partir de feuillards métalliques sans nécessiter le raccourcissement longitudinal de ces derniers, qui sont constitués d'un élément annulaire continu et fendu dont les extrémités sont en contact sans se chevaucher lorsque ltextenseur est installé dans la gorge d'un piston, et qui sont capables, sans avoir été au préalable comprimés à leur périphérie externe et grâce à des doigts élastiques indépendants et espacés le long de leur périphérie interne, d'agir sur le bord interne de segments racleurs pour les déployer vers l'extérieur et les faire entrer en contact étanche avec les parois d'une gorge de piston. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard de; de sinus annexés, et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusicurs formes de réaiisation de l'invention. Sur ces dessins la figure 1 est une vue en plan d'un ensemble de segment de piston selon l'invention, en écorché partiel,pour permettre de voir les éléments sous-jacents ; la figure 2 est une coupe partielle d'un piston et d'un cylindre, parallèlement à l'axe, et montre la gorge du piston garnie de l'ensemble de la figure 1 la figure 3 est une vue partielle en perspective d'une forme de réalisation de l'élément annulaire d'espacement et de déploiement ou extenseur selon l'invention la figure 4 est une élévation longitudinale de l'extenseur de la figure 3 ;; la figure 5 est une coupe transversale de l'extenseur selon la ligne V-V de la figure 4 la figure 6 est une vue partielle en plan d'une ébauche de feuillard métallique à partir de laquelle est formé l'extenseur des figures 3 à 5 la figure 7 est une vue en plan analogue à celle de la figure 1, mais représentant une variante de ltextenseur selon l'invention; la figure 8 est une coupe analogue à celle de la figure 2 et représente la gorge du piston garnie de l'ensemble de la figure 7 la figure 9 et une vue partielle en perspective de l'extenseur de l'ensemble des figures 7 et 8 ; la figure 10 est une coupe transversale de l'extenseur de la figure 9 ; et la figure 11 est une vue partielle en plan d'une ébauche de feuillard à partir de laquelle est formé l'extenseur des figures 7 à 10. -Les figures 1 et 2 représentent un ensemble complet 10 de segments racleurs de piston comportant un élément annulaire d'espacement et de déploiement ou extenseur 11 selon l'invention supportant et déployant deux segments racleurs fendus 12 et 13 en métal. Les extrémités 12a du segment 12 sont légèrement écartées l'une de l'autre, laissant entre elles un intervalle 14. De même, le segment fendu inférieur 13 comporte entre ses extrémités 13a un intervalle 15. En revanche, les extrémités lia de l'extenseur 11 butent l'une contre l'autre sans laisser d'intervalle entre elles de sorte que, en fonctionnement, l'extenseur forme un cercle continu. L'ensemble 10 de la figure 2 est supporté dans la gorge G d'un piston P monté dans le cylindre C d'un moteur. Au fond de la gorge G,des orifices H communiquent avec l'intérieur du piston pour permettre le passage de l'huile dans la gorge G. La figure 2 représente les segments râcleurs 12 et 13 supportés avec un certain espacement axial par l'extenseur 11 qui exerce une pression sur leur bord interne selon un angle tel que les segments sont latéralement en contact étanche avec les parois latérales de la gorge du piston et portent radialement vers l'extérieur contre le cylindre C de façon étanche. L'ensemble 10 forme ainsi ce qu'il est convenu d'appeler un ensemble de segmentsrcleursde piston laissant circuler l'huile librement dans la gorge du piston entre les segments râcleurs,mais ltempêchant de de passer entre le piston et le cylindre au-delà des segments râcleurs. Comme le montre mieux la figure 3, l'extenseur 11 comporte des bandes a-nnulaires continues supérieure 16 et inférieure 17 reliées par des branches 18 faisant corps avec elles, parallèles à l'axe du piston, espacées autour de la périphérie interne de l'extenseur, et comportant chacune une partie rectiligne 18a et des extrémités coudées 18b rejoignant vers l'extérieur les bords internes 16a et 17a des bandes 16 et 17. Ces dernières comportent des bords externes 16b et 17b situés radialement à une distance importante des bords internes. Les bandes 16 et 17 forment donc des surfaces supérieure et inférieure de largeur appréciable. Des doigts élastiques 19 et 20 font corps respectivement avec les bandes 16 et 17, et chacun d'eux est situé entre deux branches 18. Comme le montrent les figures 3 à 5, chaque doigt 19 part d'un bord 16a; comporte une extrémité 19b faisant saillie vers l'intérieur de la même distance que les extrémités 18b, se coude vers le bas de manière à former une partie principale 19a orientée vers l'extérieur et rejoignant presque le bord 17a, puis se termine par une patte 19e faisant saillie sous la bande 17 et coudée vers l'arrière pour constituer une butée 19d faisant par rapport à la verticale un angle compris de préférence entre 7 et 120. Les doigts 20 sont formés de la même manière que les doigts 19 et comportent des parties identiques 20b, 20a et 20c, mais au lieu de partir du bord 16a ils partent du bord 17a, et leurs pattes terminales 20c font saillie et forment butée vers le haut au-dessus de la bande 16. Des entretoises ou bras 21 et 22 faisant corps respectivement avec les bandes supérieure et inférieure 16 et 17 vers le périphérie externe de ces dernières rejoignent et portent respectivement contre les bandes opposées 17 et 16. Ces bras 21 et 22 sont égale ment espacés le long de la périphérie de l'extenseur et empêchent les segments râcleurs de pénétrer entre les bandes 16 et 17. Comme le montre la figure 2, les bords internes des segments 12 et 13 sont en contact avec les butées 20d et 19d des doigts 20 et 19 qui sont ainsi maintenus écartés de leur position représentée sur la figure 5 et exercent ainsi sur les segments 11 et 12 une force orientée vers l'extérieur et dont les deux composantes axia le et radiale font entrer la périphérie externe de ces segments en contact étanche avec le cylindre C. Les segments 12 et 13 sont supportés par les bandes 16 et 17 à proximité des bords externes de ces dernières et peuvent basculer librement sur leurs surfaces. I1 est important de préciser que, dans l'étant normal de ltex- tenseur 11, ses extrémités lla butent l'une contre l'autre. On peut faire glisser facilement l'extenseur sur le piston de façon qu'il s'engage dans la 'or[re C, et une foi; qu'il est installé dan, cette gorge avec ses extrémités en contact, son diamètre interne est plus grand que celui de la gorge, de sorte qu'il existe un intervalle entre la paroi arrière de cette dernière et la périphérie interne de l'extenseur, comme le montre la figure 2.Une fois installé dans la gorge, l'extenseur 11 n'est pas comprimé à sa circonférence et se ses extrémités lita n'ont donc aucune tendance à/chevaucher. I1 n'est donc pas nécessaire dc prévoir des pattes de butée pour cc, oxtré- OOflll(O comtllc dans le cas de; extenseurs en forme dc ressort à jarrentière. Les doigts 19 et 20 exercent indépendamment leur force élasti que sur les segments 12 et 13 en prenant appui sur les bases soli des constituées par les bandes 16 et 17. Lorsque les doigts élasti ques exercent leur action, les surfaces de butée l9d et 20d des pattes 19c et 20c se trouvent au niveau du bord interne de l'ex tenseur 11, et les segments 12 et 13 peuvent donc avoir la meme largeur que dans le cas d'extenseurs en forme de ressort à jarretière. Comme le montre la figure 6, l'extenseur ll est réalisé par emboutissage d'une ébauche 23 d'un feuillard métallique continu. Cette ébauche 23 comporte. des bords parallèles 24 et l'emboutis- sage y pratique des parties vides 25 séparées par une bande 26, les extrémités opposées 27 et 28 de deux bandes successives 26 étant séparées de l'ébauche et donc libres. Chaque groupe de deux parties vides 25 est séparé du suivant par des bandes 29 plus larges que les bandes 26. Chacune des surfaces marginales 30 et 31 comprises entre les bords 24 de l'ébauche et les extrémités des parties vides 25 comporte à intervalles, et de préférence en face des paires de parties 25, des découpures alternant avec celles identiques de l'autre surface. La surface 30 présente donc-une fente longitudinale 32 parallèle au bord 24 et se terminant par une fente transversale 33 perpendiculaire à ce bord et le rejoignant. La longueur de la fente 32 est à peu près égale à la distance séparant les bandes 29. La surface 31 est découpée de la m8me façon et présente une fente longitudinale 34 se terminant par une fente transversale 35. On coude ensuite l'ébauche 23 en forme de U, les surfaces 30 et 31 constituant les bandes 16 et 17 de l'extenseur 11, les bandes 29 constituant ses branches 18, les bandes 26 constituant les doigts élastiques 19 et 20, et les bandes comprises entre les fentes 32 à 35 constituant les entretoises ou bras 21 et 22. L'extenseur Il peut être réalisé à partir d'une bande continue découpée en tronçons destinés à former les extenseurs du diamètre désiré, ces tronçons étant ensuite enroulés en forme d'anneaux dont les extrémité s sont en contact puis traités thermiquement de façon que les extrémités des anneaux restent en contact à l'état libre.La matière dont est constitué l'extenseur peut être un acier, par exemple l'acier SAE 1075, et la forme appropriée des surfaces des butées 19d et 20d des doigts élastiques peut entre obtenue par forgeage. Le traitement thermique des extenseurs en acier 1075 peut consister à les chauffer à la température de 8l60C puis à les tremper à lthuile. Ils sont ensuite recuits à 3000C environ pendant une heure pour acquérir les propriétés élastiques désirées et une dureté Rockwell C comprise entre 45 et-55. On peut bien entendu utiliser d'autres matières que l'acier 1075, dont le traitement thermique devra être modifié de manière à leur permettre d'acquérir les propriétés élastiques désirées. La variante de l'invention représentée sur les figures 7 à 10 comporte des élements identiques à ceux décrits sur les figures 1 à 5 et qui portent les mêmes références. L'ensemble de segment âcleurslOa représenté sur les figures 7 et 8 comporte les mêmes segments râcleurs 12 et 13 que l'ensemble 10. Toutefois, comme le montrent mieux les figures 9 et 10, l'extenseur 30 comporte d'une part une paroi externe continue 31 parallèle à l'axe du piston et comportant entre ses bords supérieur et inférieur des fentes allongées et espacées 32, d'autre part- des branches 33 et 34 espacées et orientées vers l'intérieur qui alternent avec des doigts curvilignes 35 et 36 entrant en contact et alignés l'un avec l'autre parallèlement à l'axe du piston. Les branches 33 et 34 sont comprises dans des plans perpendiculaires à l'axe du piston et font saillie vers l'intérieur à partir des bords supérieur et inférieur de la paroi 31 auxquels ils sont reliés par des coudes 33a et 34a. Les doigts 35 et 36 sont incurvés en forme de cylindre et partent respectivement des bords 35a et 36a supérieur et inférieur de la paroi 31. Les doigts supérieurs 35 s'incurvent vers le bas jus qu a une partie centrale 35b située sensiblement à mi-chemin des bords supérieur et inférieur de la paroi 31, tandis que les doigts inférieurs 36 s incurvent vers le haut jusqu a une partie centrale 36b entrant en contact en 37 avec la partie 35b. A partir de ce point, les doigts 35 s incurvent vers le haut, et leurs extrémités libres 35c font saillie au-dessus des surfaces supérieures des branches 33, tandis que les doigts 36 s'incurvent vers le bas, et leurs extrémités libres 36c font saillie au-dessous des surfaces inférieures des branches 34. Ces extrémités libres 35c et 36c des doigts 35 et 36 constituent des butées élastiques entrant en contact avec les bords internes des segments 12 et 13 et les poussant vers l'extérieur parallèlement et perpendiculairement à l'axe du piston, comme représenté sur la figure 8. En fonctionnement, les extrémités de l'extenseur 30 butent l'une contre l'autre en 30a, comme représenté sur la figure 7, de sorte que l'extenseur forme un anneau continu. Les extrémités 35c et 36c des doigts 35 et 36 fléchissent vers l'arrière en prenant contact avec les surfaces 35d et 36d des bords internes des segments racleurs et font pression sur ces derniers pour les faire entrer en contact étanche avec les parois de la gorge du piston, comme le montre la figure 8. La surface 37 de contact des doigts 35 et 36 constitue un point d'appui central qui assure leur rigidité. Les branches 33 et 34 supportent radialement les segments ra- cleurs et les empêchent de faire saillie dans les évidements formés par les doigts élastiques incurvés. On forme facilement 11 extenseur 30, comme l'extenseur Il, à partir d'une bande métallique continue emboutie de manière à former l'ébauche représentée sur la figure 11. Cette ébauche métallique 38 est emboutie ou découpée transversalement à l'emporte- pièce le long de ses bords 39 et 40 pour constituer des paires de découpures 41 en forme de W alignées transversalement. L'emboutissage forme également des fentes allongées 42 le long de l'axe de l'ébauche, entre les découpures 41. Les découpures 41 forment des doigts courts 43 alignés et alternant avec des doigts longs 44. Puis on coude l'ébauche 38 en forme de U, les doigts courts 43 constituant les branches 33 et 34, et les doigts longs 44 constituant les doigts élastiques 35 et 36 de l'extenseur achevé. Comme l'extenseur 11, l'extenseur 30 peut être formé à partir d'une bande métallique continue, et, en fonctionnement, ses extré- mités ne se chevauchent pas du fait d'une part qu'il est traité thermiquement de manière que, lorsqu' il est en position fermée, ses extrémités butent l'une contre l'autre et,d'autre part, qu'il n'est soumis à aucune compression périphérique, contrairement aux extenseurs en forme de ressort à jarretière. Les doigts élastiques agissent indépendamment sur les bords internes des segments rScleurs à partir d'unè base circulaire continue constituée par la paroi 31 et par les surfaces de contact 37. I1 ressort de cette description que les extenseurs selon l'invention ne sont pas soumis en fonctionnement à une compression périphérique, qu 'ils présentent au moins une surface circulaire continue et qu'ils comportent des doigts élastiques indépendants faisant saillie parallèlement à l'axe du piston au-dessus et audessous de cette ou de ces surfaces perpendiculaires à l'axe du piston, afin d'assurer le déploiement et le bombemcnt des segments racleurs reposant sur cette ou ces surfaces. Ces extenseurs peuvent avoir plusieurs autres formes différentes de celles précédemment décrites. I1 va de soi que la présente invention nota été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Organe annulaire d'espacement et de déploiement, ou extenseur, pour segments raAcleurs de piston, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un élément annulaire métallique fendu dont les deux extrémités butent l'une contre l'autre en fonctionnement et qui comporte entre elles une paroi circulaire continue, des surfaces supérieure et inférieure destinées à supporter des segments racleurs, et des doigts élastiques indépendants, espacés circulairement, faisant corps avec lui, inclinés vers l'intérieur Par rapport à lui et faisant saillie parallèlement à l'axe du piston au-delà desdites surfaces,afin d'entrer en contact avec les bords internes desdits segments râcleurs. 2. Organe annulaire d'espacement et de déploiement, ou extenseur, destiné à deux segments racleurs espacés suivant l'axe du piston, ledit extenseur étant caractérisé en ce qu il est constitué d'un élément annulaire métallique fendu dont les extrémités butent l'une contre l'autre et qui comporte entre elles au moins une paroi circulaire continue, des surfaces orientées perpendiculairement il ltaxc du piton ct supportant lesdits iegrnents, enfin des doigts élastiques indépendants faisants faisant corps avec lui, in ver::; l'intérieur par rapport h lui, espacés circulairement, ct faisant saillie par rapport auxdites surfaces afin d'entrer en contact avec les bords internes desdits segments selon un angle tel que ces derniers se bombent et entrent en contact étanche avec la paroi de la gorge du piston. 3. Elément annulaire d'espacement et de déploiement, ou extenseur, destine aux segments racleurs d'un piston, ledit extenseur étant caractérisé en ce qu'il est constitué d'un élément annulaire fendu, à section transversale en forme de U, comportant des parois circulaires continues supérieure et inférieure, espacées parallèlement à l'axe du piston, destinées à supporter lesdits segments, reliée entre elles d'une part à leur périphérie externe par des bras qui les renforcent et les empêchent de se déformer et d'autre part à leur périphérie interne par des branches espacées faisant corps avec elles et parallèles à l'axe du piston, lesdites parois comportant aussi des doigts élastiques espacés partant tour à tour du bord interne de chacune d'elles, intercalés entre lesdites branches, orientés vers l'extérieur dans les sens axial et radial, et dont les extrémités libres faisant saillie au-delà de la paroi opposée forment des butées en contact avec les bords internes des segments, les extrémités dudit élément annulaire fendu butant l'une contre l'autre en fonctionnement. 4. Elément annulaire d'espacement et de déploiement, ou extenseur, destiné aux segments råcleurs d'un piston, ledit extenseur étant caractérisé en ce qu'il- est constitué d'un élément annulaire fendu comportant une paroi périphérique externe continue parallèle à l'axe du piston, des branches espacées circulairement et partant des bords supérieur et inférieur de ladite paroi vers l'intérieur de cette dernière, des doigts élastiques curvilignes partant aussi des bords supérieur et inférieur de ladite paroi étant intercalés entre lesdites branches et étant orientés vers l'intérieur perpendiculairement à l'axe du piston, lesdits doigts comportant des extrémités intérieures libres faisant saillie parallèlement à l'axe du piston au-delà desdites branches en formant des pattes ou butées qui entrent en contact avec le bord interne des segments supportés par les branches. 5. Extenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi comporte des bandes annulaires supérieure et inférieure espacées parallèlement à l'axe du piston et reliées par des branches espacées circulairement. 6. Extenseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites branches sont situées à la périphérie interne desdites bandes. 7. Extenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi est constituée de deux bandes annulaires continues supérieure et inférieure espacées et reliées par des branches espacées circulairement, parallèles à l'axe du piston et situées à la périphérie interne de l'extenseur, les doigts élastiques alternant avec les branches et étant rabattus alternativement de la bande supérieu re et de la bande inférieure. 8. Extenseur selon la revendication i, caractérisé en ce que ladite paroi est parallèle à l'axe du piston et constitue la périphérie externe de l'extenseur, et en ce que les surfaces supérieure et inférieure sont constituées par des branches perpendiculaires à l'axe du piston et sortant vers l'intérieur des bords supérieur et inférieur de ladite paroi. 9. Extenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les doigts partent de ladite paroi, sont incurvés vers l'intérieur dans le sens radial et axial, sont superposés par paires, et entrent en contact l'un avec l'autre. 10. Extenseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite paroi présente en section transversale la forme d'un U à ouverture dirigée vers l'extérieur, et en ce que des entretoises ou bras obstruent cette ouverture.