Brevet FR2242584A1 — publié le 19750328

L'invention se rapporte à un cylindre hydraulique comportant un piston, mobile à I'intérieur du cylindre, comprenant un premier segment soumis par moments à ltaction d'un fluide à haute pression présentant une surface frontale, et un deuxième segment soumis constamment à Inaction dru fluide en direction op- posée, et dont la surface de piston est plus petite que celle du premier. Les cylindres hydrauliques à piston différentiel ont le grand avantage de ne nécessiter pour leur commande que de relativement faibles pressions, car un déplacement du piston provient de la différence entre la pression sur la grande surface de piston et la pression sur la petite surface de piston. La grande surface de piston n1 est actionnée que lors dtune opération de commande, alors que la petite surface de piston est soumise en permanence à ltaction dtune haute pression. Des cylindres hydrauliques à piston différentiel sont utilisés et mis en oeuvre avec avantage pour une série de taches, en particulier aussi dans la construction d'interrupteurs. Toutefois, avec les cylindres hydrauliques à piston différentiel connus, il n'est pas possible d'obtenir une force variable avec la course ; au contraire, les pistons développent le long de leur course une force approximativement constante. Le fonctionnement particulier d'un interrupteur à piston de soufflage (ctest-à-dire dtun interrupteur électrique où, pour produire le flux de gaz pour le soufflage de ltarc, un piston de soufflage est intégré dans l'interrupteur) nécessite toutefois une force contrôlé, variable avec la course. Pour ltaccé- itération au démarrage des pièces mobiles et pour créer la pression du gaz, on a besoin deabord d'une force relativement faible ; pour continuer la compression du gaz jusqu'à la pression critique ou meme bien au-delà, une plus grande force est nécessaire.Si cette plus grande force est maintenue sur toute l'étendue de la course, il faut s'attendrie à des répercussions sur le système, par exemple une modification de l'allure désirée du déplacement et des temps de commande, ou bien une vitesse de séparation des contacts trop élevée. Des solutions connues et exécutées montrent, dans le cas de pistons hydrauliques simples, une-variation des forces stexerçant sur l'interrupteur par levier coudé ou par de dispendieuses commandes hydrauliques variables avec la course. Le but de l'invention est de créer un cylindre hydraulique dont la force motrice soit variable avec la course. Ce but est atteint selon ltinvention en ce que la section transversale du premier segment de piston est étagée à partir de la surface frontale en s'agrandissant dans le sens axial, la longueur de chacun des divers segments de gradin étant plus grande que celle de celui qui le précède immédiatement, en ce que la paroi interne du cylindre dans la zone du premier segment de piston est ajustée sur celui-ci de telle sorte que, lors d'admission d'un fluide à haute pression-sur la surface frontale, celle-cit après être sortie du segment de cylindre qui lui correspond, forme avec la surface du gradin suivant à chaque fois une surface de piston commune et qu'ainsi est obtenue une force motrice croissante, variable avec la course. Une autre forme de réalisation de l'invention consiste en ce que la chambre au-dessus de chaque surface de gradin est reliée, par une conduite comportant un clapet d'arrêt, à un réservoir à basse pression et, par une autre conduite comportant un autre clapet dZarrêt, à la canalisation à haute pression. Comme ce n1 est d'abord que la surface frontale qui est soumise à ltaction du fluide à haute pression, le piston sort avec une force déterminée du segment de cylindre correspondant à la surface frontale ; ensuite est soumise à l'action du fluide la surface de piston qui se compose de la surface frontale et de la surface du premier gradin, si bien que la force totale exercée sur le piston est brusquement augmentée du montant correspondant à la surface du premier gradin, etc. On obtient ainsi une variation en gradins de la force en fonction de la course. Alors qu'une telle courbe force-course est obtenue, dans le cas des cylindres hydrauliques connus sans segment en gradins du piston, par un échelon préalable de commande, auquel cas il fallait consacrer une attention particulière à la tolérance et à la-qualité de l'usinage entre piston et paroi interne du cylindre, dans le cas d'un cylindre hydraulique selon l'invention, ltéchelon préalable de commande peut être supprimé. En outre, dans les zones du piston et du cylindre correspondant aux surfaces des différents gradins et à la surface frontale, on nta besoin de prendre en considération que des tolérances grossières, car des pertes intersticielles n'apparaissent que pendant un temps très court. Si l'on considère les choses d'une manière purement idéalisante, la force de poussée s'relève par bond à chaque surface de gradin. Du fait des pertes intersticielles toutefois, l'accrois- sement s'adoucira de sorte que les différentes forces ne seront plus constantes le long de la course, mais légèrement croissantes. On peut en outre exercer encore une action sur la courbe force - course en donnant une forme légèrement conique aux seg ment s de cylindre appartenant au premier segment de piston, situés chacun entre deux surfaces de gradin. Selon ltangle du cône, on peut obtenir un accroissement de la force plus ou moins rapide. Dans ce cas, le diamètre intérieur de chaque segment de cylindre s'élargit à partir de la première surface de gradin jusqu'à chacune des suivantes. Pour obtenir dans chacune des différentes portions de la course une force constante à lentralnement, les segments de cylindre situés entre les surfaces de gradin peuvent avoir reçu une forme conique telle que leurs diamètres se rétrécissent Iégèremént dans la direction de la force de poussee ; on obtient ainsi qu'un seul petit secteur déterminé du segment de cylindre serve d'interstice le plus étroit. Vautres conformations et avantages de linvention seront expliqués de plus près à l'aide du dessin pour deux exemples d'exécution. On voit sur - la figure 1, une représentation schématique d'un cylindre hydraulique comportant un piston différentiel dont la force de poussée ne comporte qu'un gradin, en coupe transversale, - la figure 2, un détail d'un cylindre hydraulique selon la figure 1, toutefois avec une paroi interne de cylindre conique, et - la figure 3, la fonction force - course des cylindres hydrauliques selon les figures 1 et 2. A l'intérieur d'un cylindre 1 se déplace un piston différentiel 2 dont le prolongement 3 tourné vers l'extérieur, stétendant hors du-cylindre 1, sert d'entrainement. Le cylindre 1 possède une chambre cylindrique 4 avec un grand diamètre et une chambre cylindrique 5 avec un petit diamètre ; le piston 2 possède un premier segment 6 avec une surface frontale 6a et un deuxième segment 7 avec une surface de piston 7a qui représente la surface dite différentielle ; la force qui agit ici a une direction opposée à celle de la force de commande. Le premier segment de piston 6 est en gradin et possède par suite une surface de gradin 8a. Le segment de piston correspondant à la surface frontale 6a stinsère dans la chambre cylindrique 5, son diamètre extérieur correspondant au diamètre intérieur de la chambre cylindrique 5.La longueur de la chambre cylindrique 5 est désignée par a, tandis que c désigne la course totale que parcourt la surface de gradin 8a, commençant à la surface de gradin 9 du cylindre jusqu'à la position finale à la ligne 10. La course totale c se compose de la somme des deux courses a et b. La ligne 10a représente la ligne à laquelle se trouve la surface frontale 6a après ltopération de déclenchement. La chambre cylindrique 5 est soumise par moments à l'action de la haute pression au moyen dtune canalisation à haute pression 11, tandis que la chambre cylindrique 4 est constamment sous haute pression par l'intermédiaire d'une autre canalisation à haute pression 12. Afin que, lors d1un enclenchement ou dtun déclenchement ou d'un déplacement de va-et-vientdu piston, la pression au voisinage de la position extrême ne stétablisse pas à une valeur trop forte dans les chambres cylindriques correspondantes et, ainsi, n'oppose une résistance au piston1 :l est prévu des conduites d'équilibre 13 et 14 dans la chambre 5 et la chambre 4.Les conduites 13 et 14 peuvent etre couplées (non représenté) de telle manière qu'il se manifeste un amortissement approprié du piston aux positions extrêmes. La chambre 8 entre la grande surface de gradin 8a et la surface de gradin g du cylindre 1 est reliée à la canalisation à haute pression 11 par une conduite de retour 15, un clapet d'ar rêt 16 étant prévu à l'intérieur de cette conduite 15, couplé de telle manière que, lors d'un déplacement du piston dans la direction désignée par la flèche D, il libère le flux du fluide à basse pression hors de la chambre 8 entre les surfaces de gradin 8a eX 9, tandis qu'il bloque l'écoulement dans la direction opposée.En outre, la chambre entre les surfaces de gradin 8a et 9 est reliée au réservoir à basse pression 19 par une conduite 18 pourvue don autre clapet d'arrêt 17 ; or, le clapet sdtarret 17 est, à son tour, couplé de telle sorte que, lors d'un déplacement du piston dans la direction représentée par la flèche E, il ne puisse stéta- blir aucune dépression dans la chambre 8 entre les surfaces de gradin 8a et 9, car du fluide à basse pression peut être aspiré du réservoir à basse pression 19. Le fonctionnement de ce cylindre moteur sera maintenant décrit dans ce qui suit Quand le piston 2 doit se -déplacer dans la direction de la flèche E, du fluide à haute pression est amené à la chambre 5 par la canalisation à haute pression 11, ctest-à-dire que la surface frontale 6a est soumise à l'action du fluide à haute pression. Alors le piston 2 exécute le parcours a jusqutà ce que la surface frontale 6a soit au ras de la surface de gradin 9. Jusque là, seule la surface frontale 6a est active en tant que surface motrice et la chambre -8 est remplie dlun fluide à basse pression qui est aspiré du réservoir à basse pression 19 à travers la conduite 18 et le clapet d'arrêt 17 ouvert.Des que la surface frontale 6a a dépassé la surface de gradin 9, c'est-à-dire donc dès que le trajet parcouru est plus grand que le trajet désigné par a, le fluide à haute pression parvient non seulement sur la surface frontale 6a mais encore sur la surface de gradin 8a ; à cet instant, le clapet d'arrêt 17 se ferme et la haute pression est établie dans la chambre 8. La surface active totale de piston est alors la somme des deux surfaces ; la force totale sur le piston est, de ce fait, augmentée. Ceci est représenté sur la figure 3. Pendant le déplacement du piston le long du parcours a, la force motrice est K1 ; après le parcours du trajet a, la force motrice crolt jusqu'à la valeur s . Ainsi, le long du parcours a se développe la force = = p (A-B), (I) où K1 représente la force motrice, p, la pression A, la surface de la surface frontale 6a, B, la surface de la surface de piston 8a. La force totale qui se compose, le long du trajet b, de la force exercée sur la surface frontale 6a et de celle exercée sur la surface de gradin 8a, a pour valeur K2 = p (A + B - C) (il) où K2 représente la force motrice totale, p, la pression, A, la surface de la surface frontale 6a, B, la surface de la surface de gradin Sa, C, la surface de la surface de piston 7a. Pour un déplacement du piston dans la direction de la flèche D, la haute pression venant par la canalisation 11 est sup primée, si bien que, du fait de la haute pression présente en permanence par la canalisation 12, le piston est poussé vers rieur, c'est-à-dire dans la direction de la flèche D. Ainsi se développe le long du trajet total a + b la force K3 = p C C (III) où K3 représente la force motrice totale, p, la pression, C, la surface de la surface de piston 7a. La courbe force - course, telle qu'elle est représentée par les deux premières équations est représentée sur la figure 3 par la ligne en trait plein 31. On reconnaît que la courbe est représentée de manière très idéalisante : en réalité la courbe de la force ne variera pas brusquement mais deviendra dans une très faible mesure une courbe continue. Ceci est à attribuer au fait qutil se produit des pertes intersticielles entre le diamètre extérieur du segment de piston 6 et le diamètre intérieur de la chambre cylindrique 5. Ainsi, la force K1 croitra légèrement (non représenté). Si maintenant, comme représenté sur la figure 2, on donne une forme conique à la paroi interne de la chambre cylindrique 5, un angle lXon obtient une courbe de la force conforme à la courbe 32 de la figure 3 représentée en pointillé. Si l'on augmente l'an- gle d, la courbe 32 peut devenir encore plus plate. Afin que les pertes intersticielles à la surface de gradin 8a et à la surface de piston 7a respectivement soient pratiquement négligeables, il est prévu un joint d'étanchéité 21 à la surface extérieure du segment de piston 20 situé entre la surface de gradin 8a et la surface de piston 7a. De même, l'ouverture du cylindre à travers laquelle passe le prolongement 3 est calfeutrée par un joint d'étanchéité 22. L'ouverture elle-même possède le repère 23. REYENDICATIONS 1. Cylindre hydraulique comportant un piston, mobile à ltintérieur d'un cylindre, comprenant un premier segment soumis par moments à l'action d'un fluide à haute pression, présentant une surface frontale, et un deuxième segment soumis constamment à l'action du fluide en direction opposée, et dont la surface de pis ton est plus petite que celle du premier, caractérisé en ce que la section transversale du premier segment de piston est étagée à partir de la surface frontale en s'agrandissant dans le sens axial, la longueur de chacun des divers segments de gradin étant plus grande que celle de celui qui le précède immédiatement, en ce que la paroi interne du cylindre dans la zone du premier segment de piston est ajustée sur celui-ci de telle sorte que, lors de ltadmission dtun fluide à haute pression sur la surface frontale, eelle-ci, après être sortie du segment de cylindre qui lui correspond, forme chaque fois avec la surface de gradin suivante une surface de piston commune et qu'ainsi est obtenue une force motrice croissante, variable avec la course. 2 Cylindre hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre au-dessus de chaque surface de gradin est reliée par une conduite et à travers un clapet d'arrêt à un réservoir à basse pression et chaque fois, par une autre conduite comportant un autre clapet dtarrêts à la canalisation à haute pression.