Brevet FR2508581A1 — publié le 19821231

"Ensemble cylindre-piston pneumatique ou hydro-pneumatique, tel qu'amortisseur, composant d'une jambe de force élasti- que pour un véhicule ou ressort à gaz" La présente invention a pour objet un ensemble cylin- dre-piston. Un tel ensemble comprend un cylindre possédant un axe et deux parois d'extrémité, à l'intérieur duquel est ména- gée une cavité Une tige de piston traverse au moins l'une des parois et est déplaçable le long de l'axe du cylindre de l'intérieur vers l'extérieur de la cavité entre deux posi- tions extrêmes Un système de guidage et d'étanchéité de la tige de piston est disposé à proximité de l'une des extré- mités du cylindre pour guider avec étanchéité la tige de piston à travers la paroi considérée Un fluide à une pression supérieure à la pression atmosphérique est contenu dans la cavité Ce fluide comprend une phase gazeuse La pression exercée par ce fluide agit sur la tige de piston, de maniè- re à contraindre celle-ci vers l'une de ses positions ex- trêmes. Des ensembles à cylindre et piston de ce type sont bien connus et sont notamment décrits dans le brevet US 4 270 635 Ils peuvent être utilisés par exemple, comme amortisseurs ou comme composants d'une jambe de force élas- tique dans des véhicules automobiles, ou comme ressorts à gaz verrouillables ou non verrouillables. Dans les dispositifs connus de ce type, des gaz tels que l'azote, sont utilisés, qui sont uniquement en phase gazeuse sur la totalité de la plage de températures de fonctionnement La plage habituelle de température de fonc- tionnement est de l'ordre de 700 C à + 1001 C, de manière à satisfaire pour des ressorts à gaz inclus dans des moteurs de véhicules pouvant être utilisés aussi bien dans des con- ditions polaires que dans des conditions tropicales. La pression des gaz employés habituellement, même à température constante, est dépendante du volume partiel va- riable de la tige de piston contenue dans la cavité, ce volu- me partiel variant lorsque la tige de piston est déplacée entre ses positions extrgmes. Un premier but de l'invention est de fournir un dis- positif à cylindre et piston du type décrit ci-dessus, dans lequel la pression à l'intérieur de la cavité est in- dépendante du volume partiel et variable de la tige de pis- ton contenue dans la cavité, de telle sorte que la force résultant directement ou indirectement du gaz présuré et agissant sur la tige de piston demeure constante. Un autre but de l'invention est de fournir un ensem- ble à cylindre et piston qui présente une haute fiabilité. Cohformément à l'invention, le fluide contenu dans la cavité du cylindre comprend au moins un composant possè- dant une phase gazeuse et une phase liquide, à Ilintérieur d'une plage déterminée de températures de fonctionnement. Le dispositif selon l'invention est d'un intérêt par- ticulier pour toutes les applications dans lesquelles la température normale de fonctionnement est à peu près cons- tante Le champ d'application recouvre notamment le mobi- lier et par exemple les chaises et fauteuils à hauteur va- riable, ainsi que les bureaux qui sont fréquemment équipés de ressorts à gaz compensant le poids d'éléments de régla- ge en hauteur. Dans un tel domaine dtapplication, la température est toujours de l'ordre de 201 C, correspondant à la tempéra- ture normale dans des pièces de séjours, bureaux ou simi- laires. Dans de telles conditions, la pression agissant sur la tige de piston demeure toujours sensiblement constante indépendamment de la position de la tige de piston relati- vement au cylindre Ceci est particulièrement vrai pour des configurations dans lesquelles la section transversale de la tige de piston est relativement importante comparée à la section transversale de la cavité, et o elle est par exemple supérieure à 20 % de la section transversale de la cavité. Dans de tels dispositifs, lorsque l'on utilise les gaz traditionnels, il se produit une variation considérable de pressionmême dans des conditions de température cons- tante. Lorsque l'on utilise tuli gaz conformément à I'inven- tion, une partie plus ou moins importante du fluide est condensée ou liquéfiée, mais la pression agissant sur la tige de piston est toujours la mime et correspond à la pression de vapeur à la température considérée. Dans la mesure o du fluide s'échappe à l'extérieur de la cavité, la pression à l'intérieur de cette dernière demeure inchangée à la température considérée aussi long- temps qu'une quantité de fluide suffisante est contenue dans la cavité pour maintenir une phase liquide à l'intérieur de cette dernière De ce fait, une fonction correete du dis- positif est maintenue pendant une longue période, même s'il se produit une perte de petites quantités de fluide Il faut également noter que la pression régnant à l'intérieur de la cavité est maintenue en-dessous d'une pression maxi- male considérée, qui est tolérable dans les dispositifs de ce type Une augmentation inhabituelle de température peut intervenir même si le dispositif est normalement dis- posé dans une pièce à une température de 20 C Il est né- cessaire que, lors d'une augmentation inhabituelle des tem- pératures, la construction mécanique du ressort à gaz, et plus particulièrement le cylindre et le système de guidage et d'étanchéité puissent résister à la pression supérieure qui en résulte. Avantageusement la plage de températures de fonction- nement s'étend entre 50 C et + 100 C, et peut selon les cas être réduite de manière à être comprise entre 20 C et + 50 C ou entre 10 C et + 300 C. En outre le fluide possède mune tension de vapeur d'au moins 1,5 bar à l'intérieur de la plage de temp 6 ratures de fonctionnement, cette tension de vapeur pouvant être selon les cas d'au moins 1,5 bar A 30 C, d'au moins 2 bars O C, d'au moins 2 bars à 20 C, d'au moins 5 bars à 20 C, d'au moins 10 bars à 20 C, d'au moins 15 bars t 20 C et de moins de 150 bars ' 600 C, de moins de 150 bars A 100 C, de 1, moins de 100 bars à 60 o C, detmoins de 100 bars à 100 C, de moins de 50 bars à 50 C ou de moins de 50 bars aà 100 C. Selon un autre aspect de l'invention la phase fluide du liquide existe dans toutes les positions de la tige de piston entre ses deux positions extrêmes, la pression du dit fluide agissant sur la tige de piston étant constante a une température prédéterminée, indépendamment de la po- sition de ladite tige de piston. Les gaz qu'il est le plus intéressant d'utiliser dans ce dispositif sont ceux qui ont une pression de condensa- tion (correspondant à la tension de vapeur) qui est suffi- sante pour créer une force suffisante à la température d'une pièce, c'est-à-dire à environ 1 C Ces conditions sont rem- plies par certains hydrocarbures et hydrocarbures halogén&s. Ces gaz peuvent être des gaz de synthèse. Il est essentiel que les gaz mis en oeuvre soient iner- tes compte-tenu des composants mécaniques et des composants d'étanchéité du dispositif. A titre d'exemples de fluide pouvant être utilisé, peu- vent être cités l'exfluorure de soufre (SF 6) et le difluo- romonochlorométhane (C Hci F 2). De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin sclénmati- que annexé représentant à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif, vu en coupe longi- tudinale: Le dispositif représenté au dessin comprend un cylindre ( 1) à l'intérieur duquel est ménag 6 e une cavité-(la) Une tige de piston ( 2) s'étend à l'intérieur et à l'extérieur de la cavité, traversant un système de guidage et d'étan- chléité ( 20) A l'intérieur de La cavit 6 (la), la tige de piston est équipée d'tlun piston ( 3) divisant celle-ci en deux chambre de travail ( 17) et ( 1 i 8) Une valve ( 4) coopè- re avec des éléments d'étanchéité ( 15) et ( 21) de manière à séparer les chambres de travail ( 17) et ( 18) l'une de l'autre, et à séparer l'itntérieur de la tige de piston de la chambre de travail ( 18) Le piston (I) est combiné avec une tige de manoeuvre ( 5) coopérant avec un levier d'ac- tionnement ( 6) traversant une ouverture ( 7) ménagée dans la tige de piston ( 2). Un passage ( 16) traverse le piston ( 3) Dans la posi- tion représentée, les chambres de travail ( 17) et ( 18) sont séparées l'une de l'autre par le clapet ( 4) de la valve, qui est maintenu dans la position représentée sous l'effet de la pression interne de la chambre de travail ( 18) Quand la tige d'actionnement ( 5) est déplacée vers le bas, le clapet ( 4) est également déplacé de telle sorte que le passage ( 16) met en communication les chambres de travail ( 17 et 18) Lorsque le passage ( 16) est fermé la tige de piston ( 2) et le piston ( 3) se trouvent dans un état sta- tionnaire par rapport au cylindre ( 1) Lorsque le passage ( 16) est ouvert, la tige de piston ( 2) est déplacée vers le haut, comme représenté au dessin, du fait de la pression interne régnant dans les chambres de travail ( 17) et ( 18), agissant sur la tige de piston ( 2) La force agissant sur la tige de piston ( 2) est égale au produit de la pression interne régnant dans la cavité (la) par la section transver- sale de la tige de piston ( 2) définie par son diamètre ex- térieur. La cavité (la) est remplie d'un fluide sous pression comportant une phase gazeuse ( 22) et une phase liquide ( 23). Le volume de la phase liquide ( 23) est défini par la position de la tige de piston ( 2) à l'intérieur du cylindre ( 1). Lorsque la tige de piston ( 2) est déplacée vers l'extérieur, une certaine quantité de vapeur supplémentaire est évaporée à partir de la phase liquide ( 23) Lorsque la tige de piston ( 2) est déplacée vers l'intérieur du cylindre une certaine quantité de fluide est condensée. Dans la forme d'exécution représentée au dessin, l'ex- trémité inférieure du cylindre repose sur une embase ( 24)Y, elle-même équipée de pattes ( 25), tandis que l'extrémité libre de la tige de piston est équipée à son extrémité su- périeure d'un plateau ( 26) dont la hauteur est à régler. Exemple 1 La cavité (la) est remplie d'hexafluorure de soufre (F 56) La temp 6 rature de fonctionnement est de 20 C La pression de vapeur de la phase gazeuse est de 21,2 bars. Le diamètre de la tige de piston est de 2 cm La section de la tige de piston est de 3,14 cm La force agissant sur la tige de piston est de 652, 7 N Ceci signifie que la tige de pistoln est contrainte vers l'extérieur par une for- ce de 652,7 N, et peut être poussée vers l'intérieur par application vers le bas d'une force de 652,7 N, lorsque le passage ( 16) est ouvert Cette force demeure constan- te durant toute la course de la tige de piston ( 2) du fait qu'il demeure toujours une phase liquide ( 23) à l'intérieur de la cavité et que la pression correspond toujours à la tension de vapeur de SF 6 a la température de 20 C. Exemple 2 Le dispositif possède la même forme et les mêmes di- mensions que celui décrit précédemment La cavité est rem- plie de difluoromonochlorométhane (CHC 1 F 2) La température de fonctionnement est de 20 C La tension de vapeur à cette température est d'environ 9,47 bars La force agissant sur la tige de piston est de 991,35 N. Exemple 3 Le fluide contenu dans le cylindre est du butène-( 1) (C 4 H 8) La température de fonctionnement est d'environ 400 C La tension de vapeur agissant sur la tige de piston est de l'ordre de 5 bars. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif, décrites ci- dessus à titre d'exemples, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et de mise en oeuvre. REVENDICATIONS - 1 Ensemble-piston du type comprenant un cylindre ( 1) limité par deux parois d'extrémités à l'intérieur duquel est ménagée une cavité ( 10), une tige de piston ( 2) traversant au moins l'une des parois d'extrémité du cylindre et déplaçable le long de cet axe à l'intérieur et à l'extérieur de ladite cavité entre deux positions extrêmes, un ensemble ( 20) d'étanchéité et de guidage de la tige de piston adjacent à la paroi d'extrémité traversée, pour assurer le guidage et l'étanchéité de la tige de pis- ton au niveau de la traversée de cette paroi, un fluide à une pression supérieure à la pression atmosphérique qui, contenue dans la cavité du cylindre, comprend une phase gazeuse, et dont la pression agit sur la tige de piston dans un sens de déplacement de celle-ci vers une de ses positions extrêmes, caractérisé en ce que le fluide contenu dans le cylindre possède un composant ayant une phase gazeuse ( 22) et une phase liquide ( 23) à l'intérieur d'une plage déterminée de températures de fonc- tionnement. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plage de températures de fonctionnement s'é- tend entre -50 C et + 1000 C. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plage de températures de fonctionnement s'é- tend entre 200 C et + 500 C. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plage de températures de fonctionnement s'é- tend entre 100 C et + 300 C. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur d'au moins 1,5 bars à l'intérieur de la plage de températures de fonc- tionnement. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur d'au moins 1,5 bars à une température de 30 C. $ 7 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur d'au moins 2 bars à O C. 8 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur d'au moins 2 bars a 20 C. 9 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur d'au moins bars A 20 C. 10 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur d'au moins 10 bars A 20 C. 11 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur d'au moins 15 bars A 20 C. 12 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur de moins de 150 bars A 600 C. 13 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur de moins de 150 bars A 100 C. 14 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur de moins de 100 bars à 600 C. 15 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur de moins de 100 bars A 100 C. 16 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur de moins de 50 bars A 600 C. 17 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide possède une tension de vapeur de moins de 50 bars A 100 C. 18 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est tun gaz de synthèse. 19 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est un hydrocarbure. - en ce que 21 - en ce que F 2). Dispositif selon le fluide est un Dispositif selon le fluide est du la revendication 1, caractérisé hydrocarbure halogéné. la revendication 1, caractérisé difluoromonochloromnéthane (CIIC 1 22 Dispositif selon la revendication 1, caractéris 6 en ce que le fluide est de l'hexafluorure de soufre (SF 6). 23 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase fluide du liquide existe dans toutes les positions de la tige de piston entre ses deux positions ex- trêmes, la pression du dit fluide agissant sur la tige de piston étant constante a une température prédéterminé 6 e, in- dépendamment de la position de ladite tige de piston.