Brevet FR2181051A1 — publié le 19731130

La présente invention se rapporte aux vérins pneumatiques. Un vérin pneumatique selon l'invention comporte un fut ou corps cylindrique en aluminium étiré dont la surface intérieure a été anodisée, par exemple par anodisation sulfurique, et qui est fermé à ses deux extrémités pour constituer un cylindre; une tige de piston en acier qui traverse l'une desdites extrémités fermées et qui a été rectifiée et polie jusqu'à un fini équivalent à 0,3 micron ou mieux; un piston fendu fixé à celle des extrémités de la tige de piston qui se trouve à l'intérieur du cylindre; le piston portant des coupelles ou des lèvres d'étanchéité séparées par une cale d'appui et qui sont faites d'une matière élastomère chargée d'un lubrifiant solide, le cale d'appui étant faite en matière plastique; l'extrémité fermée que traverse la tige de piston étant fermée par un embout vissé comprenant un joint d'étanchéité d'embout fait de matière élastomère chargée d'un lubrifiant solide, et un coussinet d'embout de tige de piston fait d'une matière à coussinet chargée de polytétrafluoréthylène; le joint d'embout et le coussinet de tige de piston étant incorporés dans une cartouche qui est ajustée dans l'embout vissé et qui peut en etre démontée facilement pour son inspection et/ou son remplacement par une autre cartouche; le piston étant fendu de manière à faciliter l'assemblage des cuvettes, ou lèvres d'étanchéité qui sont portées par ce piston. La matière élastomère qui a été chargée d'un lubrifiant solide consiste de préférence en un caoutchouc naturel ou synthétique chargé de bisulfure de molybdène. La cale d'appui peut être faite d'une résine synthétique telle qu'un acétal ou de nylon 66. Une matière qui convient parfaitement pour cette cale d'appui est le DELRIN (marque déposée) produit par Du Pont (U.K.) Limitez of London, Grande-Bretagne, et une autre matière qui convient également est le NYIATRON GS diffusé par Polypenco Limited of Welwyn Garden City, Hartfordshire, Grande-Bretagne et qui consiste en une matière à coussinet fabriquée de nylon 66 chargé ou imprégné de bisulfure de molybdène. Une matière qui convient pour le coussinet destiné à recevoir la tige de piston alternative dans l'embout est une matière chargée de polytétrafluoréthylène. I1 a été admis au moment de la conception que la force radiale exercée vers l'extérieur par les coupelles ou les lèvres d'étanchéité sur la surface intérieureanodisée du fût ou du corps cylindrique était telle qu'aucune chaleur excessive ne serait produite par les mouvements alternatifs du piston dans le cylindre, car il a été constaté que la matière dont ltélastomère des joints a été chargée, à savoir du bisulfure de molybdène dans le cas du mode de réalisation, recouvre progressivement la surface intérieure anodisée. En fait, il a été constaté qu'aprèsll millions et demi de cycles de fonctionnement, la surface intérieure était polie comme un miroir. I1 a été constaté que les meilleurs résultats étaient obtenus grâce à un très léger graissage ou enduit de la surface intérieure du fût ou corps cylindrique, premièrement pour faciliter le montage initial et deuxièmement, pour faciliter la période de rodage du vérin pneumatique. I1 a été néanmoins constaté qu'un vérin pneumatique selon l'invention peut effectuer au moins un million de cycles de fonctionnement, même sans ce graissage léger et sans qu'aucune lubrification soit effectuée, ce qui élimine par exemple la lubrification par pulvérisation d'huile qui peut ne pas convenir dans certaines applications comme l'industrie alimentaire ou dans le domaine de la chirurgie. De préférence, le piston porte des butoirs compressibles qui entrent en contact avec les chapeaux d'extrémité ou autres pièces fermant les extrémités du cylindre. Ces butoirs peuvent etre faits d'une matière élastomère. Le coefficient de frottement du caoutchouc sur l'aluminium par exemple n'est pas aussi bon que le coefficient de froaement du caoutchouc sur l'aluminium anodisé; l'anodisation de l'aluminium élimine sa surface supérieure et la remplace par un film anodique dur. Ainsi qu'il est connu, l'anodisation de l'aluminium est ef-fectuée (selon Encyclopaedia of Science and Technology de McGraw Hill) dans une solution d'acide chromique ou d'acide sulfurique. Selon chacun de ces procédés, la dureté et la porosité du revêtement, c'est-à-dire de la couche d'oxyde formée sur l'aluminium lorsqu'elle forme une anode dans une solution appropriée, peut être déterminée par la concentration, la température et la densité de courant. L'invention sera maintenant décrite plus particulièrement en regard du dessin annexé dont la Figure Unique représente une coupe longitudinale d'un mode de réalisation d'un vérin pneumatique selon l'invention. Le vérin pneumatique selon l'invention comporte un fût ou corps 1 cylindrique droit dont une extrémité est fermée par un chapeau d'extrémité 2 fileté en 3 et vissé à ltextrémité du corps 1, une garniture d'étanchéité 4 étant comprimée entre l'extrémité du corps et le chapeau d'extrémité pour assurer une fermeture étanche aux fluides. Le corps 1 est fermé à son autre extrémité par un embout désigné globalement par la référence numérique 5, fileté en 6 et vissé dans l'extrémité du corps 1. L'embout 5 comporte une collerette radiale 7 et une rainure circonférentielle 8 continue, une bague 9 tournant librement étant placée contre la collerette 7 de manière à recouvrir la rainure 8.Des fourrures 10 et 11 sont prévues entre la bague 9 et la collerette 7 d'une part et entre la bague 9 et l'extrémité du corps d'autre part, afin d'assurer l'étanchéité nécessaire aux fluides lorsque l'embout 5 est vissé dans le corps 1. La Bague 9 comporte un orifice 12 taraudé dans lequel l'extrémité mâle filetée (non représentée) d'une conduite ou d'un tuyau peut être vissée, ce tuyau étant relié à une source d'air ou d'un autre gaz à une pression supérieure à la pression atmosphérique. l'orifice 12 communique avec la rainure 8. L'embout est alésé et contre-alésé de manière à former un passage 13 et un épaulement annulaire 14, un orifice radial 15 mettant en communication le passage 13 et la rainure 8. Une tige de piston 16 traverse le passage 13 et son extrémité qui se trouve à 1'intérieur du corps 1 porte un piston 17 du type fendu. Le diamètre de la tige de piston 16 est réduit de manière à former un épaulement 18, et elle est également filetée en 19. Un butoir annulaire 20 est placé autour de la tige de piston 16 et une pièce annulaire 21 est ensuite glissée sur l'extrémité de diamètre réduit de la tige 16 et poussée contre l'épaulement 18. Un élément 22 en forme de cuvette comporte un trou borgne taraudé dans lequel l'extrémité filetée de la tige 16 peut être vissée, ainsi qu'une collerette radiale 23.Deux cuvettes ou lèvres d'étanchéité 24 disposées dos à dos de chaque côté d'une cale d'appui 26 sont glissées sur l'élément 22 de manière que l'une de ces cuvettes 24 soit appuyée contre la collerette 23, puis l'élément est vissé sur l'extrémité filetée 19 de la tige 16 jusqu a ce que son extrémité correspondante vienne s'appuyer contre la pièce 21 et la bloque contre l'épaulement 18. I1 résulte de l'appui de l'élément 22 contre la pièce 21, qui est ainsi bloquée contre l'épaulement 18, que les joints 24 et la cale d'appui 25 sont serrés de manière contre lée entre la pièce 21 et la collerette 23, c'est-à-dire que le degré de serrage peut être prédéterminé à une valeur telle qu'il ne conduit pas à la destruction de la matière dont les joints 24 sont faits.Un autre butoir annulaire 26 est supporté par l'élément 22 et il est appuyé contre la face de la collerette 23 opposée à la face contre laquelle est appuyé l'un des joints 24. Une cartouche 27 est ajustée dans la partie du passage 13 dont le diamètre est le plus grand, et elle est maintenue en position sans pouvoir se déplacer axialement par une pince élastique de retenue 28 introduite dans une rainure circonférentielle apparaissant clairement sur la Figure. Cette cartouche comprend un coussinet 29 de tige de piston, un joint d'embout 30 et une rondelle 31 d'étanchéité de tige. Un joint annulaire 32 est placé dans une rainure circonférentielle et il assure l'étanchéité aux fluides entre l'embout et la cartouche. Le joint d'embout 30 et la rondelle 31 d'étanchéité de tige sont des joints à lèvres appelés généralement joints en U afin de les distinguer des joints en cuvettes utilisés en 24. Les joints 24, 30 et 31 sont faits d'une matière élastomère qui a été chargée ou imprégnée d'un lubrifiant solide, le lubrifiant préféré étant le bisulfure de molybdène. I1 a été constaté que l'adjonction d'un lubrifiant solide dans un but de lubrifica tion augmente la dureté Shore de la matière élastomère, mais que cette dureté ne soulève aucun problème de fonctionnement. ISes butoirs 20 et 26 sont faits de préférence en caoutchouc et ils présentent une face d'amortissement entre le piston 17 et le chapeau d'extrémité 2 et l'embout 5. Be chapeau d'extrémité 2 comporte un orifice taraudé 3 destiné à recevoir une conduite ou un tuyau (non représenté) qui est relié à la source d'air ou de gaz à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Certaines des caractéristiques importantes du vérin décrit ci-dessus sont les suivantes 1) La bague rotative 9 permet de relier l'embout d'extrémité du vérin pneumatique à la source d'air ou de gaz comprimé sous l'angle qui convient le mieux, la rotation de cette bague amenant l'orifice 12 dans la position la plus commode par rapport à l'qui pement voisin, la position du vérin, etc. 2) Be piston fendu facilite le montage des coupelles ou lèvres d'étanchéité 24. Ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus, la dureté de la matière élastomère chargée est relativement élevée et, s'il était nécessaire d'allonger les joints jusqu a un certain point pour les introduire dans les sièges des pistons en une seule pièce, il apparaîtrait que, dans certains cas, la matière élastomère allongée ne reviendrait pas dans son état initial, ce qui aménerait probablement un défaut-dans le vérin par le fait que le ou les joints pourraient tourner et sortir du ou des sièges correspondants pendant le déplacement du piston. Bes cuvettes ou lèvres d'étanchéité 24 n'ont pas être allongées du tout, ou seulement de manière minime lorsqu'elles sont enfilées sur l'élément 22 et elles peuvent donc toujours assurer correctement leur fonction. 3) Le serrage contrôlé des joints 24 et de la cale d'appui 25 placée entre ces joints est très important. I1 faut remarquer que si la pièce 21 et l'élément 22 n'étaient pas appuyés l'un contre l'autre, il y aurait probabilité d'un serrage exagéré de l'ensemble qui pourrait conduire à un degré destructif de compres sion et à l'application de forces de cisaillement aux joints. Selon la disposition illustrée, l'appui entre la pièce 21 et l'élément 22 remplit la fonction d'une butée d'extrémité qui limite le degré de serrage au niveau optimal. 4) Les butoirs compressibles 20 et 26 assurent un degré satisfaisant d'amortissement dans le petits vérins pneumatiques ( par exemple ceux dont l'alésage va de 12,5 mm à 38,0 mm). Un coussin d'air est généralement inutile dans les petits vérins pneumatiques car la masse en mouvement n'est pas très importante et en tout cas, il serait relativement difficile ainsi que coûteux de prévoir ces coussins d'air dans les petits vérins. 5) La cartouche 27 qui peut être facilement démontée de ltem- bout 5 sans outils spéciaux, en enlevant simplement la pince 28 et en glissant la cartouche hors du passage 13, permet a) une inspection facile du coussinet 29 dans le but de rechercher les signes d'un degré d'usure nécessitant le remplacement du coussinet; b) l'interchangeabilité des différentes cartouches d'une gamme, réalisées pour répondre à des besoins différents; si par exemple il est connu que le vérin pneumatique doit être utilisé dans des conditions telles qu'une charge latérale est appliquée à la tige de piston, une cartouche comportant un long coussinet d'embout peut remplacer une cartouche dont le coussinet est plus court; c) le remplacement des rondelles d'étanchéité de tige ou des joints d'embout endommagés ou usés lorsque la cartouche a été séparée de l'embout 5; d) le remplacement de la rondelle de tige et des joints d'embouts qui ne conviennent qu'à un travail à basse température par des joints adaptés au travail à température élevée, et réciproquement; e) du point de vue de l'utilisateur, le remplacement facile des coussinets usés car il est seulement nécessaire de remplacer la cartourhe usée par une nouvelle; ; f) toutes les opérations mentionnées de (a) à (e) peuvent être exécutées normalement sans qu'il soit nécessaire de déposer le cylindre pneumatique de l'endroit où il a été monté. I1 va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. - Vérin pneumatique caractérisé en ce qu'il comporte un fût ou corps cylindrique en aluminium étiré dont la surface intérieure a été anodisée, par exemple par anodisation sulfurique, et qui est fermé à ses deux extrémités pour former un cylindre, une tige de piston en acier qui traverse l'une desdites extrémités fermées et qui a été rectifiée et polie jusqu'à un fini équivalent à 0,3 micron ou mieux, un piston fendu fixé à l'extrémité de ladite tige de piston qui se trouve à l'intérieur dudit cylindre, ledit piston portant des cuvettes, ou lèvres d'étanchéité séparées par une cale d'appui, lesdites cuvettes ou lèvres d'étanchéité étant faites d'une matière élastomère qui a été chargée d'un lubrifiant solide, la cale d'appui étant faite en matière plastique, l'extré- mité fermée que traverse ladite tige de piston étant fermée par un embout vissé comprenant un joint d'embout fait de matière élastomère qui a été chargée d'un lubrifiant solide et un coussinet d'embout de tige de piston fait d'une matière à coussinet chargée de polytétrafluoréthylène, le joint d'embout et le coussinet de tige de piston étant incorporés dans une cartouche qui est ajustée dans ledit embout vissé et qui peut en être facilement démontée pour l'inspection et/ou le remplacement par une autre cartouche, ledit piston étant fendu de manière à faciliter le montage des cuvettes ou lèvres d'étanchéité qui sont portées par ledit piston. 2. - Vérin pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une rondelle d'étanchéité de tige est placée dans ladite cartouche, dos à dos avec ledit joint d'embout dont l'étranglement est dirigé vers le piston. 3. - Vérin pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le coussinet de tige de piston est fait de polytétrafluoréthylène mélangé avec du mica. 4. - Vérin pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite cartouche consiste en une douille réalisée de manière à coulisser dans un logement complémentaire dans ledit embout et qui y est maintenu par une pince de retenue introduite dans une rainure circonférentielle faite dans ledit embout. 5. - Vérin pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le piston- porte des butoirs compressibles à ses extrémités opposées et qui présentent des faces d'amortissement entre le piston à mouvement alternatif et respectivement le chapeau d'extrémité et l'embout. 6. - Vérin pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit piston fendu comprend une pièce annulaire et un élément en forme de coupelle qui comporte une collerette radiale et un trou aveugle taraudé dans lequel est vissée l'extrémité filetée de diamètre réduit de la tige de piston1 la disposition étant telle que ladite extrémité de la tige de piston traverse ladite pièce pour entrer dans ledit trou taraudé, les coupelles ou lèvres d'étanchéité et la cale d'appui placée entre ces dernières étant serrées de manière contrôlée entre ladite pièce et ledit élément par le fait que l'élément s'appuie contre la pièce et la bloque contre un épaulement de la tige de piston.