Brevet FR2432633A1 — publié le 19800229

La présente invention concerne un vérin protégé contre le blocage. Pour surmonter les difficultés qui résultent de la déformation de certaines parties des vérins, il a été proposé de construire les pistons ou dispositifs d'étanchéité du vérin de manière qu'ils comportent des parties infrangibles qui se brisent lorsqu'elles heurtent une partie déformée de manière que le vérin puisse continuer à fonctionner. Cette infrangibilité est obtenue par la formation de plusieurs segments de rupture délimités par plusieurs encoches radiales ménagées dans des brides opposées ainsi que d'une entaille prévue à la base des encoches. Cette structure est décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique numéro 3 884 127. Bien que cette structure travaille de façon satisfaisante dans la plupart des cas, on a constaté que, dans les applications où il existe un jeu relativement restreint entre la surface interne du cylindre et la surface externe de la tige du piston, on se heurte à des difficultés qui n'avaient pas été prévues précédemment. L'une de ces difficultés réside dans le fait que les segments de rupture ou infrangibles sont relativement courts et donnent ainsi naissance à un petit bras de levier de sorte que la force nécessaire pour provoquer la rupture du segment est relativement grande. Dans certaines circonstances, la force nécessaire est tellement grande que le vérin, avec les étages supplémentaires qu'il comporte dans un mécanisme redondant, est incapable d'engendrer une force suffisante pour provoquer la rupture du segment. Une autre difficulté que l'on rencontre dans les vérins présentant un petit jeu consiste en ce que, dans le cas le plus fréquent, la déformation d'une paroi du cylindre, par exemple sous l'effet d'un projectile pénétrant cette paroi, a pour effet de placer la partie déformée de la paroi à proximité immédiate de la surface externe de la tige du piston du vérin. Dans les constructions antérieures, si les segments se sont en fait brisés et détachés, la tige de piston présente habituellement une petite saillie à l'endroit de la rupture. Cette saillie bute contre la partie déformée de la paroi du cylindre et empêche le piston de continuer à se déplacer par rapport au cylindre. Un autre problème qui se pose avec les constructions de la technique antérieure dans le cas de vérins à faible jeu consiste en ce que les segments éventuellement brisés et détachés se coincent fréquemment entre la tige du piston et la surface interne du cylindre. Ce phénomène de coincement se produit en raison du fait qu'il existe à la périphérie des segments une collerette qui a pour effet que la partie la plus large des segments se trouve à la périphérie extérieure de ces derniers.Lorsqu'une force provoque la rupture des segments, ces derniers basculent vers l'intérieur (vers la gorge du joint d'étanchéité) et la distance séparant l'angle extérieur du segment de l'angle intérieur au point de fracture est beaucoup plus grande que le jeu existant entre la surface interne du cylindre et la tige du piston, de sorte que le segment brisé se coince et gêne ou rend impossible le fonctionnement du dispositif. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention a pour objet un vérin muni d'une structure ou dispositif anti-blocage et qui comprend une combinaison cylindre-piston comportant elle-meme un dispositif d'étançhéité métallique et un piston métallique. Le dispositif d'étanchéité, le piston ou chacun de ces deux éléments présente une gorge qui reçoit un élément d'étanchéité et donne naissance à deux collerettes opposées que des encoches divisent en une série de segments radiaux. Les encoches et le fond de la gorge sont remplis d'une matière de type caoutchouc qui est collée aux collerettes pour donner naissance à des collerettes complètes comprenant des segments alternativement réalisés en métal et en caoutchouc. Gråce à l'utilisation de cette structure, les encoches des collerettes peuvent être nettement plus profondes, pour donner des segments plus longs formant un bras de levier plus long, de sorte que les segments peuvent se briser sous l'influence d'une force plus faible. Du fait que la matière de type caoutchouc comble les encoches, la différence de pression qui doit s'exercer sur les deux faces opposées du piston ou du dispositif d'étanchéité pour le bon fonctionnement peut hêtre maintenue même si les encoches sont prolongées au-dessous du niveau de la surface interne des bagues ou segments d'étanchéité qui sont normalement nécessaires dans ces structures. Suivant une autre caractéristique, les collerettes délimitées par la gorge sont coniques de manière à présenter une plus petite largeur au niveau du bord extérieur de la gorge, ceci afin de laisser une distance plus courte entre le bord extérieur des segments et leur point de rotation à la base; cette particularité réduit considérablement et, dans la plupart des cas, supprime le risque de coincement des segments éventuellement brisés et détachés. D'autres caractéristiques et avantages de 15Invention apparat tront au cours de la description qui va suivre, Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, - la Fig. 1 est un schéma d'un dispositif de commnnde utilisant un vérin protégé contre le blocage construit conformément à 1' inven- tion : - la Fig. 2 est une vue en élévation d'un piston construit conformément à l'invention; - la Fig. 3 est une vue en coupe prise suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2; - la Fig. 4 est une vue en coupe partielle prise suivant la ligne 4-4 de la Fig. 9; et - la Fig. 5 est une vue analogue à la Fig. 3 mais représentant le fonctionnement du piston en réponse à une déformation de la paroi du cylindre du vérin. Les dessine et plus particulièrement la Fig. 1 représentent schématiquement un dispositif comprenant un vérin hydraulique protégé contre le blocage et construit conformément à Il invention. ainsi qu'on l'a représenté, une charge 10 se déplace sous l'ac tison de deux vérins 12 jumelés pour former un mécanisme redondant et dont la position est commandée par des signaux appliqués à un distributeur 14. S'il se produit une déformation de la paroi du cylindre ou de la tige du piston de l'un des vérins 12, la déformation se comporte comme une butée et, dans le cas de vérins classiques, elle met hors d'action tout le dispositif de commande. Ceci se produit simplement parce-que la force engendrée par la pression est insuffisante pour repousser le piston au-delà de l'obstacle ainsi créé. Suivant les in dications du brevet des Etats Unis d'Amérique 9 884 127, la structure à éléments infrangibles ou de rupture mentionnée plus haut est utili- sée pour permettre au vérin 12 de continuer à fonctionner mme en prépence de telles déformations. La présente invention constitue un perfectionnement comparativement au brevet 3 884 127 précité et permet à un dispositif tel que celui représenté sur la Fig. 1 de fonctionner =8me lorsque les jeux intérieurs sont très réduits. Suivant l'invention, le dispositif utilisant une structure protégée contre le blocage est commandé par des signaux appliqués aux conducteurs d'entrée 16 du dispositif de commande 14, signaux qui émanent d'un pilote, d'un dispositif d'augmentation de stabilité ou d'un autre appareil de commande habituellement utilisé sur les ayions. Lorsque le distributéur 14 réagit aux signaux d'entrée appliqués aux conducteurs 16, un fluide hydraulique circule dans les conduits 18, 20, 22 et 24 vers les vérins 26 et 28 ou en sens inverse. Le vérin 26 comprend un cylindre 30 dans lequel coulisse un piston 32. Une tige de piston 34 est reliée au piston 32 et traverse des dispose sitifs d'étanchéité 36 et 38. Le vérin 28 est identique au vérin 26, cette identité de construction étant traduite par l'utilisation des mimes numéros de référence affectés de l'indice prime (')-pour désigner les divers éléments. Les tiges de pistons 34 et 34' sont reliées par une traverse 40 qui, à son tour, est-reliée à la charge 10, ainsi qu'on l'a indiqué par la ligne 42 en traits interrompus. Par conséquent, lorsque le fluide hydraulique circule dans les conduits 18 à 24, les pistons 32 et 32' se déplacent en translation dans un sens ou dans l'autre à l'intérieur de leurs cylindres respectifs 30 et 30' et la charge 10 est mise en position.Si l'un des cylindres, par exemple le cylindre 30', vient à être déformé par un projectile qui l'a frappé et/ou a pénétré à travers sa paroi, les collerettes segmentées du piston 32' se brisent sous l'effet des forces exercées par le piston 32, en permettant ainsi au piston 32' de franchir la déformation et le piston 32 exerce alors une force suffisante pour continuer à commander la position de la charge 10 mEme si le vérin 28 n'est plus en état de fonctionner. On se reportera maintenant à la Fig. 2 sur laquelle on a représenté un piston construit conformément à l'invention. Ainsi qu'on le notera la tige 50 de ce piston fait saillie sur les deux faces de ce piston et représente de ce fait une forme de réalisation qui peut être utilisée dans un vérin en tandem. Comme représenté, la tige 50 du piston porte une tête 52. La tête du piston présente une gorge péri phérique 54 qui s'étend radialement vers l'intérieur, vers la tige 50 du piston. La formation de cette gorge 50 donne naissance à deux collerettes opposées 56 et 58.Chacune des collerettes 56 et 58 est segmentée, par exemple par la formation d'encoches telles que celles re présentées en 60. il convient de remarquer, que suivant l'une des caractéristiques de l'invention, les encoches 60 se terminent au niveau de la surface externe 62 de la tige 50. Les collerettes 56 et 58 de la tête du piston sont donc segmentées par des encoches radiales 60 formées de manière à s'étendre radialement vers l'intérieur, du bord extérieur des collerettes 56 et 58 à la surface externe 62 de la tige 50 du piston. I1 convient également de remarquer que les parois externes 64 et 66 des collerettes 56 et 58 respectivement sont coniques, et convergent vers la gorge 54 de sorte que la surface externe des collerettes est de largeur plus faible que leur base. En outre, la base des collerettes 56 et 58 est épaissie par la formation d'une butée 68 ou 70 sur chacune des collerettes 56 ou 58 respectivement. Les butées 68 et 70 sont destinées à venir s' appuyer contre des butées prévues à l'intérieur des vérins 26 et 28 pour limiter ainsi la course des pistons à l'intérieur du cylindre ainsi qutil est bien connu dans la technique. Sans autre particularité, la structure représentée sur les Pig. 2 et 3 est ineapable de travailler correctement ainsi qu'il sera évident pour l'homme de l'art. En effet, avec les encoches 60 entaillant les collerettes 56 et 58 sur toute la hauteur et se prolongeant jus qu' la surface 62 de la tige, on obtient une situation telle que, si une différence de pression était établie de part et d'autre de la tête 52 du piston, le fluide fuierait à travers les encoches 60 d'un c3té à l'autre de cette tête du piston même si une garniture d'étanchéité était disposée dans la gorge 54.Dans les structures de la technique antérieure telles que celle représentée et décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amérique no 3 884 127, les encoches sont interrompues nettement en retrait de la surface externe de la tige, de sorte qu'une partie importante des collerettes massives fait saillie au-dessus de la surface du fond de la gorge de la garniture d'étanchéité.Aussi pour permettre la formation des encoches à la profondeur décrite en regard des Fig. 2 et 3 et en même temps permettre à la structure de travailler correctement et conformément aux principes de l'invention, les encoches 60 et une partie de la gorge 54 sont remplies d'une substance de type caoutchouc. I1 est plus facile de comprendre cette particularité en se reportant à la Fig. 4, qui constitue une vue partielle en coupe prise suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3, ligne qui passe à travers la substance de type caoutchouc disposée dans l'une des encoches 60. Comme on peut le voir sur la Pig. 4, la gorge 54 est formée de manière telle que son fond ou sa base se trouve au même niveau que la surface externe 62 de la tige 50 du piston, et ce fond ou cette base est représenté en 74. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué plus haut, la profondeur des encoches est telle qu'elles s'étendent également jusqu'au meme niveau. Pour affaiblir de façon appropriée les segments de collerettes 56 et 58, la tige 50 du piston est creusée, par exemple par la formation d'une rainure dans sa surface externe au-dessous de chacune des collerettes 56 et 58, ainsi qu'on l'a représenté en 76 et 78 respectivement. Les encoches 60, ainsi qu'une partie de la gorge 54, depuis la surface de fond 74 de cette gorge jusqu'à un niveau tel que celui représenté en 80 sont remplies d'une substance de type caoutchouc. Cette substance peut être l'une quelconque des substances connues dans la technique qui sont capables de résister à des différences de pression régnant de part et d'autre de la tête du piston, qui adhèrent au métal dont la tête du piston et la tige du piston sont formées et qui sont capables de se cisailler lorsque les segments 63 des collerettes rencontrent une déformation et se brisent. On peut citer comme exemple de ces substances de type caoutchouc qui sont actuellement connues le butadiène, le caoutchouc au silicone vulcanisé à la température ambiante ainsi que des composés nitriles bien eonnus. La gorge 54 renferme une garniture d'étanchéité constituée par deux segments de piston en nylon 82 et 84 ainsi qu'une rondelle ondulée 86 qui exerce sur les segments une force dirigée vers l'extérieur pour mettre ces segments en contact avec la surface externe du cylindre et établir un joint étanche sur cette surface interne, ainsi qu'il est bien connu dans la technique. Le fait de combler la gorge 54 entre la partie inférieure 74 et la surface supérieure 80 d'une matière de type caoutchouc, permet d'utiliser des segments de pistons standards ainsi que des rondelles ondulées d'un type couramment utilisé dans la technique. Pour remplir les encoches 60 et la partie inférieure de la gorge 54 d'une matière de type caoutchouc, on peut opérer de diverses fa çons bien connues de l'homme de l'art. Par exemple, on peut placer la tête du piston dans un moule possédant la forme désirée puis injecter la matière de type en caoutchouc sous pression pour remplir les encoches et la gorge. Ensuite, on vulcanise le caoutchouc conformément aux techniques bien connues et on ébavure pour le porter aux dimensions voulues des collerettes 56 et 58. & ec la structure décrite ci-dessus, il est clair que, lorsqu'un des segments 63 formés dans les collerettes 56 et 58 entre en contact avec une déformation telle que celle représentée en 102 sur la Fiv.5, ce segment 63 se brise au niveau d'une surface 106 située à peu près à la même hauteur que la surface externe 62 de la tige 50. La matière de type caoutchouc qui est contenue dans les encoches 60 se cisaille en permettant ainsi au segment de se briser et de se détacher pour ne plus faire obstacle au franchissement de la déformation 102.Ainsi qu'on le remarquera, la distance entre les angles du segment 63 n'est que légèrement supérieure à la distance mesurée le long de la surface interne de la collerette et, par ailleurs, le bord extérieur est légèrement arrondi pour réduire considérablement, sinon éliminer totalement, toute tendance du segment 63 à se coincer entre la tige 50 et la surface interne 108 du cylindre 30. I1 sera évident pour l'homme de l'art que la matière de type caoutchouc et les segments n'ont été omis sur la Fig. 5 que pour la clarté de la représentation et la facilité de la compréhension. La matière de type caoutchouc contenue dans la gorge 54, ainsi qu'on l'a indiqué clairement sur la Fig. 4, se comprime lorsqu'un segment est poussé contre cette matière. Dans le présent mémoire et dans les revendications, on entend par "matière de. type caoutchouc" toute matière souple capable d'adhérer à la tête et à la tige du piston. - REVENDICATIONS 1 - Vérin à dispositif anti-blocage, caractérisé en ce outil comprend un cylindre présentant un dispositif d'étanchéité métallique dont les bords intérieurs définissent une ouverture, un piston métallique qui coulisse dans le cylindre et auquel est reliée une tige qui traverse cette ouverture, l'un des deux éléments, le dispositif d'é étanchéité et le piston, présentant une gorge périphérique dirigée radialement vers l'intérieur, qui reçoit une garniture d'étanchéité, ladite gorge délimitant deux collerettes opposées, ces collerettes opposées présentant plusieurs encoches radiales qui délimitent entre elles plusieurs segments radiaux dans les collerettes, et une matière de type caoutchouc qui remplit les encoches et adhère aux collerettes pour donner naissance à des collerettes massives composées de segments métalliques alternant avec des segments de matière de type ca caoutchouc 2 - Vérin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les encoches sont formées dans le piston et sont creusées jusqu'à une profondeur telle que le fond de chaque encoche se trouve au niveau de la périphérie externe de la tige de piston. 3 - Vérin suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'é- paisseur des collerettes décroît radialement de l'intérieur vers 1'extérieur. 4 - Vérin suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la surface externe de chaque collerette est inclinée vers l'intérieur, en direction de la gorge. 5 - Vérin suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la gorge comprend une partie de base remplie de ladite matière de type caoutchouc. 6 - Vérin suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites matières de type caoutchouc contenues dans les encoches et dans la gorge sont fixées ensemble. 7 - Vérin suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le piston et la tige du piston sont constitués -par un élément unitaire d'un seul tenant. 8 - Vérin suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la tige du piston présente une rainure continue à la base de chaque col levrette, cette configuration affaiblissant les collerettes de manière que les segments de ces collerettes puissent se briser en se détachant du piston le long d'une surface sensibIement située au niveau de la surface externe de la tige du piston.