Brevet FR2293615A1 — publié le 19760702

-La présente invention, due à la collaboration de Messieurs Miche LINGRAND et Bernard POISSON, ae rapporte à un nouveau type de vérin de construction particulièrement économique. Dans les vérins de type connu l'élément actif consiste soit en un piston, réalisé en un seul ou plusieurs éléments rigides assemblés entre eux et coulissant alternativement à 1'intérieur d'un cylindre, soit en une membrane élastique se déformant à l'in- térieur d'un bottier. Dans les vérins à piston l'étanchéité est obtenue à l'aide de joints ou de segments loges dans des gorges pratiquées sur la surface latérale desdits pistons, et grace à un ajustement précis entre ces éléments d'étanchéité et la surface interne du cylindre, laquelle doit Titre également usinée avec soin. Il en résulte une multiplicité d'usinages de pression grevant dans de fortes proportions le prix de revient de l'ensemble. En outre, ces éléments d'étanchéité constituent des pièces en mouvement et sont de ce fait soumis à une usure rapide et à ime destruction accélérée nécessitant leur remplacement fréquent. Les vérin à membrane nécessitent beaucoup moins d'usinages de précision et sont donc plus économiques que les précédent. Cependant, les membranes s'avèrent fragiles et ces vérins ne peuvent transmettre que de faibles efforts avec des débattements très liiit'n. Le but de la présente invention consiste en la réalisation dtun vérin de construction particulièrement économique ne présen- tant pas les inconvénients précités Le vérin selon l'invention est composé dtun cylindre de travail muni d'un élément de séparation interne, relié à une tige de transmission de mouvement et divisant ledit cylindre en deux chambres distinctes. Sa caractéristique principale consiste en ce que l'élément de séparation est constitué par un ruban élastique enroulé On spirale à spires sensiblement jointives, fixé de façon étanche à la paroi interne du cylindre par sa périphérie externe et à la tige de transmission de mouvement par sa spire centrale, ledit élément de séparation faisant ainsi office de piston par glissement longitudinal de ses spires libres les unes sur les autres lors du déplacement de la tige de transmission de mouvement et de l'admission doun fluide sous pression dans l'une des chambres du cylindre. Le ruban élastique peut & re réalisé en acier ou en tout autre matériau souple et résistant enroulé en spirale et sa fixation obtenue, par exemple, par collage à la paroi interne du cylindre et à la tige de transmission de mouvement. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément de séparation est ancré par chacune de ses extrémités au moyen d'un certain nombre de spires d'enroulement venant s'encastrer dans une gorge circulaire respectivement pratiquée sur la paroi latérale interne du cylindre et sur la surface externe de la tige de transmission de mouvement. La rigidité radiale du ruban élastique assure un centrage efficace de la tige de transmission de mouvement augmentant ainsi les caractéristiques mécaniques de 11 ensemble et l'étanchéité entre les deux chambres du cylindre est obtenue par la grande surface de laminage de fluide définie entre deux spires jointive s dudit ruban. Les seuls frottements existants ont lieu entre les spires successives du ruban élastique1 et comme les déplacements relatifs entre deux spires sont très faibles, du fait du rapport entre la course et le nombre de spires, ces frottements ainsi que les échauffements pouvant en résulter sont également très faibles. Ces caractéristiques de frottement peuvent Titre améliorées en utilisant un ruban élastique dont les deux faces possèdent des coefficients de frottement différents. C'est ainsi que l'on peut utiliser un ruban métallique comportant sur au moins l'une de ses faces un traitement de surface destiné à diminuer le coefficient de frottement entre chaque spire dudit ruban. Ce traitement de surface peut consister en un revatement par métallisation d'un alliage anti-friction, ou en un revStement à l'aide d'un matériau plastique du type, par exemple, commercialisé sous la marque TEFLON. Enfin, selon une variante préférée de réalisation, l'élé- ment de séparation est constitué par un double enroulement concentrique de deux rubans de matière différente, dont l'un est métallique, et le second, composé d'un matériau souple comportant des propriétés anti-friction, déborde latéralement sur les flancs du premier afin de le maintenir et d'assurer ltétanchéité des extrémités de l'enroulement. Dans ce cas également le ruban comportant des propriétés anti-friction peut être réalisé en matériau plas tique du type commercialisé sous la marque TEFLON. La présente invention permet donc la réalisation de serin de construction particulièrement économique, fonctionnants sans joint ni pièce flottante et utilisables aussi bien en tant que moteurs ou récepteurs à pression hrdraulique ou pneumatique. Dtautres particularités de la présente invention apparaî- tront également dans la description suivante d'exemples non limitatifs de réalisation préférés d'un vérin selon l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure I est une vue en coupe longitudinale d'un vérin à double effet comportant un élément de séparation selon ltinven- tion ;; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un élément de séparation selon l'invention - la figure 3 est une représentation simplifiée d'un élément de séparation dont le ruban élastique comporte un traiteront de surface anti-friction sur l'une do ses faces - la figure 4 est une représentation simplifiée d'un élément de séparation constitué par un double enroulement concentrique de deux rubans de matière différente ;; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un vérin à simple effet comportant un élément de séparation selon 1' inven- tion et représente dans les deux positions extrêmes do son équipage mobile ; - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'un vérin à double effet et à grande course, comportant un élément de sépa- ration selon l'invention et représenté dans les deux positions estrbmes de son équipage mobile. Le vérin représenté par la figure t se compose d'un cylindre de travaili -ni d'un élément de séparation interne , relié à une tige 3 de transmission de mouvement et divisant ledit cylindre en deux ehambros distinctes 4 et 5. Le cylindre 1 se compose dltut corps principal obturé à l'une de ses extrémités par une paroi 6 dans laquelle coulisse la tige 3, à laquelle elle sort d'élément de guidage, avec interpe- sition d'un joint d'étanchéité torique 7/et à son extrémité opposée de par un couvercle de fermeture 8, venant se visser en butée dans ledit corps de cylindre avec interposition d'un joint d'étanchéité circulaire 9, et permettant d'introduire l'ensemble constitué par l'élément de séparation 2 et la tige 3 de transmission de mouvement à l'intérieur dudit cylindre 1. Lelcouvercle de fermeture 8 comporte en son centre un orifice 10 de mise en communication avec le fluide de la chambre 4, de meme que le corps du cylindre comporte à proximité de sa paroi 6 un orifice 11 de mise en communication avec le fluide de la chambre 5, lesdits orifices 10 et 11 étant destinés à entre reliés au circuit fluidique général de l'appareil sur lequel se trouve monté le vérin. Ltélément de séparation 2 est constitué par un ruban élastique enroulé en spirale à spires jointives et ancré par chacune de ses extrémités au moyen d'un certain nombre de spires d'enroulement venant s'encastrer dans une gorge circulaire ménagée sur la surface interne du cylindre 1tet en extrémité de la surface externe de la tige 3 de transmission de mouvement, Tout autre moyen de fixation du ruban élastique peut également titre envisagé comme, par exemple1 un collage à l'aide dtune résine polymère. La gorge circulaire 12 pratiquée sur la surface interne du corps du cylindre 1 se trouve judicieusement située dans le prolongement de la partie filetée sur laquelle vient se visser le couvercle de fermeture 8 de sorte que l'une des joues de ladite gorge circulaire 12 est constituée par la face d'extrémité de ltembase filetée 13 dudit couvercle 8. De la sorte l'ajustement de la largeur de ladite gorge circulaire 12 en fonction de celle de l'élément de séparation 2, afin d'obtenir un ancrage efficace dudit élément de séparation 2 dans le cylindre 1 peut être aisément réalisé, sans recourir à un usinage de précision, en jouant uniquement sur l'épaisseur du joint d'étanchéité circulaire 9. L'ancrage de l'élément de séparation 2 sur la tige 3 de transmission de mouvement est réalisé à l'aide d'une vis 14 bloquée à fond de filet dans un alésage pratiqué en extrémité de ladite tige 3, et filetée sur une longueur telle que la longueur libre sous toute de ladite vis 14 corresponde sensiblement à la largeur dudit élément de séparation 2. De la sorte l'ajustement de la largeur de la gorge circulaire 16 ainsi ménagée, en fonction de celle de l'élément de séparation 2, afin d'obtenir un ancrage efficace dudit élément de séparation 2 sur la tige 3 de transmission de mouvement, peut être également réalisé sans recourir à un usinage de précision, en jouant uniquement sur l'épaisseur d'une rondelle de réglage 15 interposée entre l'extrémité de ladite tige 3 et ledit élément de séparation 2. Le diamètre extérieur de cette rondelle de réglage 15 est d'ailleurs supérieur à celui de la tige 3 de manière à forer butée de course de ladite tige 3 contre la face interne de la paroi 6 du cylindre 1, de même que la teste de la vis 14 forme ga- lement butée de course inverse de ladite tige 3 contre la face interne du couvercle de fermeture 8. Ce type de butée, de réalisa- tion simplifiée au wasious, s'avère cependant d'une efficacité suffisante car, du fait de l'auto-amortissement engendré en fin de course par le ruban élastique de l'élément de séparation 2, il n'a pas à supporter d'efforts importants sous de fortes vitesses de prise de contact. Le ruban élastique peut etre réalisé en acier, à l'aide dtune bande de feuillard par exemple, ou en tout autre matériau souple et résistant enroulé en spirale à spires jointives. Le vérin selon 1$invention se présente donc sous la forme d'une réalisation particulièrement économique car, outre les solutions simplifiées d'ancrage de l'élément de séparation 2 pré- citées et ne demandant qu'une relative précision dans usinage, la surface intérieure du cylindre, contrairement aux réalisations classiques à piston, demeure entièrement à l'état brut, mis à part la gorge circulaire 12, et à l'exception peut-être d'un léger sur façage facultatif des faces internes de la cloison 6 et du couvercle de fermeture 8 au niveau des zones de contact avec la téte de la vis 14 et la rondelle 15 forment butées de course pour la tige 3 de transission de mouvement. A ce sujet, il peut également entre envisagé la présence à ce niveau de bossages, tels que représentés en traits mixtes sur cette figure 1, et dont la profondeur de surfaçage permettra de régler au montage les positions de fin de course de la tige 3 de tran-ission de mouvement. Le vérin illustré par la figure 1 est un vérin à double effet dont l'utilisation peut Bistre prévue en tant que moteur ou récepteur à pression hydraulique ou pneumatique. Dans le cas où il est utilisé en récepteur son fonction nement est le suivant Lors de l'admission du fluide dans la chambre 4, par l'intermédiaire de l'orifice 10, la pression de ce fluide s'exerce sur la surface projetée S du ruban élastique 2 assurant ainsi une poussée provoquant le déploiement longitudinal dudit ruban élas- tique, lequel entratne le déplacement de ia tige 3 de transmission de mouvement dans le sens F1, ainsi que l'expulsion, par l'orifice 11, du fluide se trouvant dans la chambre 5.L'élasticité et la forme en spirale du ruban élastique 2 autorisent un allongement de celui-ci, cet allongement étant compensé par un déroulement progressif des spires emprisonnées dans la gorge intérieure 16 managée sur la tige 3 de transmission de mouvement entre la vis 14 et la rondelle 15. L'admission du fluide dans la chambre 5, par l'intermédiaire de l'orifice 11, provoque le regroupement longitudinal du ruban élastique 2, lequel entratne le déplacement inverse de la tige 3 dans le sens F2, ainsi que l'expulsion, par l'orifice 10, du fluide se trouvant dans la chambre 4. Parallblement,et ee pour les mimes raisons que ci-dessus, lors de l'utilisation du vérin selon l'invention en organe moteur, le déplacement de la tige 3 de transmission de mouvement dans le sens F1 provoque une aspiration de fluide dans la chambre 4, par l'intermédiaire de l'orifice 10, et l'expulsion, par l'orifice 11, du fluide se trouvant dans la chambre et inversement le déplacement de la tige 3 dans le sens F2 provoque une aspiration de fluide dans la chambre 5 par l'intermédiaire de l'orifice il1 et ltexpulsion, par l'orifice 10, du fluide se trouvant dans la chambre 4. La rigidité radiale du ruban élastique 2 assure un centrage efficace de la tige 3 de transmission de mouvement augmentant ainsi les caractéristiques mécaniques de l'ensemble et l'étanchdité entre les deux chambres 4 et 5 du cylindre 1 est obtenue par la grande surface de laminage du fluide définie entre deux spires jointives de ce ruban élastique 2. D'ailleurs, ainsi que l'illustre la figure 2, la section de passage (e multiplié par 1) offerteau fluide entre chaque spire est réduite à une valeur négligeable par la combinaison de l'élasticité du ruban 2 tendant à appliquer les spires intérieures sur les spires extérieures selon F3, et de la pression du fluide venant s'appliquer sur lesdites spires selon F4. Dans ce type de vérin les seuls frottenlents existants t liew entre les spires successives du ruban élastique 2, et comme les déplacements relatifs entre deux spires sont très faibles, du fait du rapport entre la course et le nombre de spires, ces frottements ainsi que les échauffements pouvant en résulter sont également très faibles. Ces caractéristiques de frottement peuvent encore store améliorées en utilisant un ruban élastique 2 dont les deux fecn possèdent des coefficients de frottement différents. C'est ainsi que l'on peut utiliser, ainsi qu'il est schématisé sur la figure 3, un ruban métallique 2 comportant sur au moins l'une de ses faces un traitement de surface 17 destiné à diminuer le coefficient de frottement entre chaque qpire dudit ruban. Ce traitement de surface peut consister en un revêtement par métallisation d'un alliage anti-friction, ou en un revêtement à l'aide d'un matériau plastique du type, par exemple, commercialisé sous la marque TEFLON. Afin, selon une variante préférée de réalisation repré- sentée par la figure 4, l'élément de séparation 2 est constitué par un double enroulement concentrique de deux rubans 18 et 19 de matière différente, dont l'un (le ruban 18) est métallique et le second ( le ruban 19 ), composé d'un matériau souple comportant des propriétés anti-friction, déborde latéralement selon de petites ailes 20 sur les flancs du premier (18) afin de le maintenir et d'assurer l'étanchéité des extrémités de l'enroulement.Dans ce cas également, le ruban 19 comportant des propriétés antifriction peut Titre réalisé en matériau plastique du type commer- cialisé sous la marque TEFLON La figure 5 est une représentation simplifiée d'un vérin à simple effet, selon l'invention, dont seule la chambre b est mise en communication avec un fluide, par l'intermédiaire de l'orifice tolet la chambre 5 est soumise à la pression atmosph4- rique, la course de retour de l'élément de séparation 2 étant assurée par l'élasticité du ruban le composant. L'utilisation de cette version peut également Stre envisagée en tant qu'élément moteur ou récepteur hydraulique ou pneumatique. De me la figure 6 est tme représentation simplifiée d'un vérin à double effet, selon l'invention, pouvant toujours Titre utilisé en tant qu'élément moteur ou récepteur hydraulique ou pneumatique, et doté d'une grande course, sensiblement égal. au double de celle du vérin de la figure 1, grtce à une utilisation symétrique, par rapport à sa position de repos, du déploie- ment longitudinal de l'élément élastique 2, lequel est alors sens siblement placé à mi-longueur du cylindre la. Bien entendu, les différents modes de réalisation décrits ci-dessus à titres d'exemples ne sont nullement limitatifs, et diverses modifications peuvent leur dtre apportées par l'homme de l'art sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. 1UVnN' )l CATI ONS 1 - Vérin composé d'un cylindre de travail muni d'lm élément de séparation interne, relié à une tige de transrr.issinn de mouve ment, et divisant ledit cylindre en deux chambres distinctes, Ca- tactérisé en ce que l'élément de séparation est constitué par un ruban élastique enroulé en spirale à spires sensiblement jointives, fixé de façon étanche à la paroi interne du cylindre par sa périphérie externe et à la tige de transmission de mou vement par sa spire centrale, ledit élément de séparation faisant ainsi office de niston par glissement longitudinal de ses spires libres les unes sur les autres lors du déplacement de la tige de transmission de mouvement et de l'admission d'un fluide sous pression dans l'une des chambres du cylindre. 2 - Vérin, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élé ment de séparation est ancré par chacune de ses extrémités au moyen d'un certain nombre de spires d'enroulement venant s'en castrer dans une gorge circulaire respectivement pratiquée sur la paroi latérale interne du cylindre et sur la surface externe de la tige de transmission de mouvement. 3 - Vérin, selon la revendication 1, caractérisé eh ce que le ruban élastique est métallique et comporte sur au moins l'une de ses faces un traitement de surface destiné à diminuer le coefficient de frottement entre chaque spire dudit ruban. 4 - Vérin, selon la revendication 3, caractérisé en ce que le trai tenent de surface appliqué sur le ruban élastique consiste en un revAtement par métallisation d'un alliage anti-friction. 5 - Vérin, selon la revendication 3, caractérisé en ce que le traitement de surface appliqué sur le ruban élastique consiste en un revêtement à l'aide d'un matériau plastique. Ó - Vérin, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élé- ment de séparation est constitué par In double enroulement concentrique de deux rubans de l.ltiere diíf rente,dont l'lm est nétallique et le second, compos d'un matériau souple comportant des propriétfs anti-friction, déborde latéralement sur les flancs du premier afin de le maintenir et d'assurer l'étanchéité des extrémités de 1 'enroulement. 7 - Vérin, selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ruban comportant des propriétés anti-friction est en matériau plas tique. o - Vérin, selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que le matériau plastique employé est du type commercialisé sous la marque TEFLON.