Brevet FR2524593A1 — publié le 19831007

La présente invention se rapporte à un ressort pneumatique, c'est-à-dire à un dispositif comprenant une enveloppe flexible présentée sous la forme d'une membrane et assemblée à joint étanche à deux corps rigides, par exem- ple métallique, et à l'intérieur duquel se trouve un fluide sous pression, en particulier de l'air sous pression. On connait déjà de nombreux types de ressorts pneumatiques et, en particulier, on connait déjà des res- sorts pneumatiques constitués par une enveloppe formée par une membrane en matière élastomère qui enrobe une structure résistante formée de toiles caoutchoutées, elles-mêmes com- posées de fils textiles ou métalliques, les fils des diffé- rentes toiles étant croisés entre eux, cette structure étant ouverte à ses deux extrémités, auxquelles ladite enveloppe est assemblée par une liaison démontable et à joint étanche à des corps rigides, en particulier métalliques au moyen desquels sont réalisées la fermeture de l'enveloppe et la fixation du ressort à la structure ou à la machine à laquel- le le ressort doit être associé. Les ressorts pneumatiques dé jà connus présentent différents inconvénients. Les principaux inconvénients des ressorts pneuma- tiques connus du type décrit sommairement ci-dessus sont les suivants Un premier inconvénient réside dans la faible pression de service avec laquelle ces ressorts pneumatiques connus doi- vent travailler, qui n'excède pas la valeur de 8 9 kg/cm 2 et ceci se traduit par l'importante dimension transversale des ressorts pheumatiques connus et par l'impossibilité d'appliquer ces ressort pneumatiques connus à des machines et analogues sujettes à subir des conditions de fonctionne- ment sévères. Un deuxième inconvénient des ressorts pneumatiques con- nus réside dans leur durée de vie utile insatisfaisante, qui se manifeste par une durée insatisfaisante de l'envelop- pe de matière flexible qui constitue l'un des éléments es- sentiels du ressort. Un troisième inconvénient que l'on rencontre dans les ressorts pneumatiques connus réside dans la nécessité d'ef- fectuer des usinages extrêmement précis dans la zone dans laquelle l'enveloppe flexible est reliée à joint étanche aux corps rigides de ces ressorts Ceci entraîne des prix de revient élevés, consécutifs aux usinages précis mention- nés plus haut, et une insécurité constante en ce qui con- cerne l'étanchéité dans lesdites zones d'assemblage entre l'enveloppe flexible et les corps rigides. Le but de l'invention estd'éliminer tout les in- convénients des ressorts pneumatiques connus qui ont été énumérés ci-dessus, afin d'augmenter les charges admissi- bles sur les ressorts pneumatiques tout en en réduisant les dimensions et en allongeant leur vie utile, et en permettant en outre de disposerd'unelarge possibilité de variation des caractéristiques de réponse aux charges appliquées à ces ressorts pneumatiques. L'invention a pour objet un ressort pneumatique caractérisé en ce qu'il comprend une membrane sensiblement cylindrique en matière élastomère qui'enrobe une structure résistante formée d'une pluralité de fils flexibles et i- nextensibles disposés selon les génératrices de la forme cy- lindrique et, en supplément, des corps annulaires rigides espacés les uns des autres, coaxiaux à la membrane et dis- posés autour de celle-ci, ces corps annulaires rigides étant en contact avec la surface extérieure de ladite mem- brane et le bord de cette dernière étant assemblé aux corps annulaires rigides qui sont les plus éloignés l'ur de l'autre. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée Sur ces dessins, la figure 1 est une vue en perspective d'un res- sort pneumatique selon l'invention; la figure 2 représente à échelle agrandie et en coupe un détail du ressort pneumatique de la figure 1. Un ressort pneumatique selon le concept général de l'invention comprend une enveloppe ouverte à deux extrémi- tés et formée d'une membrane sensiblement cylindrique en ma- tière élastomère ou analogue dans laquelle sont noyés des fils flexibles et inextensibles disposés sensiblement se- lon les génératrices de la forme cylindrique, et, en sup- plément, plusieurs corps annulaires rigides qui sont en contact avec la surface extérieure de la membrane et qui agissent comme des cerclages de celle-ci. En outre, les corps annulaires rigides les plus éloignés l'un de l'autre sont assemblés à la membrane for- mant l'enveloppe par le fait que les extrémités de cette membrane sont retournées autour desdits corps annulaires et assemblées à la face extérieure de la membrane. De cette façon, selon le concept général de l'objet de l'invention, chacun des bords extrêmes de la membrane assemblés aux corps annulaires rigides les plus éloignés l'un de l'autre forme un anneau d'étanchéité qui se loge entre deux brides de manière à permettre à ces der- nières de former un corps rigide associé à la membrane. Sur les figures 1 et 2, on a'représenté une for- me de réalisation d'une membrane selon l'invention qui ren- tre dans les limites du concept précité. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le ressort pneumatique comprend, d'une part, une enveloppe 1 ouverte à deux extrémités en matière élastomère, qui enro- be une structure résistante formée d'un ensemble de fils 2, l'enveloppe étant munie d'un cerclage 3 qui entoure sa sur- face extérieure, et, d'autre part, des corps rigides 4 qui ferment les extrémités ouvertes de l'enveloppe 1. Plus particulièrement, l'enveloppe 1 a une forme sensiblement cylindrique et sa paroi extérieure pré- sente une ondulation de manière à donner naissance à une sé- ried'anses 5 séparées les unes des autres par des rainures 6. Les rainures 6, qui ont une allure hélicoidalet confèrent auxanses 5 une allure également hélicoïdale, et reçoivent les spires d'un hélicoide de fil à haute resis- tance 7, c'est-à-dire d'un ressort métallique en fil pro- prement dit, ou d'un câble. Les diverses spires de l'hélicolde de fil 7 sont maintenues dans les rainures 6 par la présence d'une bande 8 qui s'appuie en son centre contre les spires de l'hélicol- de de fil 7 et dont les extrémités sont assemblées à la surface extérieure de l'enveloppe 1, par exemple par colla- ge ou analogue. Ainsi qu'on l'a déjà dit plus haut, l'enveloppe 1 est munie d'une structure résistante formée d'une plura- lité de fils 2. Les fils 2, qui sont faits d'une matière flexible et inextensible, par exemple de fibres de verre, de nylon, d'acier ou analogue, sont disposés sensiblement selon les génératrices de la forme cylindrique constituant l'enve- loppe 1. Les extrémités de l'enveloppe 1 sont assemblées aux spires d'extrémité de l'-hélicolde de fil 7, désignées par la référence 7 ' sur la figure 2, et le mode selon le- quel cet assemblage est réalisé est représenté sur la figu- re 2, sur laquelle on a également représenté l'assemblage qui relie les corps rigides 4 à l'enveloppe 1. Comme on peut le voir sur la figure 2, chaque extrémité de l'enveloppe 1 est retournée autour de la spi- re d'extrémité 7 ' de l'hélicoide de fil 7 de telle sorte que le bord 9 de l'enveloppe 1 forme ainsi une fente 10 dans laquelle cette spire 7 ' est logée, le bord étant de préférence fixé à la surface extérieure de l'enveloppe 1 au moyen d'adhésifs. Au niveau de la spire 7 ', se trouvent deux bri- des 11 et 12 faites d'une matière rigide, par exemple mé- tallique. Plus particulièrement, la bride 12 est une bride en forme de couronne circulaire qui se loge à l'intérieur de l'enveloppe 1 et présente son bord circonférentiel 13 le plus extérieur rabattu vers l'intérieur de l'enveloppe 1 de manière à donner naissance à une rainure annulaire destinée à loger une partie de spire 7 '. La bride 11 est au contraire constituée par une plaque circulaire dont le bord 14 est rabattu vers le bas, pour l'observateur qui regarde la figure 2, de manière à former une rainure annulaire servant à loger une partie de la spire 7 '. La bride 11 et la bride 12 sont munies de trous traversants 15 avec lesquels des boulons-16 sont en prise pour établir une liaison amovible entre lesdites brides 11 et 12, en serrant entre ces deux brides la spire 7 ' et l'en- veloppe 1 retournée autour de cette spire. Ainsi qu'il ressort des figures 1 et 2, l'héli- colde en fil rigide 7 présente un pas constant et les spires sont fixées à l'enveloppe 1 encerclée par l'hélicoide. Toutefois, ceci ne doit pas être considéré dans un sens limitatif, en ce sens que le pas des spires de l'hélicoide de fil 7 peut varier selon une loi quelconque pour faire varier ainsi les caractéristiques du ressort pneumatique selon une loi quelconque et, en outre, les spires de l'hélicolde de fil 7 peuventn'être pas fixées à la surface extérieure de l'enveloppe 1 par des liaisons stables. Selon une variante de réalisation non représen- tée, mais qui rentre également dans le concept général du ressort pneumatique selon l'invention, on prévoit en remplacement de l'hélicoide en fil rigide 7 une pluralité de corps annulaires rigides qui peuvent être assemblés à la surface de l'enveloppe 1 par des liaisons stables ou être simplement en contact avec cette enveloppe, en se logeant dans les creux 6 de l'ondulation formée par l'en- veloppe 1. Finalement, quelle que soit la forme de réalisa- tion prévue, il est prévu au niveau des brides 11 desmoyens non représentés servant à introduire et maintenir un flui- de sous pression, par exemple de l'air sous pression, dans l'enveloppe 1. Il ressort de la description donnée ci-dessus de quelques formes de réalisation d'un ressort pneumatique selon l'invention qu'avec ce ressort, on peut atteindre les buts visés. En effet, grâce à la présence d'une structure de renforcement de l'enveloppe 1 faite de fils flexibles et inextensibles disposés selon les génératrices de la forme sensiblement cylindrique de cette enveloppe 1, on obtient que ces fils présentent de petits rayons de courbure dans toutes les conditions de charge du ressort. Etant donné que la résistance aux sollicitations qui est exercée par l'enveloppe 1 dépend de la résistance aux sollicitations des fils qui forment sa structure résis- tante et étant donné que la diminution du rayon de courbure que les fils peuvent prendre augmente proportionnellement la résistance aux sollicitationsde ces fils et, par consé- quent de l'enveloppe 1, on peut faire supporter par cette dernière des pressions considérablement plus élevées que celles qui peuvent être supportées par les enveloppes des ressorts pneumatiques déjà connus qui, ayant une structure résistante faite de toiles à fils croisés, contraignent ces toiles à prendre de grands rayons de courbure, pour atteindre la possibilité de supporter des pressions de travail d'environ 15 16 kg/cm 2. L'exposé donné ci-dessus signifie qu'un ressort pneumatique selon l'invention est en mesure de supporter des charges notablement supérieures a celles qui peuvent être supportées par les ressorts pneumatiques connus. En outre, l'hélicolde en fil rigide placé autour de la surface extérieure de l'enveloppe 1 du ressort pneu- matique, en constituant par lui-même un ressort mécanique, est en mesure de supporter à lui seul une partie de la char- ge extérieure qui agit sur le ressort pneumatique selon l'invention et, de cette façon, le ressort pneumatique se- lon l'invention est de ce fait également en mesure de sup- porter des charges supérieures à celles qu'il pourrait sup- porter en raison de la seule présence de l'enveloppe 1. L'explication du fait qu'on atteint une plus grande 25.24593 durée de vie avec le ressort pneumatique selon l'invention qu'avec ceux du type connu réside dans le fait que,la struc- ture résistante de l'enveloppe létant faite d'une pluralité de fils sensiblement parallèles entre eux et par conséquent sans contact mutuel, il ne peut pas se produire de glisse- ment entre les fils et ceci se traduit par une notable ré- sistance de l'enveloppe aux sollicitations de fatigue et, par conséquent, par une plus longue durée de cette enveloppe qui entraîne une plus longue durée du ressort pneumatique qui comporte cette enveloppe. Finalement, l'assemblage entre l'enveloppe 1 et les corps rigides qui, avec cette enveloppe, donnent nais- sance à un ressort pneumatique, n'exige pas l'exécution d'usinages d'une haute précision. En effet, le retournement des extrémités de l'en- veloppe 1 autour des spires extrêmes de l'hélicoide en fil donne naissance à un anneau d'étanchéité qui, devant tra- vailler serré entre deux brides qui constituent ensemble un corps rigide, n'exige pas pour assurer l'étanchéité de précision d'usinage, ni pour lui-même, -ni pour les brides. A la limite, avec ce type d'assemblage entre l'en- veloppe 1 et les brides, il n'est pas nécessaire, comme. indiqué dans la forme particulière de réalisation illustrée par les dessins et décrite plus haut de réaliser la liaison entre le bord extrême de l'enveloppe 1 et la surface exté- rieure de cette enveloppe en raison du fait que, pendant le serrage des paires de brides contre la matière de l'enve- loppe enroulée sur la spire extrême, cette matière est blo- quée par frottement entre la surface des brides et la sur- face des spires extrêmes de l'hélicoide en fil, et ceci en- traîne une notable simplification de la construction du res- sort pneumatique En outre, ce type d'assemblage entre l'en- veloppe 1 et les brides présente une grande robustesse et garantit également une excellente étanchéité pour le flui- de sous pression logé dans l'enveloppe dans toutes les conditions de travail du ressort pneumatique. Il va de soi que des modifications pourront être apportées au mode de réalisation qui vient d' tre décrit, notamment par substitution des moyens techniques équiva- lents, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Ressort pneumatique caractérisé en ce qu'il comprend une membrane ( 1) sensiblement cylindrique, en ma- tière élastomère, qui enrobe une structure résistante for- mée d'une pluralité de fils flexibles et inextensibles ( 2) disposés selon les génératrices de la forme cylindrique, cependant qu'il est prévu urepluralité de corps annulaires ( 7) rigides espacés les uns des autres, coaxiaux à la membrane et disposés autour de celle-ci, lesdits corps annulaires ri- gides étant en contact avec la surface extérieure de la membrane et les bords de cette dernière étant fixés aux corps annulaires rigides ( 7 ') les plus éloignés l'un de l'autre. 2 Ressort pneumatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les corps annulaires rigides sont les spires d'un hélicoide en fil rigide ( 7). 3 Ressort pneumatique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les corps annulaires rigides ou les spires de l'hélicolde en fil rigide sont fixés à la surface extérieure de la membrane ( 1) 4 Ressort pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la membrane sensiblement cylindrique ( 1) présente des parois ondulées don t le pas de l'ondulation est égal au pas des spires de l'hélicolde ( 7) ou des corps annulaires rigides. Ressort pneumatique selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les spires de l'hélicolde ( 7) ou des corps annulaires rigides ont un pas variable. 6 Ressort pneumatique selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'assemblage liant les bords de la membrane ( 1) aux spires extrêmes ( 7 ') de l'hélicoide en fil ou aux corps annulaires rigides d'extrémité comprend un retournement des bords ( 9) de la membrane si- tuée dans cette position autour de chaque spire ( 7 ') ou corps annulaire rigide d'extrémité, et la fixation du bord retourné ( 9) de la membrane sur la surface extérieure de celle-ci.