Brevet FR2302428A1 — publié le 19760924

La présente invention se rapporte à un dispositif transformateur d'effort muni d'un coussin hydrostatique. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif transformateur d'effort, du type comprenant un corps, un coussin hydrostatique sur lequel prend appui, d'une part, un premier poussoir à grande surface active et constituant l'organe transmetteur de grand effort et, d'autre part, un deuxième poussoir à faible surface active et constituant l'organe transmetteur de faible effort du dispositif, la surface du coussin se composant de zones situées en appui sur les deux poussoirs et sur au moins une paroi d'appui du corps. De tels dispositifs sont notamment employés dans la technique du freinage ferroviaire ou routier pour amplifier un effort dans les cylindres de frein pneumatiques ou pour diviser un effort dans les détendeurs de pesée. Si l'on considère un dispositif amplificateur d'effort, le deuxième poussoir reçoit un effort d'entrée provenant d'une pression de fluide, cet effort étant transformé à son tour dans le coussin en une pression que le -premier poussoir exploite sous forme d'effort de sortie amplifié. Inversement, dans le cas d'un dispositif d'effort, le deuxième poussoir coopère avec un organe capable de convertir en une pression de fluide l'effort de sortie divisé produit par la pression que développe dans le coussin l'effort d'entrée reçu par le premier poussoir. Conçus en vue d'autoriser une correction de pression sur les véhicules freinés par des organes à commande pneumatique, les détendeurs de pesée ont pour fonction de traduire la charge locale du véSicule en une pression pneumatique. Ils permettent d'équilibrer un effort de plusieurs tonnes par l'effort de réaction que produit une pression de quelques bars agissant sur une section strictement limitée. Dans une réalisation connue, l'élément hydrostatique diviseur d'effort intégré au détendeur de pesée est un coussin en élastomore rempli d'huile et inséré entre trois pièces : un corps fixe, un poussoir monté avec une légère mobilité axiale dans un alésage central du corps, et ua poussoir de plus forte section - ou plateau - conçu pour permettre a) le remplissage et la purge du coussin (présence d'orifices de remplissage et de purge ménagés dans ledit plateau) , et b) le montage du coussin. L'un des buts de la présente invention est de simplifier le dispositif à coussin hydrostatique tout en améliorant sa fiabilité et en diminuant ses risques de détérioration. Pour un dispositif du type susmentionné, ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que le jeu ménagé entre le premier (et/ou le deuxième) poussoir et le corps est relativement important à distance du coussin pour éviter l'usure du poussoir, tandis qu'il est faible au voisinage du coussin pour éviter toute extrusion de celui-ci. De la sorte, les surfaces du corps et du poussoir situées en regard ne subissent plus d'usure quand le poussoir se déplace ou oscille alors que le coussin ne risque plus de se détériorer par extrusion. Pour assurer un jeu faible entre le poussoir et le corps, la paroi du poussoir peut présenter une saillie annulaire ; celle-ci est avantageusement constituée par au moins un-élément annulaire qui est rapporté de façon démontable sur le poussoir et qui est de préférence constitué en un matériau évitant la corrosion du coussin et/ou possédant de bonnes qualités frottantes. On évite ainsi à l'enveloppe du coussin hydrostatique de se corroder et/ou lton permet au poussoir de se déplacer sans dommage. L'élément annulaire peut constituer une partie de la zone du poussoir en appui contre le coussin hydrostatique et comporter au moins un organe d'arrêt coopérant avec un organe correspondant du poussoir afin de s'opposer à tout mouvement radial de l'élément annulaire. Lorsque la fonction hydrostatique du coussin est assurée par un remplissage d'huile et que l'enveloppe du coussin a uae forme ouverte, l'enveloppe peut présenter sur toute la longueur de son bord libre, relié de façon étanche au premier poussoir, une face de retenue en appui sur une face interne de l'élément annulaire du premier poussoir. En sus de l'immobilisation de l'élément annulaire, il est ainsi réalisé une sécurité d'étanchéité de l'interface enveloppe-poussoir ; en effet, la pression d'huile djveloppée dans le coussin tend à écarter du poussoir la face bordant l'ouverture de l'enveloppe, mais applique en meme temps cette faca contre l'élément annulaire, celui-ci étant dès lors bloqué. L'élément annulaire peut. être doté d'au moins un évidement ménagé à partir de sa zone en contact avec le poussoir afin de faciliter le démontage de l'élément annulaire. En variante, le poussoir peut présenter au moins un évidement ménage à partir de sa zone en conctact avec l'élément annulaire afin de faciliter le démontage de ce dernier. La zone du premier poussoir portant sur le coussin peut avoir un diamètre inférieur à celui du coussin et, dans ce cas, une couronne d'appui en matière évitant la corrosion du coussin peut être placée dans un dégagement circulaire du corps et serrée contre la zone adjacente du coussin pour contribuer à empêcher l'extrusion de ce dernier. Avec l'empEchement d'un "effet de bord" qui risquerait de fausser la précision de la transformation d'effort, on obtient donc une protection contre la corrosion do l'enveloppe et contre son extrusion. Dans un mode de réalisation ou le dispositif considéré est un détendeur de pesée à plateau comportant un grain central qui reçoit l'effort à transformer, le corps du détecteur peut ventre solidaire d'un flasque entourant le grain avec un certain jeu - de préférence inférieur à celui existant par ailleurs entre le corps et la partie principale du plateau -, une chambre de decantation étant ainsi créée pour les poussières et la boue entre le flasque et le grain du plateau. Lorsque le coussin est rempli d'huile et que le premier poussoir constitue un plateau muni d'un grain central recevant l'effort à transformer, le grain peut présenter deux alésages qui servent de passages de remplissage et de purge du coussin en fluide hydrostatique et qui laissent pleine la partie centrale du grain. Il est réalisé de cette manière un coussin peu encombrant et peu onéreux ; en particulier, il suffit d'usiner une seule gorge pour creuser le plateau à l'endroit où débouchent les canaux de remplissage et de purge. On peut également prévoir, entre le corps et le premier et/ou le deuxième poussoir, un segment d'usure. En coSbinaison avec le rôle d'organe de friction qui lui est alors dévolu, le segment peut absorber par son élasticité propre de légers et inévitables débattements transversaux ou angulaires du plateau. Il peut également remplir, au surplus, une fonction d'étanchéité. La description qui va suivre de deux modes de réalisstion non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut etre mis en pratique. - Les figures 1 et 2 représentenCschématiquement deux détendeurs de pesée coaforees à l'invention ; et - La figure 3 montre à titre d'exemple, le montage d'un coussin en élastomère rempli d'huile dans le détentendeur de pesée de la figure 1. L'appareil représenté est un détendeur de pesée pour véhicule ferroviaire. Le détendeur de pesée est placé sur une eMbase 1 recevant 11 effort de ressorts hélicoidaux de suspension 2 et est surmonté par le cadre non représenté d'un bogie du véhicule. Vu de l'intérieur, l'appareil se compose d'un bottier 3 et d'un corps 4. Le bottier 3 renferme un détendeur pneumatique et il est fixé au corps 4 ; dans ce dernier, un poussoir 5 lié à un piston de réaction est au contact d'un coussin 6 à enveloppe en élastomère et à comportement hydrostatiques. Le coeur du coussin est un élastomère de caractéristiques identiques ou différentes ou bien un remplissage d'huile. Considéré plus en détail dans sa réalisation de la figure 3, le coussin 6 comporte une enveloppe en caoutchouc 7 renfermant un volume d'huile 8 ; l'enveloppe 7 est ouverte par sa face inférieure et son bord libre 14 constituant un col est engagé élastiquement dans une gorge 9 d'un plateau 10. Le plateau 10 constitue le "premier poussoir" et le poussoir 5 forme le "deuxieme poussoir". Le plateau 10 reçoit de l'embase 1 l'effort à peser et possède une partie principale lOa et un grain d'appui lOb. Une couronne 11 démontable est placée entre l'enveloppe 7 du coussin et le plateau 10 ; adjacente et concentrique à la couronne 11, une couronne 12 est logée dans un dégagement annulaire d'un flasque 13 fixé au corps 4 et est appliquée contre une zone marginale périphérique de la face inférieure de l'enveloppe 7.Celle-ci se termine par le col 14 qui est appuyé, par une face annulaire de retenue 14e, contre la face intérieure de retenue 15, de la couronne Il Il doit être noté que les arêtes supérieures 15a de la couronne 11 qui sont au contact de l'enveloppe 7 sont arrondies. Un jeu J1 est prévu entre le flasque 13 et le grain lOb, tandis qu'un jeu J2 supérieur à J1 est prévu entre le flasque 13 et la partie principale lOa du plateau. Une chambre de décantation 30 est déterminée entre le flasque 13 et le plateau 10. Un anneau 16 fendu en "Delrin' est monté dans une gorge de la partie 10a du plateau afin de servir de segment d'usure et d'absorber les débattements transversaux et angulaires du plateau 10. Cet anneau 16 pourrait également être monté dans une gorge de grain lob. La couronne 11 pourrait être constituée en une seule pièce fermée sur elle-meme ou fendue et etre montée gracie à l'élasticité du coussin 6 on préfère toutefois la réaliser en deux demi-anneaux 11 de manière à faciliter son insertion entre l'enveloppe 7 et le plateau 10. Les demi-anneaux 11 présentend sur leur face inférieure, une nervure annulaire 17 logée dans une gorge annulaire 18 du plateau 10. Des encoches 19 sont ménagées vers l'extérieur à partir de la face inférieure des demianneaux et autorisent un dégagement facile de ces derniers hors de la gorge 18. D'une autre manière, le démontage des demi-anneaux est effectué par poussée d'un outil engagé dans des orifices tels que 20 ménagés dans le plateau 10 et débouchant dans la gorge 18. La pression d'huile régnant dans le coussin 6 bloque le col 14 de l'enveloppe contre le talon 15 de la couronne 11, celle-ci étant immobilisé par les organes d'arrêt à forme complémentaire 17, 18. Les couronnes 11, 12 sont réalisées dans une matière évitant la corrosion de l'enveloppe 7 faite d'élastomère et sont, par exemple, en une matière connue sous le nom commercial de "réflon" ou de "Delrin" ; les faces d'appui de ces couronnes 11, 12 sont striées, ainsi que les plages d'appui correspondantes de l'enveloppe 7, pour produire un meilleur agrlppage des surface en contact. La largeur des couronnes 11 et 12, ainsi que le jeu J3 subsistant entre elles sont déterminés de manière à éviter toute extrusion de l'enveloppe 7 De plus, ces couronnes 11, 12 étant rapportées et aisément démlntables permettent des modifications faciles du rapport de transformatioa du dispositif par un simple échange. Le segment 16, qui peut étire réalisé en un matériau métallique, est cependant de préférence moulé en une matière connue sous le nom commercial de "Delrin" ou en une matière analogue. Il peut aussi titre réalisé en un matériau élastomère, armé ou non, et ajoute dès lors à ses fonctions antiusure et anti-déhattement un rôle d'étanchéité. Le plateau 10 est monobloc, et deux alésages 21 et 22 sont usinés dans sa masse pour recevoir des raccords de remplissage 23 et de purge 24. La face inférieure courbe convexe lOc du grain lOb peut donc rester pleine dans sa partie centrale d'appui. Cette face 10c coopère avec la face supérieure plane du plateau 1 afin de constituer un appui permettant un débattement angulaire des éléments 10 et 1. La purge de la chambre 8 se révèle satisfaisante meme si l'alésage 22 ne débouche pas en un point situé plus bas que le débouché de l'alésage 21 ; il s'avère, en effet, que l'usinage d'un seul lamage ou d'une seule gorge 25 suffit pour créer le point haut nécessaire à la purge. Du flasque 13 font saillie des oreilles 26 qui coopèrent avec des butées 27 de l'embase 1 pour limiter les mouvements transversaux relatifs entre celle-ci et le corpn. Le détendeur de pesée de la figure 2 est dépourvu de couronne 12. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus et représenté aux dessins est le suivant : La pression induite dans le volume d'huile 8 par l'effort local de charge qui est transmis par le ressort 2 et qui s'exerce entre le plateau 10 et le corps 4 se manifeste sur différentes pièces. Le poussoir d'action et de réaction 5 du détendeur transmet par sa faible section au contact de l'enveloppe 7 un effort très reduit et équilibré par la pression du détendeur régnant dans une chambre 28. La surface annulaire du corps 4 au contact de la face supérieure de l'enveloppe 7 absorbe sensiblement la différence entre effort local de charge et l'effort qui transmet le poussoir 5. Par ailleurs, l'effort développé par la pression d'huile sur l'envelopp 7 applique celle-ci sur la face 15 et repousse les nervures 17 des demi-anneaux 11 contre la face extérieure de la gorge 18, cette mise en tension évitant toute fuite d'huile. L'enveloppe 7 du coussin 6 a une durée de vie importante, puisque son extrusion est empêchée grâce à l'existence du faible jeu J3. De plus, la corrosion de l'enveloppe est évitée gracie à la nature de la matiere constitutive des couronnes 11, 12. Les efforts tangentiels causés par des vibrations ou des chocs sur la zone d'appui du grain lob sur l'embase 1 ne détériorent pas le flasque 13 par suite du jeu 51 existant entre l'orifice central 13a dudit flasque 13 et le grain lOb. Un choc violent entratnera l'arrêt du grain lob par le flasque 13 puisque J1 I1 va de sol que des modificatioas peuvent être apportées au dispositif décrit sans sortir du champ de l'invention. Bien que, de préférence en élastomère et à remplissage d'huile, le coussin hydrostatique peut être formé par une galette à enveloppe d'élastomère, pleine, composite oa à remplissage granulaire. I1 est possible d'inclure le coussin conforme à l'invention dans un cylindre de frein de manière à obtenir un effet transformateur inverse, c'est-à-dlre, une multiplication d'effort. Les caractéristiques de la présente invention appliquées au plateau 10 peuvent être appliquées de la même façon au poussoir 5 qui subit en service des déplacements plus importants que le plateau 10. On doit noter également que le matériau utilisé pour l'élément annulaire-rapporté et la couronne d'appui possède non seulement des qualités anti-corrosion mais aussi de bonnes qualités frottantes, ce qui peut contribuer à diminuer les frictions et les usures dans la zone à faible jeu au voisinage du coussin et l'usure de l'enveloppe ou due la surface du coussin dans cette zone. L'élément annulaire rapporté et bloqué dans le sens radial par la nervure 17 s'oppose à l'arrachement de la lèvre d'étanchéité logée dans la rainure 9, lorsque la pression hydrostatique augmente à l'intérieur de l'enveloppe 7. Sous l'action de la pression, cette lèvre d'étanchéité est appliquée plus fortement au contact du fond de la rainure.La mise en place aisée de cette lèvre d'étanchéité dans la rainure 9 est rendue possible par le fait que ltélément annulaire est engagé dans sa rainure en deux moitiés après l'assemblage étanche de l'enveloppe 7 et du plateau 10 ; l'élasticité de l'enveloppe 7 maintient ensuite l'élément annulaire 11 en position pendant les opérations de remplissage et de purge du coussin hydrostatique 6. Le grain lOb constitue un prolongement central du plateau 10 et les alésages 21 et 22 qui traversent ce prolongement et débouchent à l'intérieur du coussin sont obturés en service par des bouchons situés du côté de la surface convexe 10c du grain de poussée. Les bouchons ne viennent pas en saillie sur cette surface 10e qui peut en quelque sorte rouler sur la face plane de 1'embase 1 en absorbant le jeu J1. REVENDICATIONS 1) Dispositif transformateur d'effort, du type comprenant dans un corps, un coussin hydrostatique sur lequel prennent appui, d'une part, un premier poussoir à grande surface active et constituant l'organe transmetteur de grand effort et, d'autre part, un deuxième poussoir à faible surface active et constituant l'organe transmetteur de faible effort, la surface du coussin se composant de zones situées en appui sur les deux poussoirs et sur au moins une paroi d'appui du corps, caractérisé en ce que le jeu ménagé entre le premier (et/ou le deuxième) poussoir et le corps est relativement important à distance du coassin pour éviter l'usure du poussoir, tandis qu'il est faible au voisinage du coussin pour éviter toute extrusion de celui-ci 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transition du jeu relativement important au jeu faible est réalisée par le moyen d'une saillie annulaire du poussoir. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la saillie annulaire du poussoir est constituée par un élément annulaire qui est rapporté de façon démontable sur le poussoir et qui est, de préférence, constitué en un matériau évitant la corrosion du coussin et/oa possédant de bonnes qualités frottantes. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément annulaire constitue une partie de la zone du poussoir en appui contre le coussin hydrostatique et comporte au moins un organe d'arrêt coopérant avec un organe correspondant du poussoir afin de s'opposer à tout mouvement radial de l'élément annulaire. 5) Dispositif selon les revendicatio.ls 3 ou 4, caractérisé en ce que l'élément annulaire comporte au moins un évidement ménagé à partir de sa zone en contact avec le poussoir, cet évidement étant destiné à faciliter le démontage de l'élément annulaire. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le poussoir comporte au moins an évidement ménagé à partir de sa zone en contact avec l'élément annulaire, cet évidement étant destiné à faciliter le démontage de l'élément annulaire. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le coussin est du type à enveloppe ouverte remplie de fluide hydrostatique, et en ce que l'enveloppe présente, sur toute la longueur de son bord libre relié de façon étanche au premier poussoir, une face de retenue en appui sur une face interne de l'élément annulaire du premier poussoir. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que I'élément annulaire est réalisé en deux moitiés engagées par leur organe dtarrEt dans l'organe correspondant du poussoir, 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 b 8, caracterisb en ce que la zone du premier poussoir portant sur le coussin présente un diamètre inférieur à celui du coussin et en ce qu'une couronne d'appui faite d'une matière évitant la corrosion du coussin et/ou possédant ae bonnes qualités frottantes, est placée dans un dégagement circulaire du corps et est serrée contre la zone adjacente du coussin pour co*ltribuer à empêcher 1'extrusion de ce dernier. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier poussoir constitpe un plateau mulla d'un grain central recevant l'effort à transformer et en ce que le corps est solidaire d'un flasque entourant avec jeu le grain du plateau, une chambre de décantation étant ainsi déterminée entre le flasque et le plateau 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le premier poussoir constitue un plateau pourvu d'un grain central recevant l'effort à transformer, le grain présentant deux alésages qui servent de passages de remplissage et de purge du coussin en fluide hydrostatique et qui laissent pleine la partie centrale du grain. 12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un segment d'usure est-interposé entre le premier et/ou le deuxième poussoir et le corps dans la zone où le jeu est relativement important. 13) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le jeu relativement important existant entre le corps et la partie principale du plateau est supérieur au jeu prévu entre le flasque solidaire du corps et le grain du plateau.