Brevet FR2590951A1 — publié le 19870605

RESSORT A GAZ La présente invention concerne un ressort à gaz et vise en particulier un ressort à gaz destiné à équiper des machines outils, notamment des presses de découpage et de poinçonnage pour la fabrication en série de biens de consommation. Traditionnellement, ces outillages utilisent des ressorts helicoidaux en fil d'acier (rond, carré, méplat) ou des ressorts en disques d'acier, en caoutchouc ou autres matériaux éLastomères (polyuréthane). Les fonctions demandées à ces ressorts sont très nombreuses : - Serrage et soulèvement d'éléments avec des forces très élevées et sous des courses importantes. - Décollement des pièces entre elles avec des forces élevées par rapport à la place disponible mais sous des courses généralement faibles. - Maintien en place d'organes de contrôle (appelés généralement "pilotes") mais sous une charge élastique autorisant l'effacement du pilote pour éviter toute détérioration. On ne rencontre pas actuellement de pilote assurant la fonction détection, ce qui serait cependant souhaitable pour éviter des destructions couramment observées en cas de mauvais positionnement de pièces dans la machine. Les types de ressorts actuellement connus ne Deuvent répondre à tous les besoins rencontrés dans les industries concernées, ou, s'ils y répondent, on rencontre fréquemment un ou plusieurs des défauts suivants - Encombrement important. - Augmentation importante de force entre les positions initiale et finale. Cette augmentation atteint fréquemment un rapport de 2,7. Or, dans les machines de découpe et d'emboutissage, l'effort utile est développé en position initiale, toute augmentation de la force des ressorts est donc néfaste. - Nécessité de pièces annexes, parfois complexes, pour leur mise en oeuvre, à la fois pour des raisons de technologie et de construction, mais aussi pour des raisons de sécurité à l'égard du personnel de fabrication et de maintenance. - Réglages en altitude et en force pratiquement impossibles, sauf par adjonction d'annexes supplémentaires. - Perte de force dans le temps en cours d'utilisation par affaissement des composants. Cet affaissement n'est généralement pas contrôlable statiquement et n'est décelé que par le rebut de pièces produites. Ces défauts engendrent les conséquences suivantes : - Consommations excédentaires d'énergie lors de leur fabrication (matières premières, main d'oeuvre, puissance électrique ou thermique). - Consommations excédentaires d'énergie lors de Leur utilisation, en raison de l'augmentation des masses mises en jeu et des efforts parasites dûs aux fortes augmentations des forces initiales, ceci entraînant fréquemment l'obligation d'utiliser des machines outils plus importantes que la fonction initiale le demandait. - Outre l'augmentation conséquente des coûts de production, il s'ensuit un accroissement du coût des parcs de stockage. Pour tenter de pallier ces inconvénients, il a été proposé des ressorts à gaz, que l'on rencontre sur le marché, mais qui répondent très imparfaitement et très partiellement aux besoins et n'éliminent pas tout à fait les défauts des autres ressorts et leurs conséquences, à savoir : - Leur encombrement reste important et permet mal, voire pas du tout, de diminuer les masses des machines. - Leur augmentation de force reste importante, le rapport force finalelforce intiale atteignant une valeur de 2. - Absence. de réglage. - Faible vitesse de fonctionnement. - Position en hauteur évolutive dans Le temps. - Ne permettent pas d'assurer la fonction de décollement. - Ne permettent pas d'assurer la fonction pilote. La présente invention a donc pour but, à la fois de pallier les inconvénients précites et de procurer les avantages suivants : - Diminuer les masses des matières premières. - Diminuer les coûts de main d'oeuvre tant pour la fabrication des machines que pour leur utilisation. - Diminuer les énergies consommées. - Contrôler le bon état des outillages entre leur utilisations séquentielles. A cet effet, la présente invention propose un ressort à gaz comprenant un corps tubulaire fermé à une extrémité et un piston plongeur monté à coulissement dans ledit corps, une cavité étant ainsi définie entre le corps et te piston et cette cavité étant remplie par un gaz sous pression, caractérisé en ce que ledit piston comporte au moins un évidement en communication avec ladite cavité. Grâce à cette caractéristique, le volume total offert au gaz sous pression, formé par la somme du volume de la cavité et du volume du -ou des évidement (s) du piston, est rendu maximal dans un encombrement réduit et le coefficient multiplicateur de la pression régnant dans la cavité en fonction de la course du piston pourra rester au-dessous des valeurs limites admissibles par les utilisateurs. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, Lorsque le piston est monté dans le corps par l'intermédiaire d'une douille, cette dernière comporte également au moins une partie év i dé e en communication avec la cavité. Entre autres avantages, l'invention permet un allégement du ressort à gaz, donc une économie de matières premières et des masses mises en jeu. Egalement, elle permet une diminution des forces mises en jeu, donc de la-consommation d'énergie en cours d'utilisation. La description qui va suivre mettra en évidence les autres caractéristiques et détails de L'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un ressort à gaz selon l'invention, la figure 2 est une vu-e en coupe agrandie d'une valve de chargement incorporée au ressort de la figure 1, les figures 3 et 4 illustrent des variantes du ressort et de la valve des figures 1 et 2 respectivement, La figure 5 est une vue en coupe d'un ressort à gaz assurant une fonction de décolLement, la figure 6 est une vue en coupe d'un ressort à gaz assurant une fonction de pilote, la figure 7 est une vue en coupe d'un ressort à gaz assurant à la fois les fonctions de pilote et de décollement, la figure 8 est une vue en coupe d'un ressort à gaz similaire à celui de la figure 7 et assurant de plus une fonction de contrôle, la figure 9 est une vue en coupe d'un contrôleur purgeur pour ressort à gaz selon l'invention, et la figure 10 est une vue schématique d'un dispositif de remplissage pour de tels ressorts à gaz. Dans toute la description seront mentionnes des matériaux particuliers mais qui ne devront pas être interpretés comme ayant un caractère limitatif. Les matériaux utilisés, ainsi que les divers procédés de fabrication ou d'assemblage (soudure) seront tels qu'ils répondent aux exigences des organismes chargés de la réglementation en matière de sécurité (en France : le Service des Mines). Leurs caractéristiques d'allongement à la rupture se situeront entre 15 X et 22 X. Les pièces seront dimensionnées en appliquant un coefficient de sécurité égal à 4, en fonction des contraintes internes et externes subies. Le ressort 10 illustré à la figure 1, comporte un corps tubulaire 12, en acier, fermé à son extrémité supérieure 12s par un bouchon 14, en acier également, qui peut être soit vissé sur le corps i2 avec in-terposition d'un joint d'étanchéité 16 (figure 1), soit soudé au corps (figure 3). Au centre du bouchon est montée une valve de chargement 18 qui sera décrite en détail ultérieurement. A l'extrémité inférieure 12i du corps est montée une douille cylindrique 20 en bronze définissant un alésage intérieur 22 dans lequel coulisse un piston plongeur 24, en acier. Entre le corps 12, la douille 20 et le piston 24 se trouve ainsi définie une cavité 26 qui est remplie d'un gaz sous pression, dont il résulte que le piston 24 est repoussé élastiquement vers l'extérieur du corps et que L'ensemble se comporte comme un ressort. Le piston est réalisé sous forme d'un tube creux bouchonné à son extrémité inférieure 24i, soit par usinage à partir d'un barreau cylindrique plein (figure 1), soit par soudage d'un disque de fermeture 25 à l'extrémité d'un tronçon de tube 24t (figure 2). Le volume ou évidement intérieur au piston est donc en libre communication avec la cavité 26 dont il augmente le volume utile. La douille 20 est vissée dans le corps avec interposition d'un joint 28. Elle présente un rétrécissement médian ou partie évidée 30 et le volume compris entre cette partie évidée et la paroi intérieure du corps est mis en communication avec la cavité 26 via des passages 32, augmentant ainsi également le volume utile de cette cavité. On remarquera à ta figure I divers autres détails : - Le corps 12 et#ou le bouchon 14 comportent une ou plusieurs zones en dépression 34 sur leur face interne délimitant la cavité 26, augmentant ainsi le volume utile de celle-ci. - Le corps 12 est fileté extérieurement et reçoit une ou plusieurs bagues de montage 36, 38 qui permettent sa fixation sur un bâti de machine. - Un alésage 22 de la douille 20 forme un élargissement 40 formant réserve de lubrifiant entourant le piston 24. - Près de l'extrémité de la douille située du côté de la cavité 26 est monté un joint 42, et près de l'extrémité externe est monté un joint à livre ou joint racleur 44. - Un perçage en biais 46, bouchonné, permet le remplissage de la réserve de lubrifiant 40. - Le piston 24 comporte une collerette 48, et la partie supérieure 50 de la douille 20 forme un épaulement de butée pour la collerette 48, ce qui définit une position précise pour le piston en condition étendue (telle que représentée à La figure). Le fonctionnement du ressort est décrit comme suit Lorsqu'on applique mécaniquement un effort sur un corps quelconque en appui sur Itextrémité du piston plongeur ce dernier pénètre à Itintérieur du corps. Le volume de la cavité 26 diminue en fonction de la course du piston et la pression, donc La force, augmente. Grâce aux dispositions de la présente invention, le volume utile de La cavité 26 est majoré du volume de l'évidement intérieur du piston, des dépressions du corps et de la partie évidée de la douille. Cette augmentation de la force reste faible, et dans la plupart des applications, on pourra la maintenir dans un rapport inférieur à 1,4. Lorsqu'on relâche L'effort, le piston coulisse vers l'extérieur jusqu'à La venue en appui de la collerette 48 sur la butée 50. On remarquera que la longueur de la douille 20 permet un excellent guidage du piston plongeur 24. Selon la variante illustrée à la figure 3, le corps est également formé d'un tronçon tubulaire 12t sur lequel est soudée une plaque de fermeture formant te bouchon 14. La figure 2 illustre en détail un premier mode de réalisation de La valve de remplissage 18. Elle comprend un corps de valve 52 en bronze dans lequel est ménagé un passage axial 54 qui se termine du côté de La cavité 26 selon le sens de montage, par un siège de valve annulaire 56. Un opercule de valve 58 est rappeLé contre le siège 56 par un léger ressort 60 en appui contre un arrêt 62. L'extrémité extérieure du passage axial 54 forme un trou taraudé destiné à recevoir un dispositif de contrôle de pression et de purge qui sera décrit en détail ultérieurement. Dans le mode de réalisation, Le corps de valve est reçu dans un trou du bouchon 14 de ressort par emmanchement à force. Le corps de valve comporte une bride d'arrêt 64 qui est plaquée contre La face inférieure du bouchon, avec interposition d'un joint 66. Dans la variante iLLustré à La figure 4, Le corps de valve est fileté afin d'etre visse dans un trou du bouchon 14. Le corps de valve comporte également une bride supérieure 64 qui est plaquée contre La face supérieure du bouchon, avec interposition -d'un joint 66 La figure 5 illustre un ressort à gaz assurant une fonction de décollement. On utiLisera pour sa description les mêmes chiffres de référence que précédemment, augmentes de la valeur 100. Le ressort est ici généraLement de taille plus réduite, de sorte que le corps 102 et le bouchon 114 sont réalisés d'une seule pièce en bronze et ta valve de remplissage 118 est intégrée directement au bouchon, le passage 154 étant ménagé dans Le -bouchon lui-même. Le ressort 160 qui rappelLe l'opercuLe de valve 158 contre son singe prend appui sur le piston plongeur 124, évidé en son centre afin d'accroltre te volume utile de La cavité 126. L'étanchéité entre la douille 120 et le corps 112 et entre La douille 120 et te piston 124 est réalisée au moyen d'un joint unique (1281142) pLaqué à L'extrémité interne de la douille. La douille elle-meme est fixée au corps 112 à l'aide d'un jonc annulaire élastique 168. Le piston 124 est étagé et comprend deux parties successives large 1241 et étroite 124e définissant un épaulement de butée 170 et séparées par un rétrécissement 172 formant réserve de lubrifiant. Dans ce mode de réalisation-, le corps est fileté extérieurement et reçoit un écrou 173 en vue de sa fixation sur un bâti de machine. En variante (non représentée) le corps est lisse et comporte une bride extérieure en vue de son maintien dans un bâti. Le ressort illustre à la figure 6 assure une fonction de pilote. Les chiffres de référence utilisés sont les mêmes qu'à la figure 1 augmentés de la valeur 200. La réalisation est sensiblement la même qu'à la figure 1. Le ressort est ici dépourvu de douille et le piston 224 est monte directement dans Le corps 212. Le corps 252 de la valve 218 a un diamètre extérieur suffisant pour permettre l'introduction du piston 224 à travers le bouchon 214 lors de l'assemblage du ressort. Ce type de ressort est utilisé pour le maintien en position précise de pièces en cours de fabrication. A cet effet, le p-iston porte une tête rapportée 274 dont la forme en relief corres#pond à une forme en creux existante dans la pièce en cours de fabrication. Cette tête a donc une forme spécifique pour chaque application et #elle est donc montée de manière interchangeable. Elle est réalisée en matériau, par exemple l'acier, résistant à l'usure. Le ressort illustre à la figure 7 est semblable au précédent (chiffres de référence augmentés de 300). Il assure donc une fonction de pilote grâce à son piston 324 et sa tête rapportée 374. Dans la mesure où l'on observe frequemment un coincement de La tête dans la forme en creux de la pièce en cours de fabrication, ce ressort assure également une fonction de déc#ollement à l'aide d'un piston auxiliaire 376. Le piston auxiliaire 376 est cylindrique et entoure le piston plongeur 324. Il comporte lui aussi une collerette 378 à son extrémité interne qui vient en appui sur un épaulement 380 du corps 312 pour définir une position précise du piston auxiliaire en condition étendue. Le piston auxiliaire traverse la réserve de lubrifiant 340 et comporte à ce niveau des passages traversants 382 pour permettre le passage de lubrifiant vers le piston plongeur 324. Le ressort illustré à la figure 8 est semblable au précédent et assure également une fonction de détection (chiffres de référence augmentés de 400). En effet, Lorsque la tête rapportée 474 ne vient pas s'emboiter normalement dans le relief en creux de la pièce en cours de fa#brication parce que cette pièce ne se présente pas de la manière prévue face au ressort 410, la course du piston 424 vers L'intérieur du corps 412 sera supérieure à la course usuelle. Il convient de détecter cette anomalie pour interrompre le processus de fabrication et éviter des détériorations de la machine et/ou des outils de production. Cette détection est ici assurée au moyen d'une tige de détection 484, fixée au piston plongeur 424 et traversant le bouchon 414 pour faire saillie à l'extérieur du corps et coopérer avec un détecteur de course (non représenté). Plus précisément, la tige 484 traverse Le corps via la valve 418 et le passage de remplissage 454. Elle traverse l'opercule 458 de valve, avec interposition d'un joint d'étanchéité 486 On mentionnera ici quelques variantes non représentées qui pourront être avantageusement mises à profit dans le cadre de l'invention : - L'évidement du piston pourra consister en plusieurs évidements, indépendants ou reliés entre eux, étant chacun en communication avec la cavité du ressort. - Lorsque le piston est reçu dans une douille comportant une partie évidée, cette partie évidée pourra également être formée par plusieurs parties évidées distinctes. - Le démontage des parties vissées du ressort peut présenter un danger Si la cavité n'a pas été préalablement purgée. On prévoira avantageusement que leur démontage ne puisse s'effectuer qu'à laide d'outils spécifiques, coopérant avec des trous ou des entailles qui sont rebouchées avec des résines spéciales de forte résistance La figure 9 illustre un dispositif de contrôle et de purge permettant de contrôle et de réduire la pression du gaz présent dans la cavité du ressort. Ce dispositif 500 comprend un boîtier 502 pourvu d'un embout fileté 504 pour son raccordement à l'entrée de la valve de remplissage du ressort. Dans le bottier est définie une chambre 506 qui communique avec l'embout 504, avec un manomètre de contôle 508 et avec un évent de purge 510 fermé par un pointeau 5120 La chambre 506 est traversée par un doigt mobile 314 à l'aide d'un bouton de manoeuvre 516, qui s'étend jusque dans l'embout 504. Ainsi, lorsque le dispositif 500 est ixé sur un ressort, de leun quelconque des types décrits précédemment, on fait avancer le doigt mobile 314 jusqu'à provoquer le décollement de L'opercule de la valve de remplissage de son siège. La chambre 506 est ainsi mise en communication avec la cavité du ressort et l'on contrôle la pression à l'aide du manomètre 508. Pour réduire cette pression, il suffit de laisser s'échapper une partie du gaz par L'revent 510 à l'aide du pointeau 512, en contrôlant te manomètre 508. Lorsque la manoeuvre est terminée, on ramène le doigt mobile 514 vers l'intérieur de la chambre puis on démonte le dispositif. Bien entendu, le doigt mobile et son fut seront dimensionnes de manière à remplir pratiquement totalement la chambre 506 et les divers passages internes du dispositif seront d'un volume aussi faible que possible afin de ne pas provoquer de diminution sensible de ta pression à l'intérieur du ressort au cours de L'opération de contrôle. Le remplissage initial de ce ressort peut être effectué à l'aide d'une instaLlation schématisée à ta figure 10. Brièvement, cette installation comporte deux sources de gaz sous pression ; une première source 520 formée par une bouteille de gaz comprime, et une seconde source (non représentee) formée par un compresseur en continu. Les conduits provenant des deux sources (522, 524) peuvent être isoles par des vannes convenables 526 et mis en communication soit avec un circuit de remplissage direct 528 Lorsque la pression disponible à la source est suffisante, soit avec un circuit de surpression 530 Lorsque la pression à la source est insuffisante. Le circuit de surpression comporte un surpresseur 532, alimenté dans le cas présent en air comprimé via une alimentation 534. tes deux circuits (528, 530) aboutissent à une tête de remplissage 536, que l'on fixe sur le ressort, pourvue de conduits de remplissage, de joints, et d'un manomètre de contrôle. REVENDICATIONS 1. Ressort à gaz, comprenant un corps tubulaire (12) fermé à une extrémité (14) et recevant à son autre extrémité un piston plongeur (24) coulissant, une cavité (26) étant ainsi définie entre le corps et le piston et remplie d'un gaz sous pression, caractérisé en ce que ledit piston comporte au moins un évidement en communication avec ladite cavité 2. Ressort à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (12, 14) comporte au moins une zone en dépression (34) sur sa face interne délimitant ladite cavité. 3. Ressort à gaz selon l'une ou L'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte une douille (20) interposée entre ledit corps (12) et Ledit piston (24) et que ladite douille comporte au moins une partie évidée (30) en communication avec ladite cavité. 4. Ressort à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un piston auxiliaire (376) de forme cylindrique et entourant ledit piston plongeur. 5. Ressort à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que Ledit piston plongeur est réalisé sous forme d'un tronçon de tube (24t) obturé à une extrémité par un disque (25). 6. Ressort à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une valve de remplissage (18) montée dans ledit corps et en communication directe avec ladite cavité. 7. Ressort à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une tige de contrôle (484) fixée audit piston plongeur et traversant ledit corps de manière étanche. 8. Ressort à gaz selon la revendication 7 prise en combinaison avec la revendication 6, caractérisé en ce que. ladite tige de contrôle traverse ledit corps via ladite valve de remplissage. 9 Ressort à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 å 8, caractérisé en ce que ledit piston plongeur (24) comporte une collerette (48) et que ledit corps comporte un épaulement (50) de butée pour ladite collerette. 10. Ressort à gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une réserve de Lubrifiant (40) entourant ledit piston plongeur.