Brevet FR2523679A1 — publié le 19830923

La présente invention se rapporte à un ressort à air pour wagons de chemin de fer, automobiles et machines industrielles. Un ressort à air à utiliser, par exemple, avec des wagons de chemin de fer est du type appelé à grand déplacement (ou du type mobile vers l'avant et vers l'arrière), où une extrémité de plus petit diamètre d'une membrane sensiblement de forme annulaire est fixée solidement à un pourtour externe supérieur d'un cylindre interne, une extrémité de plus grand diamètre de la membrane est attachée par pression entre le dessous de la plaque supérieure et une protubérance périphérique interne d'un cylindre extérieur boulonné à la dite plaque supérieure, le cylindre interne est attaché à un châssis et la plaque supérieure est attachée à la carrosserie, afin de tenir compte d'un grand déplacement avant et arrière S de 100 mm ou plus du fait du déplacement en rotation entre la carrosserie et le châssis lorsque le véhicule se déplace sur une piste courbée. Lors du passage sur une piste ou voie courbée d'un assez petit rayon de courbure, le déplacement permissible S du ressort à air doit être accru par exemple, à une valeur atteignant 150 mm. Cependant, dans les ressorts à air conventionnels, en particulier de la construction où l'extrémité de plus grand diamètre de la membrane est serrée, il y a plusieurs problèmes comme par exemple, le fait que le côté de plus grand diamètre de la membrane doit avoir un diamètre accru avec pour résultat que la plaque supérieure et le diamètre extérieur du cylindre extérieur sont agrandis, ce qui rend difficile leur fabrication et impossible leur insertion dans un espace étroit entre le châssis et la carrosserie. Jusqu'à maintenant, les ressorts à air sont formés, selon leur application, en trois types différents, c'està-dire du type à soufflet, du type à membrane et du type mixte, chacun d'eux comprenant une membrane en caoutchouc pour y obturer l'air. Une telle membrane en caoutchouc comprend normalement trois couches, c'est-à-dire une couche interne de caoutchouc, une couche intermédiaire de renforcement et une couche externe en caoutchouc. La couche intermédiaire de renforcement est formée en feuilletant en biais des cordes de renforcement d'un matériau tel que du polyester ou du nylon, qui résiste à la pression de l'air, qui est très flexible et qui adhère suffisamment au caoutchouc. Dans la fabrication de la membrane en caoutchouc, deux morceaux (ou deux nappes) de cordes de renforcement ayant un angle donné de croisement entre eux , sont normalement utilisés en une unité, et pour une résistance supplémentaire, on utilise deux ou trois unités de cordes de renforcement. Une ou plusieurs unités des cordes de renforcement sont fixées sur la couche de caoutchouc interne enduite sur un formeur, où la couche de caoutchouc externe est fixée et ensuite configurée, vulcanisée (chauffée) et fabriquée en un corps. Par conséquent, la couche intermédiaire de renforcement est normalement en un feuilletage uniforme sur toute sa circonférence à l'exception des parties où les cordes de renforcement se chevauchent. Selon le mode de fonctionnement du ressort à air cependant, des déplacements ou des déplacements permissibles dans les deux directions horizontales se coupant perpendiculairement, comme les directions avant et arrière et droite et gauche sont différents les uns des autres dans certains cas. Cela sera décrit en plus de détail ci-après contrairement au ressort à air selon l'invention. Dans la membrane en caoutchouc conventionnelle ayant la couche intermédiaire de renforcement d'une résistance uniforme sur toute la circonférence comme on l'a décrit ci-dessus, le fait de prévoir des cordes de renforcement plus épaisses ou plus de couches pour obtenir une résistance nécessaire aux positions avant et arrière nécessite des cordes de renforcement trop grandes aux positions droite et gauche, ce qui rend ainsi la membrane en caoutchouc, qui doit être flexible, plus rigide, avec pour résultat un inconvénient sérieux de diminution de la performance du ressort à air. La présente invention a pour objet d'éviter l'inconvénient ci-dessus décrit du ressort à air conventionnel en prévoyant un ressort à air perfectionné de la construction à auto-obturation où le pourtour interne de l'extrémité de plus grand diamètre de la membrane est fixé solidement à une face effilée s'élargissant vers le bas qui est formée sur le pourtour externe de la plaque supérieure. La présente invention a pour autre objet une membrane en caoutchouc pour un ressort à air , où la construction feuilletée des cordes de renforcement dans la couche intermédiaire de renforcement est changée pour avoir des propriétés directionnelles de résistance. Le ressort à air selon l'invention est caractérisé en ce que l'extrémité de plus petit diamètre d'une membrane sensiblement de forme annulaire est fixée solidement au pourtour supérieur d'un cylindre interne et le pourtour interne du côté de plus grand diamètre de ladite membrane est fixé solidement à une face effilée s'élargissant vers le bas qui est formée sur le pourtour externe de la plaque supérieure, pour former ainsi une construction auto-étanche. Le ressort à air selon l'invention peut avoir la construction dans laquelle une jupe de forme annulaire est fixée solidement au pourtour externe sur le côté de plus grand diamètre de la membrane. Dans la présente invention, la membrane peut être une membrane en caoutchouc où le feuilletage des cordes de renforcement dans la couche intermédiaire de renforcement est différent selon la grandeur des déplacementsendrec- tions avant et arrière et droite et gauche qui se coupent perpendiculairement pendant l'utilisation du ressort à air. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un mode de réalisation du ressort à air selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe verticale de parties essentielles d'un autre mode de réalisation du ressort à air selon l'invention; - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe verticale de parties essentielles de modifications de la jupe; - la figure 5 est une vue semblable à la figure 1, montrant l'effet d'une force externe appliquée au ressort à air;; - la figure 6 est un plan du développement schématique de la couche intermédiaire -de renforcement d'une membrane en caoutchouc utilisée dans le ressort à air selon l'invention; - la figure 7 est une illustration schématique des étapes de production de la membrane en caoutchouc de la figure 6; - la figure 8 est une vue en plan d'un développement schématique selon la figure 6, montrant un autre mode de réalisation de la membrane en caoutchouc; et - la figure 9 est une illustration schématique des étapes de production de la membrane en caoutchouc de la figure 8. Dans un mode de réalisation du ressort à air selon la présente invention que l'on peut voir sur la figure 1, une extrémité Il de plus petit diamètre d'une membrane sensiblement de forme annulaire 1 est fixée solidement à un pourtour externe supérieur 21 d'un cylindre interne 2 par un moyen approprié comme un emboitement conique ou un emboîtement à gorge, pour un joint automatique. Une extrémité 12 de plus grand diamètre de la membrane 1 est formée sur sa face périphérique interne avec une face effilée s'élargissant vers le bas comme dans l'extrémité de plus petit diamètre 11.La face périphérique interne de l'extrémité de plus grande diamètre 12 de la membrane 1 est fixée solidement, de l'extérieur, à une face 31 effilée s'élargissant vers le bas qui est formée par projection vers le bas du pourtour externe d'une plaque supérieure (ou une plaque frontale) 3 à un angle e de 5-200 par rapport à la direction verticale. L'extrémité 12 de la membrane 1 est pressée sur la face effilée 31 pour un joint automatique par une tension dans la direction vers le bas légèrement vers l'extérieur lorsqu'une pression d'air est exercée dans la membrane 1. Par exemple, dans un wagon de chemin de fer, la partie centrale 22 du fond du cylindre interne 2 est connectée au chassis (non représenté) et la partie centrale 32 sur la face supérieure de la plaque supérieure 3 est connectée à la carrosserie (non représentée). L'angle e est de préférence compris entre 5 et 200, car en dessous de 50, une fixation sûre de la membrane est difficile tandis qu'au-delà de 200, la membrane a tendance à remonter au loin de la position où l'air peut sortir. Par ailleurs, une partie de blocage 311 d'une section arquée est de préférence formée continuellement à partir du dessous jusqu'à la face effilée 31 de la plaque supérieure 3. Le ressort à air selon l'invention offre plusieurs avantages , par exemple il est de construction simple et son poids est léger, ce qui rend ainsi facilesl'assemblage et l'entretien parce que le type à joint automatique au lieu du type à blocage conventionnel est utilisé pour attacher l'extrémité de plus grand diamètre 12 de la membrane parce que le déplacement permissible S du ressort à air est accru du fait que la partie de joint 31 est formée à l'extérieur de la plaque supérieure 3 et parce que la partie d'usure de la membrane 1 est éliminée ce qui prolonge sa durée de vie et réduit la rigidité latérale du ressort à air parce que le cylindre externe qui était nécessaire jusqu'à maintenant pour le blocage est rendu inutile. Par ailleurs, comme le montre la figure 2, une jupe 4 de forme annulaire peut être fixée solidement à la face périphérique externe de l'extrémité 12 de plus grand diamètre de la membrane 1 pour changer librement la rigidité latérale du ressort à air en changeant la hauteur H et l'angle eR de la partie de contact de la jupe 4. Un épaulement 41 de la jupe 4 peut être sensiblement à angle droit comme le montre la figure 3 ou bien à un angle obtus comme le montre la figure 4. La force externe exercée sur la membrane 1 a l'effet qui sera maintenant décrit en se référant à la figure 5. Dans le cas par exemple, d'un ressort à air du type à grand déplacement (ou type se déplaçant vers l'avant et vers l'arrière), pour un châssis sans traverse dans un wagon de chemin de fer , comme on l'a décrit en se référant à la figure 1, l'extrémité 11 de plus petit diamètre de la membrane est fixée solidement au pourtour externe supérieur 21 du cylindre interne 2 et l'extrémité de plus grand diamètre 12 de la membrane 1 est fixée solidement à la face périphérique inférieure 31 de la plaque supérieure 3 par tout moyen formant joint automatique représenté ou le moyen de serrage.Le cylindre interne 2 et la plaque supérieure 3 sont attachés au châssis et à la carrosserie respectivement afin de tenir compte d'un grand déplacement avant et arrière S de 100 mm ou plus (quelquefois de plus de 200 mm) du fait du déplacement, en rotation, entre la carrosserie et le chassis lorsque le wagon passe sur une voie courbée. Dans ce cas, le déplacement du ressort à air en direction droite et gauche, c'est-à-dire en direction horizontale perpendiculaire à la direction avant et arrière, est normalement à proximité de 80 mm ce qui est sensiblement plus petit que le déplacement en direction avant et arrière. Par ailleurs, dans le ressort à air en utilisation tel que représenté sur la figure 5, la tension T qui s'exerce sur la membrane 1 est donnéepar la formule T ç P.R. , où P désigne la pression interne et R désigne le rayon de courbure de la membrane 1. Quand la pression interne P est constante, d'autant plus grand est le rayon de courbure R, d'autant plus importante est la tension T. Dans un ressort à air du type à grand déplacement, la membrane 1 est pourvue d'un grand rayon de courbure R pour agrandir le déplacement permissible S en direction avant et arrière et par ailleurs dans le déplacement avant et arrière maximum tel que représenté par la ligne en traits mixtes doubles sur la figure 5, la tension en direction avant et arrière de la membrane 1 est considérablement plus importante que celle en direction gauche et droite car le rayon de courbure R de la membrane 1 est d'autant plus grand du côté où elle est tirée. Etant donné la considération ci-dessus décrite, la membrane consistant en une membrane en caoutchouc ayant la construction feuilletée ci-dessus décrite, est utilisée dans le ressort à air selon l'invention. Dans la construction feuilletée de cette membrane en caoutchouc, le nombre requis de couches des cordes de renforcement est déterminé sur la base de toutes les directions horizontales qui se coupent perpendiculairement pendant le fonctionnement du ressort à air, c'est-à-dire la direction avant et arrière et la direction droite et gauche, où le déplacement est le plus petit. Par exemple, en prenant la direction droite et gauche comme base, le nombre de couches feuilletées des cordes de renforcement en direction avant et arrière coupant perpendiculairement la direction droite et gauche augmente selon le déplacement en direction avant et arrière. La figure 6 montre schématiquement un plan de développement de la couche intermédiaire de renforcement, par exemple, d'une membrane en caoutchouc 100 pour une utilisation dans le ressort à air selon la présente invention. Comme le montre la figure 6, dans la dire-ction dans laquelle le déplacement en utilisation du ressort à air est le plus petit, c'est-à-dire en direction droite et gauche, la corde de renforcement 101 est feuilletée en une unité (deux nappes) en secteurs ayant chacun un angle au centre de 900, et en direction avant et arrière où le déplacement est le plus grand, la corde de renforcement 102 est feuilletée en deux unités (quatre nappes) en secteurs ayant chacun un angle au centre de 900. Pour fabriquer la couche intermédiaire de renforcement de la membrane en caoutchouc 100, deux nappes de la corde de renforcement sont placées sur toute la circonférence 110 et ensuite deux nappes sont ajoutées aux secteurs avant et arrière 120. La figure 8 montre schématiquement un plan de développement semblable à la figure 6, montrant un autre mode de réalisation de la membrane en caoutchouc selon la présente invention. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 8, en plus des couches feuilletées des cordes de renforcement 101 et 102 dans les secteurs droit et gauche et les secteurs avant et arrière respectivement, une corde de renforcement 103 est feuilletée dans des secteurs intermédiaires. La membrane en caoutchouc de ce mode de réalisation est fabriquée dans les étapes représentées sur la figure 9, où deux nappes de la corde de renforcement sont placées sur toute la circonférence 110, où deux unités 120 et 130, ayant chacune deux nappes dans -un secteur ayant un angle au centre de 900 se chevauchent, chacune étant décalée de 22,50 vers la droite et vers la gauche respectivement par rapport à l'axe central en direction avant et arrière afin de placer six nappes dans des secteurs ayant un angle au centre de 450 en direction avant et arrière, quatre nappes dans les secteurs en diagonale et deux nappes dans les secteurs droit et gauche. Dans la membrane en caoutchouc fabriquée à la façon décrite ci-dessus, il est préférable de distinguer la direction de fixation par exemple en marquant (par exemple par une flèche) sur la surface de la membrane en caoutchouc, la direction de l'avant et l'arrière où les cordes de renforcement sont placées en plus de nappes ou en prévoyant des parties concaves et convexes de raccordement dans la fixation vers le cylindre interne et/ou la plaque supérieure. Selon la présente invention où la moindre quantité de résistance requise selon le déplacement en toute direction sur toute la circonférence est assurée dans la membrane en caoutchouc et le nombre de couches des cordes de renforcement, par exemple, en direction à droite et à gauche jusqu'à maintenant beaucoup trop nombreux, est réduit, un ressort à air ayant une membrane en caoutchouc de rigidité réduite et de meilleure flexibilité est obtenu. REVENDICATIONS 1.- Ressort à air, caractérisé en ce qu'une extrémité de plus petit diamètre (il) d'une membrane sensiblement de forme annulaire (1) est fixée solidement à un pourtour externe supérieur (21) d'un cylindre interne (2) et un pourtour interne sur un côté de plus grand diamètre (12) de ladite membrane est fixé solidement à une face effilée (31) s'élargissant vers le bas qui est formée sur un pourtour externe d'une plaque supérieure (3), pour former ainsi une construction auto-étanche. 2.- Ressort selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une jupe (4) de forme annulaire est fixée solidement au pourtour externe de l'extrémité de plus grand diamètre de la membrane précitée. 3. Ressort à air selon la revendication 1, caractérisé en ce que le feuilletage des cordes de renforcement dans une couche intermédiaire de renforcement d'une membrane en caoutchouc utilisée dans le ressort à air est différent selon la grandeur de déplacement en directions avant et arrière et droite et gauche qui se coupent perpendiculairement pendant l'utilisation dudit ressort à air.