Brevet FR2564164A1 — publié le 19851115

Chambre de compensation élastique pour dissipateur hydraulique d'énergie La présente invention a pour objet une chambre de compensation élastique, à volume variable, pour dissipateur hydraulique d'énergie du type télescopique, plus spécialement destiné aux suspensions de matériel roulant des chemins de fer. Pour de telles suspensions, les dispositifs amortisseurs les plus usuels, du type télescopique, sont généralement constitués d'une part d'un cylindre de travail rempli de liquide et partagé en deux chambres par un piston muni de clapets tarés déterminant la résistance hydraulique, et dont la tige liée à la masse en mouvement est guidée à travers l'une des faces du cylindre, et d'autre part d'une capacité annulaire entourant le cylindre de travail, communiquant par une valve et un clapet taré avec la chambre de travail opposée à la tige de piston. Dans le cylindre de travail, la varia- tion du volume de liquide incompressible, résultant des mouvements alterna- tifs de la tige portant le piston, engendre des forces de freinage qui transforment les efforts mécaniques en chaleur. Mais leurs principaux inconvénients résultent de la présence si- multanée de l'huile et de l'air ambiant dans les diverses chambres de tra- vail, ce qui provoque, à l'arrêt ou aux trop faibles amplitudes des mouve- ments, un désamorçage du dispositif par la baisse du niveau d'huile, généra- teur du phénomène de cavitation. Pour ëviter de tels inconvénients notamment dans le cas de mouve- ments de très faibles amplitudes, ainsi que dans le cas o le dissipateur est appelé à prendre une position quelconque proche de l'horizontale, et pour compenser la variation du volume de liquide résultant des mouvements alternatifs de la tige, on utilise des dissipateurs hydrauliques dans les- quels le liquide de réserve dans la capacité annulaire est lui-même mainte- nu sous pression par des dispositifs à ressorts mécaniques ou par des enve- loppes élastiques remplies d'air ou autre gaz sous faible pression. Mais ces dispositifs constituent en général un écran isolant autour du cylindre de travail empêchant ainsi une évacuation rapide de la chaleur engendrée, ce qui entraine une usure rapide des pièces en mouvement et même un grippage, ainsi qu'une décomposition de l'huile employée, une destruction des joints d'étanchéité et de l'enveloppe élastique elle-même. L'invention concerne donc une chambre de compensation élastique, à volume variable, pour dissipateurs hydrauliques d'énergie, qui permet d'é- viter les inconvénients précités. Suivant l'invention, la chambre de compensation élastique, à volu- me variable, est formée par une ou plusieurs sections cylindriques indépen- dantes, qui n'entourent que partiellement le cylindre de travail du dissipa- teur hydraulique d'énergie, pour ménager de larges espaces libres permettant au liquide de circuler facilement entre ledit cylindre de travail et le tube extérieur, de façon à accélérer l'évacuation de la chaleur et évi- ter une élévation dangereuse de la température interne. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivan- te se rapportant à des modes de réalisation particuliers donnés à titre d'exemples et en se référant aux dessins annexés qui représentent: Figure lune coupe axiale d'un dissipateur hydraulique d'énergie, du type télescopique, pourvu d'une chambre élastique conforme à l'invention, Figure 2 une vue en coupe transversale de la figure 1, - Figure 3 une vue en coupe transversale d'une variante de l'invention. - Figure 4 une vue en coupe axiale d'une variante-de la chambre élastique. - Figure 5 une vue en coupe transversale de la figure 4. - Figure 6 une coupe axiale du dissipateur hydraulique muni d'une chambre élastique selon un autre mode de réalisation, - Figure 7 une vue de l'une des extrémités de la chambre élastique représen- tée à la figure 6. - Figure 8 une vue en coupe transversale de la figure 6. - Figure 9 une vue partielle en coupe axiale d'une autre variante de l'in- vention. En se reportant tout d'abord à la figure 1, le dissipateur hydrau- lique d'énergie comporte un cylindre de travail 1, rempli entièrement de li- quide, et dans lequel se déplace un piston 2, solidaire d'une tige 3 qui traverse un contre-piston 4 et un ensemble de joint d'étanchéité 5. Le cy- lindre de travail 1 est entouré d'un tube extérieur 6 formant avec lui une capacité annulaire 7. Le piston 2 est muni de clapets (8-9), chargés respectivement par des ressorts tarés (10-11) qui opposent des résistances déterminées aux pas- sages du liquide dans les deux sens des mouvements, transformant ainsi les efforts mécaniques transmis par la tige 3, en chaleur qui fait monter la température du liquide. Le cylindre de travail 1, du côté opposé à la tige 3, est obturé par une embase 12 portant une valve 13 maintenue sur son siège en position de fermeture grâce à un faible ressort 14 et un clapet 15 chargé par un res- 2564 1 64 sort 16. La valve 13 ouvre de larges passages au liquide lors de l'aspira- tion du piston 2 de la capacité annulaire 7 vers la chambre de travail 17, et en sens inverse, c'est le clapet 15 qui ouvre un passage restreint vers la capacité annulaire 7. Dans la capacité annulaire 7, remplie entièrement de liquide, est placée une chambre de compensation élastique désignée dans son ensemble par la référence 20. Cette chambre à volume variable, remplie d'air ou autre gaz sous faible pression, peut être formée par une ou plusieurs sections cy- lindriques indépendantes, n'entourant que partiellement le cylindre de tra- vail 1, et contenant un volume d'air ou autre gaz déterminé en fonction du volume maximum de la tige 3 enfoncée, avec une marge pour la dilatation ca- lorifique de la totalité du liquide et un volume résiduel de gaz minimum né- cessaire pour ne pas atteindre une pression excessive en fin de course de compression. Sur les figures 1 et 2, la chambre de compensation 20, placée dans la capacité annulaire 7, ne comporte qu'une section cylindrique 21 qui n'entoure que la moitié du cylindre de travail 1 et ménage de larges espa- ces libres (30-31-32) pour permettre une circulation facile du liquide entre le cylindre de travail 1 et le tube extérieur 6, de façon à accélérer l'évacuation de la chaleur et éviter une élévation dangereuse de la tempéra- ture interne. Cette section cylindrique 21 est formée de deux demi-coquil- les (22-23) en caoutchouc. Chaque demi-coquille peut être moulée en forme à la longueur voulue, puis jointée par un procédé de collage à chaud l'une sur l'autre par l'intermédiaire de leurs rebords latéraux (22a-23a) pour ob- tenir des jointures étanches et former une chambre souple, contenant un cer- tain volume d'air à la pression atmosphérique. La face extérieure de chacu- ne des demi-coquilles (22-23) comporte respectivement des languettes longi- tudinales (22b-23b), venant directement de moulage, formant avec les re- bords latéraux (22a-23a) des entretoises qui maintiennent la chambre 20 écartée du cylindre de travail 1 et du tube extérieur 6, et assurent son po- sitionnement dans la capacité annulaire 7. La tige 3 reçoit tous les mouvements de va et vient à amortir et les clapets (8-9) chargés respectivement par les ressorts tarés (10-11), op- posent des résistances déterminées au passage du liquide dans les deux sens du mouvement, transformant ainsi les efforts mécaniques transmis par la tige 3, en chaleur qui fait monter la température du liquide. Le volume de la partie enfoncée de la tige 3, lors d'ue mouvement de compression, chasse obligatoirement un volume égal de liquide contenu dans le cylindre de tra- 6 4 164 vail 1, à travers le clapet 15 chargé par le ressort 16. Cet excédent de li- quide passe dans la capacité annulaire 7. Le liquide n'étant pas compressi- ble, c'est donc la chambre de compensation élastique 20 qui se comprime pour absorber cet excédent de liquide, en augmentant ainsi la pression de l'air qu'elle contient. Dans le cas d'un mouvement d'extension, et suivant la course effectuée, l'air comprimé'dans la chambre 20 se détend et repous- se le liquide à travers la valve 13, vers l'intérieur du cylindre de tra- vail 1 qui reste toujours plein, de sorte que le piston 2 rencontre une ré- sistance dans tous ces mouvements, ce qui souligne le rôle important du bon fonctionnement de la chambre élastique de compensation 20. La chambre de compensation 20 n'entourant que partiellement le cy- lindre de travail 1, le liquide circule facilement, entre ledit cylindre et le tube extérieur 6, par les espaces libres (30-31-32) ce qui permet d'accé- lérer l'évacuation de la chaleur et d'éviter ainsi une élévation dangereuse de la température interne. Dans le cas particulier de dissipateur hydraulique d'énergie à en- combrement diamètral réduit, la chambre de compensation élastique peut être formée par plusieurs petites sections cylindriques (25-26) indépendantes et occupant chacune une part moins importante (figure 3), tout en ménageant entre le cylindre de travail 1 et le tube extérieur 6, de larges espaces li- bres (30-31-32-33) pour la circulation du liquide et-l'évacuation de la cha- leur. Chaque petite section (25, 26) comporte comme dans l'exemple précé- dent, deux demi-coquilles en caoutchouc moulées en forme à la longueur vou- lue et collées à chaud l'une sur l'autre. Suivant une variante de l'invention représentée sur les figures 4 et 5, la section cylindrique 21 de la chambre de compensation 20 peut égale- ment être formée par un tube 40 moulé en forme et à chaque extrémité duquel est collé un bouchon 41. Les faces extérieures du tube 40 comportent des languettes longitudinales 42 venant directement de moulage, qui maintien- nent la chambre 20 écartée du cylindre de travail et du tube extérieur, et assurent son positionnement dans la capacité annulaire. En se reportant maintenant aux figures 6 à 8, on va décrire un autre mode de réalisation de la chambre de compensation élastique 20 pour un dissipateur d'énergie. La chambre de compensation élastique 20 se compose de deux sec- tions cylindriques (50-51), chacune formée par un tuyau en caoutchouc (50a- 51a), extrudé de forme ou rond, aplati, et reposant sur deux bagues (52, 53). Chaque tuyau (50a-51a) est fermé de façon étanche à ses extrémités avec ou sans collage préalable à l'aide de rubans métalliques 54 ou autres, et serrés fortement avec une pince à cercler sur une boucle 55 ou tout autre moyen connu. Ces sections (50a-51a), dont le nombre peut varier, sont disposées de façon à laisser également de larges espaces libres (30-31-32- 33) pour permettre une circulation facile du liquide et accélérer l'évacua- tion de la chaleur. Le volume d'air ou autre gaz, dans les tuyaux est égale- ment déterminé en fonction du volume maximum de la tige 3 enfoncée, avec une marge pour la dilatation calorifique de la totalité du liquide et un vo- lume résiduel de gaz minimum pour ne pas atteindre de pression excessive, en fin de course de compression. Un mandrin de montage avec un limitateur du diamètre extérieur permet d'obtenir le volume calculé sur ces bases. Dans la variante de la figure 9, le tuyau en caoutchouc consti- tuant la chambre de compensation élastique 20 monté sur un tube léger 56, est replié sur lui-même de manière à abouter ses deux extrémités qui, col- lées ou non, sont serrées avec un fil enroulé plusieurs fois ou un ruban ap- proprié 57, après l'obtention, par gonflage à l'aide, par exemple, d'une ai- guille tubulaire fine, d'un diamètre extérieur déterminant le volume de gaz nécessaire. Le tube 56 est maintenu sur le cylindre de travail 1 grâce à plusieurs ergots 58, découpés ou emboutis à ses deux extrémités, de manière à laisser, comme dans les exemples précédents, des larges espaces libres (31-32) pour permettre une circulation de liquide nécessaire pour l'évacua- tion à travers le tube extérieur 6 de la chaleur engendrée. La partie repliée du tuyau peut être constituée par un tuyau sépa- ré, concentrique de diamètre plus grand et collé ou non de façon étanche par cerclage mécanique à ses deux extrémités. On peut également prévoir, une chambre de compensation élastique ayant une surface annulaire relativement grande, pour un même volume néces- saire, mais de longueur plus petite, ce qui laisse une partie du cylindre de travail I découvert et en communication directe avec le tube extérieur 6 à travers le liquide, en favorisant ainsi l'écoulement de la chaleur engen- drée à l'intérieur du cylindre de travail. Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'inven- tion imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Chambre de compensation élastique pour dissipateur hydraulique d'énergie, du type télescopique formé par: - un cylindre de travail rempli de liquide et séparé en deux chambres par un piston lié par une tige à la masse en mouvement, ledit piston étant muni de clapets tarés qui déterminent les résistances hydrauliques au cours des mouvements transmis par la tige, transformant ainsi les efforts mécaniques en chaleur, - et une capacité annulaire également remplie de liquide dans laquelle est placée la chambre de compensation élastique à volume variable, ladite capa- cité annulaire entourant le cylindre de travail et communiquant par une val- ve et un clapet taré avec la chambre opposée à la tige de piston, caractérisée par le fait que ladite chambre de compensation élastique (20) est formée par une ou plusieurs sections cylindriques indépendantes, qui n'entourent que partiellement le cylindre de travail (1) pour ménager de larges espaces libres (30-31-32-33) permettant une circulation facile du li- quide entre le cylindre de travail (1) et le tube extérieur 6 de façon à ac- célérer l'évacuation de la chaleur et éviter une élévation dangereuse de la température. 2. Chambre de compensation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la ou les sections cylindriques contiennent un volume d'air ou autre gaz sous faible pression, déterminé en fonction du vo- lume maximum de la tige (3) enfoncée, avec une marge pour la dilatation ca- lorifique de la totalité du liquide et un volume résiduel de gaz minimum né- cessaire pour ne pas atteindre une pression excessive en fin de course de compression. 3. Chambre de compensation selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que chaque section cylindrique (21, 25, 26) est formée de deux demi-coquilles (22-23) en caoutchouc ou autre matière imper- méable au gaz, moulées en forme à la longueur voulue, puis collées par un procédé approprié l'une sur l'autre par l'intermédiaire de leurs rebords la- téraux (22a-23a) pour obtenir des jointures étanches. 4. Chambre de compensation selon la revendication 3, - caractérisée par le fait que la face extérieure de chacune des demicoquil- les (22-23) comporte respectivement des languettes longitudinales (22b- 23b), venant directement de moulage, formant avec les rebords latéraux (22a- 23a) des entretoises qui maintiennent la chambre (20) écartée du cylindre de travail (1) et du tube extérieur (6) et assurent son positionnement dans 2 5 6 4 164 la capacité annulaire (7). 5.- Chambre de compensation selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que chaque section cylindrique (21, 25, 26) est formée par un tube (40) en caoutchouc ou autre matière imperméable au gaz, moulé en forme, et à chaque extrémité duquel est collé un bouchon (41). 6.- Chambre de compensation selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les faces extérieures du tube (40) comportent des languettes longitudinales (42) venant directement de moulage, qui main- tiennent la chambre (20) écartée du cylindre de travail (1) et du tube exté- rieur (6), et assurent son positionnement dans la capacité annulaire (7). 7. Chambre de compensation selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que chaque section cylindrique (50-51) est formée par un tuyau (50a-51a) en caoutchouc ou autre matière imperméable au gaz, extrudé de forme ou rond, aplati, serré sur des bagues (52-53). 8. Chambre de compensation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les extrémités du tuyau (50a-51a) sont fermées de façon étanche, avec ou sans collage préalable, à l'aide d'un cerclage mé- canique (54-55). 9. Chambre de compensation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le tuyau (50a-51a) en cacoutchouc ou autre ma- tière est replié sur lui-même de manière à abouter ses deux extrémités qui, collées ou non, sont fermées de façon étanche à l'aide d'un cerclage mécani- que (57). 10. Chambre de compensation selon la revendication 9, caractérisée par le fait que le tuyau (50a-51a) est monté sur un tube léger (56) maintenu sur le cylindre de travail (1) grâce à plusieurs ergots (58) découpés ou emboutis à ses deux extrémités. Il.- Chambre de compensation selon la revendication 9, caractérisée par le fait que la partie repliée du tuyau (50a-Sla) est cons- tituée par un tuyau séparé, concentrique de diamètre plus grand et collé ou non de façon étanche par cerclage mécanique à ses deux extrémités.