Brevet FR2515761A1 — publié le 19830506

Amortisseur hydropneumatique. Le principe des amortisseurs hydropneumatiques, desti- nés à amortir les variations de pression et de débit dans une instal- lation hydrauliqueconsiste essentiellement à mettre en équilibre de pression un gaz compressible et le fluide hydraulique dans une capa- cité de volume fermé. On sait que pour éviter une dissolution de gaz dans le liquide et pour permettre une précompression du gaz en l'absence de pression hydraulique il faut disposer entre le gaz et le liquide une paroi souple et déformable de séparation et de contention du gaz. On connaît deux formes principales de réalisation de cette paroi souple, à savoir une forme dite "en vessie" et une forme dite "en diaphragme" Dans le type à vessie, l'amortisseur est formé d'un réservoir métallique de forme cylindrique terminé par deux calottes sensiblement sphériques dans lequel est introduite une vessie épousant à l'état libre la forme dudit réservoir La calotte supérieure comporte un raccord de montage du col de la vessie permet- tant son gonflage au moyen d'une valve; la partie inférieure comporte un raccord de communication avec le liquide du circuit ainsi qu'un système de grille ou de valve limitant la course de la vessie vers le bas dans le cas o sa pression de gonflage se trouve supérieure à celle du circuit. Ce dispositif pouvant être prégonflé à une pression convenable avant son raccordement au circuit, présente linconvénient de ne pas convenir en cas de liquides chargés qui risquent d'obostruer le système de communication avec le circuit et de détériorer la vessie En outre, en cas d'insuffisance de gonflage ou de fuite de gaz, la vessie est refoulée vers le haut ou n'existe aucun système de butée, de sorte qu'elle subit une déformation excessive pouvant entraîner sa destruction Enfin, même en service normal, les défor- mations nécessaires au fonctionnement exigent une membrane souple possédant une bonne résistance à la flexion, ce qui implique l'uti- lisation de matériaux du type élastomère dont la tenue chimique est insuffisante pour certaines applications. Dans le type à diaphragme, le réservoir est formé de deux coquilles métalliques symétriques et la membrane séparatrice épouse sensiblement à l'état libre la forme intérieure des coquilles; elle est fixée de façon étanche par sa périphérie dans le plan de joint des coquilles La coquille supérieure comporte le dispositif de gonflage et la coquille inférieure, le raccordement au circuit et une grille ou un dispositif de clapet équivalent empochant l'extrusion de la membrane Ce dispositif présente sur le précédent l'avantage d'une moindre fatigue mécanique de la membrane et d'une meilleure protection contre les avaries en cas de fuite de gaz ou de surpression Il conserve toutefois l'inconvénient de l'obstruction du système de butée en cas de liquide chargé. En outre, il faut noter qu'il est souvent avantageux, pour obtenir le meilleur amortissement possible, de disposer d'un volume de gaz nettement supérieur à celui correspondant au débatte- ment maximal de la membrane 4 ui est inférieur au volume inté- rieur des coquilles Il est alors nécessaire d'associer aux amortis- seurs connus des capacités de gaz auxiliaires au moyen de tuyauteries et de raccords, ce qui augmente les risques de fuite, l'encombrement et le prix des appareils. La présente invention entend remédier è ces inconvé- nients en proposant un amortisseur hydropneumatique de fabrication simple Jmettant en oeuvre une membrane séparatrice du type diaphragme équipée de moyens permettant de limiter les déformations possibles de la membrane tant sous l'effet d'une fuite de gaz ou d'une surpres- sion que sous l'effet du gonflage à pression hydraulique nulle, ces moyens permettant d'associer de manière simple une capacité auxiliaire de gaz en communication directe avec la chambre pneumatique de l'amor- tisseur, capacité de volume ajustable à la demande. A cet effet, l'invention a donc pour objet un amortis- seur hydropneumatique constitué par une enceinte partagée en deux chambres étanches l'une de l'autre par une membrane déformable, l'une des chambres possédant un conduit de raccordement à une installation hydraulique, l'autre chambre possédant un conduit de raccordement à une capacité auxiliaire de gaz. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, la membrane séparatrice susdite est équipée en son centre d'une pièce rapportée comportant deux parties symétriques par rapport à la membrane, de formes sensiblement tronconiques, tandis que les deux conduits susdits débouchent dans leur chambre respective par une por- tion évasée, sensiblement tronconique, de même conicité que les parties sus- dites, lesdites portions et parties tronconiques étant axialement aligndes. De manière préférée, chacune des parties tronconiques de la pièce susdite est prolongée axialement par une protubérance de centrage. Dans un mode avantageux de réalisation, ladite membrane est pourvue en son centre d'un orifice dont le bord annulaire est sensiblement plan et comporte sur chacune de ses faces un bourrelet sensiblement semi-torique tandis que les deux parties de la piece susdite comportent deux faces planes en regard l'une de l'autre, cha cune d'elles étant pourvue d'une gorge semi- torique pour recevoir ledit bourrelet, l'une desdites parties formant vis pour être attelde ê l'autre formant écrou au travers de l'orifice de la membrane en pin- çant entre elles ledit bourrelet. En outre, l'une desdites parties possède un épaulement radial de butte de l'autre partie, distant de sa face plane d 9 une valeur sensiblement égale à l'épaisseur du bord plan de la membrane. Par ailleurs, ladite membrane est en caoutchouc, recou- verte sur sa face Lournée vers la chambre hydraulique d'une coache de matière plastique et comporte un bord annulaire extérieur sensi- blement plan pourvu de bourrelets semi-toriques de fixation m l'en- ceinte. La partie centrale de la membrane s'étendant entre les deux bords plans susdits affecte a l'tat libre une forme sensible= ment torique. Enfin l'amortisseur selon l'invention sera avantageu- sement constitué par deux demi-coquilles entre lesquelles sont pincés les bourrelets extérieurs de la membrane, ledit conduit de raccorde- ment à la capacité auxiliaire étant constitué par un orifice traver- sant l'une des demi-coquilles, ladite capacité étant constituée par une virole entourant ledit orifice et coopérant de manière étanche avec un fond par l'une de ses extrémités et ladite demi-coquille par son autre extrémité, ledit fond et l'autre demi-coquille comportant des moyens de bridage de l'ensemble ainsi empilé. -L'invention sera mieux comprise au cours de la descrip- tion donnée ci-après à titre d'exemple purement indicatif et non limi- tatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. Il sera fait référence aux dessins annexés, dans les- quels la figure 1 est une vue schématique en coupe de l'appa- reil selon l'invention; la figure 2 illustre par une coupe un mode de réalisa- tion préféré du centre de la membrane de l'amortisseur selon l'inven- tion. En se reportant à la figure 1, on voit une enceinte 1 constituée par deux demi-coquilles la et lb limitant un volume inté- rieur Une membrane séparatrice 2 divise ce volume intérieur en deux chambres A et B, la chambre A étant la chambre hydraulique, la chambre B étant la chambre pneumatique de l'amortisseur La coquille infé- rieure la présente à sa partie inférieure un orifice fileté 3 a pour son raccordement à une installation hydraulique non représentée Le débouché du conduit 3 a dans la chambre A est conformé en une partie évasée formant portée conique 4 a qui se raccorde avec la paroi inté- rieure de la demi-coquille la Cette demi-coquille présente, en une seule pièce, une bride extérieure 5 pourvue de trous 6 pour le passage de tirants d'assemblage 7 La demi-coquille la comporte également dans sa face d'appui sur la demi-coquille lb une gorge 8 a semi-torique. La demi-coquille supérieure lb est de forme intérieure symétrique à celle de la coquille la Elle comporte également un orifice 3 b, débouchant dans la chambre B au travers d'une portée 4 b, cet orifice étant l'extrémité d'un conduit de raccordement de la chambre B à une capacité auxiliaire de gaz décrite plus en détail ci-après En outre, sa face d'appui sur la coquille la comporte égale- ment une gorge 8 b semi-torique. La demi-coquille lb est-coiffée par une virole 9, de manière étanche au moyen d'un joint torique 10 Cette virole est fer- mée à son autre extrémité par un fond Il comportant également un joint torique 12 Ce fond, bordé d'une bride 13,est maintenu plaqué sur la virole 9, qui joue le t 8 le d'une entretoise, prenant appui sur la demicoquille lb et la plaquant sur la demi-coquille la au moyen des tirants 7. Le volume intérieur 14 de la virole constitue la capa- cité auxiliaire de gaz en communication avec la chambre B par l'ori- fice 3 b et susceptible d'être gonflée au travers d'une valve 15 Un conduit 16 peut servir à l'implantation d'un manomètre. La membrane séparatrice 2 est,dans la réalisation décrite,composite, constituée par une couche 2 b(la plus épaisse)du c 6 té de la chambre B en caoutchouc (synthétique ou naturel) et une couche 2 a (la plus mince) du c 6 té de la chambre A en matière plastique notam- ment du tétrafluoréthylène La proportion en épaisseur des deux cons- tituants est environ 4/5,1/5. Cette membrane comporte une portion annulaire péri- phérique sensiblement plane 17 Chaque face de ce rebord comporte un bourrelet 17 a, 17 b constitué par un demi-tore dont le rayon est-de l'ordre de l'épaisseur de la membrane On aura noté sur cette figure que l'une au moins des faces d'appui mutuel des demi-coquilles la, lb comporte une sorte de lamage de profondeur sensiblement égale à l'épaisseur de la membrane Par ailleurs, les gorges 8 a et 8 b sont de dimensions telles que,lorsque les deux coquilles sont plaquées l'une sur l'autre, l'écrasement des bourrelets 17 a, 17 b n'excède pas 207 de l'épaisseur de la membrane à leur endroit Ainsi la membrane est encastrée entre les demi-coquilles la, lb uniquement au niveau des bourrelets 17 a, 17 b qui coopèrent avec les gorges 8 a, 8 b à la manière de joints toriques pour assurer l'étanchéité entre les chambres A et B On permet ainsi d'assurer une plus grande longévité à la membrane qui est moins sollicitée au niveau de son ancrage. En direction du centre, ladite membrane comporte une partie 18 de forme sensiblement torique, à l'état libre Le rayon de cette partie torique est tel que la longueur totale de la section méridienne de la membrane soit égale à la longueur totale de la sec- tion méridienne intérieure de l'une des demi-coquilles la, lb On notera par ailleurs que la forme (en calotte sphérique par exemple) des parois intérieures de l'enceinte 1 est telle que la flèche de la membrane n'excède pas 10 à 15 % de son diamètre utile. Enfin, comme le montre plus clairement la figure 2, la partie 18 susdite est prolongée au centre par une couronne annu- i 1 aire plane 19 elle-même pourvue de bourrelets 19 a, 19 b identiques aux bourrelets 17 a, 17 b, cette couronne bordant un orifice central 20. Une pièce métallique 21 est fixée en son centre à la membrane 2 Elle est constituée de deux parties symétriques 21 a, 21 b dont l'une porte une vis 22 et l'autre est conformée en écrou 23 La coopération vis-écrou se réalise au travers de l'orifice 20 La partie 21 b possède une face radiale 24 d'appui coopérant avec un épaulement radial 25 de la partie 21 a Une sorte de lamage de face radiale 26 est ménagée dans la partie 21 a de manière que cette face 26 soit distante dudit épaulement d'une valeur égale à l'épaisseur de la membrane Des gorges semi-toriques 27 a et 27 b sont ménagées dans lesdites faces 24 et 26 et coopèrent avec les bourrelets 19 a et 19 b de la même manière que les gorges 8 a, 8 b coopèrent avec les bourrelets 171, 17 b, lorsque les deux parties 21 a et 21 b sont vissées l'une dans l'autre. Chacune de ces parties comporte une surface extérieure tronconique 28 a, 28 b d'angle au sommet d'environ 1200 prolongée d'une surface extérieure tronconique également 29 a, 29 b d'angle au sommet d'environ 90 ' enveloppant une protubérance de centrage de la pièce 21. Ainsi, les portées 4 a et 4 b susdites étant de même conicité que les surfaces 28 a, 28 b, lorsque la membrane se plaque contre les parois internes de l'enceinte 1, lesdites surfaces portent sur les parties susdites Dans ces conditions, la membrane s'appuie entièrement sur la paroi en travaillant uniquement en flexionasans risque d'allongement ni à'extrusion quelle que soit la pression différentielle qui la sollicite vers l'extérieur de l'enceinte. Enfin, on notera la présence de fentes 301, 30 b aux sommets de la pièce 21 pour en assurer le-montage et démontage. Le fonctionnement d'un tel dispositif est bien connu et se résume à une succession de remplissage et de vidange partiels de la partie inférieure de la capacité avec déformation de la mem- brane: il en résulte des variations de pression du gaz qui dépen- dent du rapport entre les volumes extrêmes correspondants. Sans entrer dans le détail, on rappellera seulement qu'en fonctionnement normal la cylindrée à absorber doit être infé- rieure au débattement de la membrane entre ses butées et que la posi- tion moyenne de la membrane dépend de la pression de prégonflage et du volume total, y compris celui de la capacité auxiliaire En géné- ral, la capacité d'amortissement est d'autant meilleure que le volume de gaz est plus grand; mais,en contrepartie, les variations accep- tables de la pression moyenne sont d'autant plus réduites Il y a donc dans chaque cas de circuit et de fonctionnement un compromis à trouver entre ces différents facteurs Le calcul et l'expérience montrent que, dans la majorité des cas, les amortisseurs à vessie ou à membrane, sous leur forme habituelle, ne permettent pas d'obtenir ce compromis sans un surdimensionnement considérable se traduisant par un prix et un encombrement élevés Par contre, une capacité auxiliaire de l'ordre du débattement total de la membrane représente un compromis satisfaisant dans beaucoup d'applications. La capacité auxiliaire 14 selon l'invention peut Otre d'un volume aisément modifiable Gi peut en effet remplacer la virole 9 par une virole plus longue ou plus courte En variante, on peut livrer une capacité solidaire de la demi-coquille lb en soudant la virole 9 au fond 11 et à ladite coquille On peut également concevoir l'amor- tisseur selon l'invention constitué par deux demi-coquilles identiques à celle la avec leur bride 5, la capacité d'air étant alors raccordée par vissage de la même manière que le circuit hydraulique. La forme spéciale de la butée, solidaire de la membrane qui dégage complètement un large orifice en position de travail et l'obture complètement en fin de course, permet l'emploi de l'appareil avec des liquides chargés sans les risques d'obstruction et de d 4 p 5 ts intérieurs des dispositifs connus Le prÉgonflage à l'air libre ou sur circuit sans pression est également possible L'étanchéité, assurée du côté de la chambre pneumatique par le clapet 21 sur la por- tée 4 b, permet la protection de la membrane contre les fuites de gaz ou les surpressions du circuit hydraulique qui sont nuisibles aux amortisseurs à vessie Elle permet d'utiliser toute la course de débattement en laissant un volume résiduel favorable à l'amortisse- ment, ce qui est impossible dans les amortisseurs à vessie ou à mem- brane classiques, et ce,sans risque pour la membrane dans tous les cas de fonctionnement, même en dehors des limites normalement prévues. L'invention trouve une application intéressante dans le domaine de la construction mécanique. R E V E N D I C A T I 0 N S I Amortisseur hydropneumatique constitué par une enceinte ( 1) partagée en deux chambres (A, B) étanches l'une de l'autre par une membrane ( 2) déformable, l'une des chambres (A) possédant un con- duit ( 3 a) de raccordement à une installation hydraulique, l'autre chambre (B) possédant un conduit de raccordement ( 3 b) à une capacité ( 14) auxiliaire de gaz, caractérisé en ce que la membrane ( 2) sépa- ratrice susdite est équipée en son centre d'une pièce rapportée ( 21) comportant deux parties ( 21 a, 21 b) symétriques par rapport à la mem- brane ( 2), de formes sensiblement tronconiques, et ean ce que les deux conduits ( 3 a, 3 b) susdits débouchent dans leur chambre respective par une portion évasée ( 4 a, 4 b), sensiblement tronconique, de même conicité que les parties ( 21 a, 21 b) susdites, lesdites portions et parties tronconiques étant axialement alignées. 2 Amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des parties tronconiques de la pièce susdite est prolongée axialement par une protubérance ( 29 a, 29 b) de centrage. 3 Amortisseur selon la revendication 1 ou la revendica- tion 2, caractérisé en ce que ladite membrane ( 2) est pourvue, en son centre, d'un orifice ( 20) dont le bord annulaire ( 19) est sensiblement plan et comporte sur chacune de ses faces un bourrelet ( 19 a, 19 b) sen- siblement semi-torique tandis que les deux parties ( 21 a, 21 b) de la pièce susdite comportent deux faces planes ( 24, 26) en regard l'une de l'autre, chacune d'elles étant pourvue d'une gorge ( 27 a, 27 b) semi- torique pour recevoir ledit bourrelet ( 19 a, 19 b), l'une desdites par- ties formant vis pour être attelée à l'autre formant écrou au travers de l'orifice ( 20) de la membrane en pinçant entre elles lesdits bour- relets. 4 Amortisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une desdites parties ( 21 a) possède un épaulement ( 25) radial de butée de l'autre partie ( 21 b), distant de sa face plane ( 26) d'une valeur sensiblement égale à l'épaisseur du bord plan de lamembrane ( 2). Amortisseur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la membrane comporte un bord extérieur annulaire ( 17) sensiblement plan pourvu de bourrelets ( 17 a, 17 b) de fixation à L'enceinte. 6 Amortisseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la membrane ( 2) susdite est en caoutchouc ( 2 b) recouverte sur sa face tournée vers la chambre hydraulique (A) d'une couche de matière plastique ( 2 a). 7 Amortisseur selon la revendication 5 ou la revendica- tion 6, caractérisé en ce que les deux portions planes ( 17 et 19)- interne et externe -de la membrane ( 2) sont reliées par une portion ( 18) de membrane sensiblement torique à l'état libre. 8 Amortisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte ( 1) est constituée par deux demi-coquilles (la, lb) entre lesquelles sont pincés les bourre- lets ( 17 a, 17 b) extérieurs de la membrane ( 2), ledit conduit ( 3 b) de raccordement à la capacité auxiliaire ( 14) étant constitué par un orifice traversant l'une des demi-coquilles (lb), ladite capacité ( 14) étant constituée par une virole ( 9) entourant ledit orifice et coopé- rant de manière étanche avec un fond ( 11) par l'une de ses extrémités et ladite demi-coquille (la) par son autre extrémité, ledit fond (l) et l'autre demi-coquille (la) comportant des moyens ( 5, 13, 7) de bridage de l'ensemble ainsi empilé.