Brevet FR2311967A1 — publié le 19761217

La présente invention concerne un ressort pneumatique, du type comprenant une tige plongeuse qui pénètre de facon étanche dans un cylindre rempli de gaz sous pression et porte un piston de guidage et d'amortissement divisant le cylindre en deux chambres pouvant être mises en communication entre elles au moyen d'un passage axial ménagé à travers le piston. Des ressorts pneumatiques amortis de ce genre peuvent eatre utilisés, par exemple, pour l'ouverture et la fermeture de capots de véhicules ou de machines, la commande de portes, le réglage en hauteur de sièges, de tables de travail, etc.... et, éventuellement, pour la suspension de certains véhicules. L'invention vise, d'une manière générale, à conférer au ressort une caractéristique d'amortissement prédéterminée et, de préférence, différente suivant le sens de déplacement de la tige plongeuse. A cet effet, le piston est monté coulissant sur la tige plongeuse entre deux butées solidaires de celle-ci et dont l'une, au moins, sert en même temps d'organe obturateur venant obturer partiellement une gorge creusée dans la face d'extrémité correspondante du piston et communiquant avec le passage axial ménagé à travers ce dernier. Suivant un mode d'invention préféré, chacune des deux faces d'extrémité du piston est creusée d'une gorge destinée à être obturée partiellement par la butée correspondante du piston, l'une de ces gorges (de préférence, celle qui est creusée dans la face d'extrémité du piston tournée du côté opposé à la tige plongeuse) étant notablement moins profonde que l'autre, de sorte que la section offerte à l'écoulement du gaz d'une chambre à l'autre du cylindre est notablement plus faible dans un sens de déplacement de la tige plongeuse que dans l'autre. L'invention vise également, grâce à la mise en oeuvre d'un joint hydraulique et d'un joint mécanique de forme particulière qui seront décrits plus loin, à améliorer l'étanchéité du ressort à l'endroit où la tige plongeuse pénètre dans le cylindre. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un ressort pneumatique conforme à l'invention, du type à tige plongeuse et piston mobiles dans un cylindre, la tige et le piston étant en configuration de rentrée dans le cylindre; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, mais représentant la tige plongeuse et le piston en configuration de sortie du cylindre la figure 3 est une vue en coupe axiale, à plus grande échelle, de la partie du ressort située dans la zone du piston la figure 4 est une vue en coupe transversale, sui vant la ligne IV-IV de la figure 3, de l'ensemble constitué par le piston et la tige plongeuse la figure 5 est une vue en coupe axiale d'une portion d'extrémité du ressort pneumatique, conforme à une variante de l'invention la figure 6 est une vue, à plus grande échelle, d'un bouchon d'obturation du cylindre, équipé d'un joint d'étanchéité mécanique conforme à l'invention la figure 7 est une vue analogue à la figure 6, montrant le bouchon et le joint montés à l'extrémité du cylindre. Sur les figures 1 à 4, on a désigné par le repère 1 un cylindre obturé de façon étanche, à une extrémité par un fond 2 et, à l'autre extrémité, par une structure obturatrice 3. Cette dernière comprend, d'une part, un bouchon 4 emmanché à force et de façon étanche en bout du cylindre et serti dans ce dernier par rabattement d'un bord d'extrémité 10 du cylindre et, d'autre part, un joint d'étanchéité mécanique 5, du type à lé- vre, plaqué par l'une de ses faces sur la face externe du bouchon. Le bouchon 4 présente un alésage 40 à travers lequel une tige plongeuse 6 pénètre de façon étanche à l'intérieur du cylindre. Le cylindre étanche ainsi formé est rempli d'un gaz sous pression constitué, de préférence, par un gaz inerte, tel que l'azote, pour éviter tout risque d'explosion. La pression 2 du gaz peut entre de l'ordre de plusieurs dizaines de kg/cm Lors de l'introduction de la tige plongeuse à l'intérieur du cylindre, il se produit une compression supplé mentaire du gaz qui agit sur l'extrémité libre de la tige et tend à projeter cette tige vers l'extérieur du cylindre, dès qu'elle'est libérée. On créé ainsi un ressort pneumatique dont les deux éléments essentiels sont, d'une part, la tige plongeuse 6 et, d'autre part, le cylindre étanche 1 renfermant le gaz sous pression. Dans la zone de son extrémité libre, la tige plongeuse 6 porte un piston 7 constitué par une rondelle épaisse présentant deux faces d'extrémité 71, 72 (voir figure 3) et un alésage central 70, coaxial à la tige plongeuse et à travers lequel celle-ci est enfilée. À sa périphérie, le piston 7 est muni d'un segment d'étanchéité et de frottement 73, permettant au piston de jouer un r8le de guidage de la tige plongeuse et de diviser le cylindre 1 en deux chambres situées de part et d'autre du piston. Le piston 7 joue, en outre, un role d'élément amortisseur dans le fonctionnement du ressort pneumatique. À cet effet, et comme on le voit à plus grande échelle sur les figures 3 et 4, il est traversé par un passage axial 74 débouchant sur chacune de ses faces d'extrémité 71, 72 et permet- tant de mettre en communication entre elles les deux ohambres du cylindre, Dans le mode d'exécution représenté, ce passage axial est constitué par une rainure creusée dans le piston à partir de l'alésage 70. L'une au moins et, de préférence, chacune des deux faces d'extrémité 71, 72 du piston est creusée d'une gorge 710 (sur la face 71) et 720 (sur la face 72) s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur à partir de la rainure axiale 74. Comme le montre la figure 3, ces deux gorges présentent des profondeurs très différentes, la gorge la moins profonde étant la gorge 720 creusée dans la face d'extrémité 72 tournée du cEté opposé à la tige plongeuse 6. Le piston 7 est monté axialement coulissant sur la tige plongeuse, entre deux butées 61, 62 solidaires de celle-ci et qui, dans l'exemple représenté, sont constituées, chacune, par une pièce rapportée fixée à la tige plongeuse. La butée 61 est formée, par exemple, par un manchon soudé ou serti (en 61x) à la tige plongeuse 6 et servant, en m & e temps, d'entretoise permettant de limiter la course de sortie de cette dernière. La butée 62 peut entre constituée par une rondelle fixée à l'extrémité de la tige par tout moyen approprié, tel que sertissage (comme représenté), vissage, soudure, etc...La distance axiale entre les deux butées 61 et 62 est supérieure à la longueur axiale du piston 7, de sorte que ce dernier est libre de se déplacer, par inertie, d'une longueur "d" (voir figure 3), de l'ordre de quelques millimètres, entre ces deux butées. En fonctionnement, lorsque la tige plongeuse 6 pénètre dans le cylindre 1 dans le sens indiqué par la flèche sur la figure 1, le gaz tend à s'écouler à travers le piston, de la droite vers la gauche (sur la figure). Le piston 7 se détache de la butée 62 et se colle contre la butée 61. Dans cette configuration, l'entrée du passage axial 74, située sur la face 72 du piston, est libre, tandis que la sortie de ce passage axial, constitué par la gorge radiale 710 creusée dans la face 71 du piston,est partiellement obturée par la butée 61. Toutefois, comme cette gorge radiale est relativement profonde, elle détermine pour l'écoulement du gaz, d'une chambre à l'autre à travers le piston, une section importante, de sorte que cet écoulement ne rencontre que peu ou pas de résistance et que l'équilibre des pressions entre les deux chambres est aisément réalisé. L'effet d'amortissement procuré par le piston 7 est alors faible ou nul. Cette configuration correspond au cas où l'on force la tige plongeuse 6 à pénétrer dans le cylindre en comprimant davantage le gaz. Le seul effort à exercer est donc l'effort de compression égal au produit de la section de la tige par la pression du gaz. Au contraire, lorsque la tige plongeuse sort du cylindre 1 dans le sens indiqué par la flèche sur la figure 2, le piston 7 se détache de la butée 61 et se colle contre la butée 62. L'entrée du passage axial 74,située maintenant sur la face 71 du piston, est libre, tandis que la sortie de ce passage axial, constitué par la gorge radiale 720 creusée dans la face 72 du piston, est partiellement obturée par la butée 62. Comme cette gorge radiale est peu profonde, elle détermine pour l'écoulement du gaz une section réduite, de sorte que cet écoulement est fortement freins La détente du ressort, due à l'action de la pression du gaz sur la section de la tige, est donc amortie. Selon la profondeur des gorges radiales 710 et 720, la section laissée à 1 'écoulement du gaz dans chaque sens varie et, avec elle, l'effet d'amortissement à la rentrée et/ou à la sortie de la tige. On dispose ainsi d'un moyen de réglage préalable, selon l'utilisation ultérieure du ressort pneumatique. Pour conserver les caractéristiques de fonctionnement de l'appareil, il est nécessaire de réaliser, à l'entrée de la tige plongeuse 6 dans le cylindre rempli de gaz sous pression, une étanchéité efficace. Suivant une disposition de l'invention illustrée aux figures 1, 2 et 5, cette étanchéité est améliorée gracie à la mise en oeuvre d'un joint d'étanchéité hydraulique équipant la structure obturatrice 3 et constitué par un logement rempli d'huile entourant la tige plongeuse et interposé entre le joint d'étanchéité mécanique 5 et l'intérieur du cylindre. Ce logement peu; par exemple, être délimité simplement par un élargissement local 401 (voir figures 1 et 2) de l'alésage 40 du bouchon 4. Cette disposition est applicable de préférence au cas d'un ressort pneumatique vertical ou incliné dont la structure obturatrice 3 est située à la partie inférieure du cylindre. Suivant une variante illustrée à la figure 5, le logement rempli d'huile peut être constitué par une poche 8 en matériau élastomère, interposée entre la face interne du bouchon 4 et une cage 9 maintenue en butée contre un bourrelet 11 du cylindre 1. L'interposition d'un liquide entre le gaz sous pression et l'extérieur, fait que le joint mécanique à lèvre 5, soumis à une pression hydraulique, procure une meilleure étanchéité et s'use moins vite. La figure 6 montre un mode d'exécution et de montage avantageux d'un joint d'étanchéité à lèvre 5 pour un ressort pneumatique dont la position d'utilisation est toujours voisine de la verticale, avec la tige sortant vers le bas. Dans ces conditions, il n'est pas utile d'avoir un logement, tel que le logement 401, creusé dans le bouchon 4 puisqu'il suffit de déposer dans le cylindre, du côté tige, quelques centimètres cubes d'huile qui, en se rassemblant après la fermeture du ressort, assurera la lubrification désirée du joint. Ce joint 5 peut alors etre constitué par une rondelle moulée en matériau élastomère, collée par l'une de ses faces, de préférence par vulcanisation, sur la face externe du bouchon 4 Cette rondelle présente, à sa périphérie intérieure, un bord 50 en saillie radiale par rapport à l'alésage 40 du bouchon et formant lèvre d'étanchéité destinée à venir en appui élastique sur la tige plongeuse 6. Le collage de la rondelle est utile pour assurer le maintien en position de la lèvre d'étanchéité et éviter son entraSnement par la tige en mouvement. La rondelle 5 présente, en outre, à sa périphérie extérieure, une portion 51 en saillie radiale par rapport à la périphérie extérieure du bouchon et formant joint "dormant d'étanchéité entre le cylindre 1 et le bouchon 4,10rs de l'em- manchement à force de ce dernier dans le cylindre. Demame, sur sa face externe, la rondelle 5 présente un talon 52 en saillie axiale qui, lors du sertissage de fermeture du cylindre, est écrasé par le bord rabattu 11 de ce dernier, de manière à compléter l'étanchéité externe, comme le montre la figure 7. I1 va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVEND T CAT IONS 1. Ressort pneumatique du type comprenant une tige plongeuse qui pénètre de façon étanche dans un cylindre rempli de gaz sous pression et porte un piston de guidage et d'amortassement divisant le cylindre en deux chambres pouvant entre mises en communication entre elles au moyen d'un passage axial ménagé à travers le piston, caractérisé en ce que le piston est monté coulissant sur la tige plongeuse entre deux butées solidaires de celle-ci et dont l'une, au moins, sert en m & e temps d'organe obturateur venant obturer partiellement une gorge creusée dans la face d'extrémité correspondante du piston et communiquant avec ledit passage axial. 2. Ressort pneumatique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux faces d'extrémité du piston est creusée d'une gorge destinée à être obturée partiellement par la butée correspondante du piston, et en ce que l'une de ces gorges est moins profonde que l'autre, de sorte que la section offerte à l'écoulement du gaz d'une chambre à l'autre du cylindre est plus faible dans un sens de déplacement de la tige plongeuse que dans l'autre. 3. Ressort pneumatique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la gorge la moins profonde est celle qui est creusée dans la face d'extrémité du piston tournée du coté opposé à la tige plongeuse. 4. Ressort pneumatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le piston comporte un alésage coaxial à la tige plongeuse et dans lequel celle-ci est enfilée pour permettre le coulissement axial du piston, en ce que le passage axial de communication ménagé à travers le piston comprend une rainure creusée dans le piston à partir dudit alésage, et en ce que chaque gorge creusée dans une face d'extrémité du piston s'étend sensiblement radialement à partir de cette rainure. 5. Ressort pneumatique suivant l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que les deux butées coopérant avec le piston sont constituées par des pièces rapportées fixées à la tige plongeuse. 6. Ressort pneumatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, du type comportant, à l'une des extrémités du cylindre, une structure obturatrice équipée d'un joint d'étanchéité mécanique et à travers laquelle la tige plongeuse pénètre à l'intérieur du cylindre rempli de gaz, caractérisé en ce que la structure obturatrice est équipée également d'un joint hydraulique constitué par un logement rempli d'huile interposé entre le joint mécanique et l'intérieur do cylindre, et entourant la tige plongeuse. 7. Ressort pneumatique suivant la revendication 6, du type dans lequel la structure obturatrice comprend un bouchon percé d'un alésage at travers lequel passe la tige plongeuse, caractérisé en ce que le logement rempli d'huile est délimité par un élargissement local de l'alésage du bouchon. 8. Ressort pneumatique suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le logement rempli d'huile est délimité par une poche en matériau élastomère. 9. Ressort pneumatique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, en particulier ressort pneumatique à position d'utilisation voisine de la verticale et tige plongeuse sortant vers le bas, du type comprenant, à l'une des extrémités du cylindre, une structure obturatrice comprenant un bouchon percé d'un alésage à travers lequel passe la tige plongeuse, et un joint d'étanchéité mécanique, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité mécanique est constitué par une rondelle moulée en matériau élastomère, collée par l'une de ses faces sur la face externe du bouchon et présentant,tà sa périphérie intérieure, un bord en saillie radiale par rapport à l'alésage du bouchon et formant lèvre d'étanchéité en appui élastique sur la tige plongeuse. 10. Ressort pneumatique suivant la revendication 9, du type dans lequel le bouchon est emmanché à force dans le cylindre et serti dans ce dernier par rabattement d'un bord d'extrémité du cylindre, caractérisé en ce que la rondelle moulée présente, à sa périphérie extérieure, une portion en saillie radiale par rapport à la périphérie extérieure du bouchon et formant joint d'étanchéité entre le cylindre et le bouchon lors de l'emmanchement à force de ce dernier dans le cylindre et, sur sa face externe, un talon en saillie axiale formant joint d'étanchéité avec le bord rabattu du cylindre lors du sertissage de fermeture de ce dernier.