Brevet FR2618867A1 — publié le 19890203

PISTON EQUIPANT UN VERIN, NO-AMMENT UN RESSORT PNEUMATIQUE La présente invention se rapporte à un piston pour un vérin, en particulier un ressort pneumatique ("ressort à gaz"),comportant un carter sensiblement cylindrique qui est fermé à une extrémité, est empli d'un fluide, notamment d'un gaz comprimé, et dans lequel est guidée à coulissement une tige de piston qui sort, de manière étanche, de l'autre extrémité de ce carter et qui porte le piston dans une région de son extrémité situee dans l'espace interne dudit carter, le piston présentant une gorge logeant un segment de piston, dans laquelle se trouve un segment de piston venant s'appli- quer contre des parois latérales de la gorge. Un piston de ce genre est connu d'après la demande de brevet DE-A-35 13 839. Ce piston se compose alors d'un porte- piston pouvant être relié rigidement à la tige de piston, ainsi que d'un segment mobile axialement entre deux butées du porte-piston. Dans ce cas, le diamètre interne du segment est légèrement plus petit que le diamètre externe d'une butée. Par suite de cette réalisation, le segment peut être monté sur le porte-piston en enfilant ce segment sur la butée sus- mentionnée. Le porte-piston, consistant en une matière plas- tique dure et élastique, est alors déformé de façon telle que le segment s'emboite dans la gorge le recevant. Neanmoins, la surface de contact du segment contre la butée précitée est très petite, ce qui n'exclut pas: le risque que ledit segment ne soit pas. retenu fiablement, entre les butées, dans la gorge destinée à le recevoir. - D'après la demande de brevet DE-A-29 25 642 (correspon- dant au brevet US-A-4 307 873), il est connu de disposer avec faculté de coulissement axial, sur une tige de piston, un piston qui présente des saillies élastiques emprisonnant par-dessus un segment de piston fixé à ladite tige par l'in- termédiaire de rivets, ce qui empêche le piston de chuter de ladite tige. L'invention a pour objet un piston du type précité, conçu pour permettre d'une part un montage simple du segment sur le piston et pour garantir, d'autre part, une assise fiable dudit segment moyennant un montage simple du piston sur sa tige. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait qu'une zone du piston, s'étendant au moins de la gor- ge logeant le segment jusqu'à une extrémité libre, se compose de plusieurs secteurs séparés les uns des autres par des fentes longitudinales; et par le fait que cette zone est pourvue d'un perçage dont le diamètre, à l'extrémité libre, est plus petit que le diamètre de la région associée de la tige de piston. L'invention se fonde pour l'essentiel.sur le fait que, dans son ensemble, le piston est d'une réalisation compre- nant seulement deux parties, le segment étant logé dans une gorge prévue à cet effet, comme cela est déjà connu. Grâce à cette réalisation conforme à l'invention, d'une part le piston est enfilé sur la zone munie de la gorge logeant le segment (avec excursion radiale éventuelle des secteurs en direction de l'axe commun), puis s'emboite dans la gorge précitée. Au cours du montage successif du piston sur sa tige, les secteurs sont basculés radialement vers l'extérieur: la paroi latérale de la gorge, par l'intermédiaire de laquelle le segment de piston a été enfilé dans cette gorge lors du montage, subit alors un mouvement radial vers l'extérieur, ce qui donne naissance à une butée correspondante ayant un chevauchement radial suffisant avec ledit segment. Les fentes situées entre les secteurs peuvent être "enjambées" (rac- cordées) par des pellicules. La zone par l'intermédiaire de laquelle le segment de piston est inséré dans la gorge pos- séde une paroi dont la face externe est de réalisation sen- siblement tronconique. Il en va de même pour le perçage pra- tiqué dans cette zone, qui est élargi cylindriquement lors de la pénétration de la tige de piston. Au stade du montage du piston, les fentes sont évasées de manière à présenter une forme sensiblement trapezr dale. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'in- vention:- - les secteurs peuvent être reliés les uns aux autres par l'intermédiaire des pellicules qui enjambent les fentes; - le diamètre externe de la z:ne formée par ces secteurs peut être sensiblement égal, au voisinage de l'extrémité libre de ladite zone, au diamètre inte ne du segment de piston; - dans la région,ou arête,qu marque la transition entre la gorge logeant le segment de p-ston et la face externe de.la paroi de la zone précitée, le diamètre externe de cette zone formée par les secteurs peut être au moins égal au diamètre interne dudit segment; - les fentes peuvent s'étendre sur la largeur de la gorge logeant ledit segment; - le diamètre de la région de la tige de piston qui porte les secteurs peut être supérieur, de 25 % à 40 %, au diamè- tre du perçage à l'extrémité libre de la zone susmentionnée; - ledit perçage peut se rétrécir tronconiquement vers l'extré- mité libre de ladite zone formée par des secteurs; - ces secteurs peuvent être articulés sur une pièce de gui- dage au voisinage de la gorge logeant le segment de piston; evou - cette pièce de guidage peut être assujettie à la tige du piston. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexes sur lesquels: la figure 1 illustre un vérin réalisé sous la forme d'un ressort pneumatique, muni d'un piston conforme a l'in- vention; la figure 2 est une vue en éclaté, avec coupe, repré- sentant un piston, un segment de piston et la région asso- ciée d'une tige de piston; la figure 3 est une coupe transversale du piston, selon la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une coupe transversale du piston, selon la ligne IV-IV de la figure 2; la figure 5 est une coupe longitudinale du piston, au début du montage d'un segment; la figure 6 est une coupe longitudinale du piston et du segment, au cours du montage de ce segment; la figure 7 est une coupe longitudinale, montrant le piston et le segment à l'état monté; et la figure 8 illustre un piston sur lequel un segment est encastré, en condition montée sur une tige de piston. Le vérin illustré sur la figure 1, réalisé sous la for- me d'un ressort pneumatique ("ressort à gaz"), présente un carter 1 sensiblement cylindrique qui est produit à partir d'un tube et est réalisé fermé à une extrémité 2. Une tige cylindrique 4 de piston, sortant par l'autre extrémité 3 du carter 1, se situe dans l'alignement d'un axe médian longi- tudinal 5 dudit carter 1. A son extrémité logée dans ce carter 1, la tige 4 comporte un piston de guidage 6 qui sera décrit ci-dessous de manière plus précise. Ce piston 6 prend appui (au moins par une partie de son pourtour extérieur) contre une face interne 7 de la paroi du carter 1. A l'extrémité 3 du carter 1, la tige 4 de piston est guidée dans un coussinet de guidage 8 dont un perçage 9, coïncidant avec l'axe 5 et recevant la tige 4, est adapté à cette tige 4 de manière à en assurer le guidage. Le cous- sinet 8 est arrêté axialement dans le carter 1. A une face extrême 11 tournée vers l'espace interne 10 du carter 1 (c'està-dire vers le piston de guidage 6), le coussinet de guidage 8 présente un corps d'étanchement 12 venu de moulage par injection, rapporté par collage ou soli- darisé par vulcanisation, qui consiste en un matériau élas- tique d'étanchement tel que des classes de caoutchouc ou des matières plastiques appropriées. Une garniture extérieure d'étanchement 13 assurant l'étanchéité et portant contre la face interne 7 de la paroi du carter 1, ainsi qu'une garni- ture intérieure d'étanchement 14 appliquée de manière étan- che contre la tige 4 du piston, sont façonnées sur ce corps d'étanchement 12. Ce mode d'étanchement permet d'assurer une étanchéité absolue, vers l'extérieur, de l'espace interne du carter 1 qui est par exemple empli de gaz comprimé, ou bien encore d'huile hydraulique, voire de gaz comprimé et d'une petite quantité d'huile. Comme le met en évidence la figure 2, le piston 6 pos- sède une pièce de guidage 15 substantiellement cylindrique dont le diamètre externe D est légèrement plus petit que le diamètre interne Di du carter i (figure 1), de sorte que cette pièce 15 peut certes être guidée contre la face inter- ne 7 de la paroi, dans l'aligrnement de l'axe 5, mais qu'un passage du fluide tel que du gaz comprimé ou de l'huile hydrau- lique est toutefois possible entre ladite pièce 15 et ladite face interne 7. La pièce 15 est pourvue d'un perçage 16 adapté, dans une large mesure sans aucun jeu, à la tige 4 de piston. La pièce de guidage 15 est dotée de deux évidements 17, s'étendant à la manière de sécantes. Comme le révèlent les figures 2 et 3, ces évidements coupent le perçage 16, ce qui forme des orifices 18 dans cette région; Les évidements 17 se trouvent dans la zone centrale de la pièce 15 (par rap- port à la direction de l'axe 5), ce qui laisse encore subsis- ter dans la direction de l'axe 5, de part et d'autre des évidements 17, du matériau de la pièce 15 qui forme des parois latérales 19 desdits évidements 17. Une zone d'amortissement 20 se raccorde à la pièce de guidage 15, avec laquelle elle est ménagée d'un seul tenant. En condition non montée, cette zone 20 présente un perçage tronconique 21 qui s'étend lui aussi dans l'alignement de l'axe 5, se raccorde au perçage cylindrique 16 et dêcrolt de section à partir de celui-ci. Ce perçage tronconique 21 se rétrécit par conséquent vers une extrémité libre 22 de la zone 20, tournée à l'opposé de la pièce de guidage 15. La zone d'amortissement 20 se compose pour l'essentiel de plusieurs (quatre dans l'exemple considéré) secteurs annu- laires 23 agencés circonférentiellement de manière symétri- que, par rapport à l'axe 5, selon des espacements angulaires égaux mesurant 90 dans le cas considéré. Une fente 24, pra- tiquée entre deux secteurs annulaires 23 respectivement voi- sins, s'étend sur toute la longueur axiale de ces secteurs 23. Au voisinage du perçage tronconique 21, les fentes sont à chaque fois "enjambées" par de minces pellicules 25. En d'autres termes, cela signifie que les fentes 24 s'étendant entre des secteurs 23 voisins sont obturées, en direction du perçage tronconique 21, par l'intermédiaire des pellicules 25. Ces pellicules 25 sont aussi minces que l'autorisent les techniques d'injection, c'est-a-dire que leur épaisseur mesure seulement quelques dixièmes de millimètre. Bien entendu, les pellicules 25 ne doivent pas impérativement être prévues; ainsi, les fentes 24 peuvent également séparer intégralement les uns des autres les secteurs annulaires 23. Une gorge 26 ouverte vers l'extérieur, logeant un seg- ment de piston, est pratiquée dans la zone d'amortissement dans la région marquant la transition entre la pièce de guidage 15 et cette zone. Une paroi 27 de la gorge, située du côté de la pièce 15, est dotée de canaux amortisseurs 28 s'étendant radialement. En condition non montée, un fond 29 de la gorge s'étend à peu près parallèlement au perçage tron- conique 21. Comme le révèlent les figures 2, 5 et 7, une paroi 30 de la gorge, opposée à la paroi 27 et située du côté de l'extrémité libre 22 de la zone d'amortissement 20, s'étend à peu prés perpendiculairement audit fond. Comme le mettent également en évidence les figures 2, et 7, une face externe 31 de la paroi de la zone d'amor- tissement 20 qui s'étend de la paroi 30 de la gorge jusqu'à l'extrémité libre 22, c'est-a-dire qui est formée par les surfaces externes correspondantes des secteurs annulaires 23, est à peu près parallèle au perçage tronconique 21 dans la condition non montée. A l'extrémité libre 22, cette face externe 31 de la paroi fusionne dans une face frontale annu- laire 33, en transitant par une région arrondie 32. Un segment 34 de piston, destiné à être encastré dans la gorge 26, est constitué d'une matière plastique dure et élastique; et le diamètre externe d de ce segment est sensiblement égal au diamètre interne Di du car- ter 1, de sorte que, en condition montée et lorsqu'il est appliqué contre la face interne 7 de la paroi, il assure une parfaite étanchéité par raport à celle-ci. Comme il ressort de la f:gure 5, le diamètre interne di du segment 34 de piston est sensiblement égal au diamè- tre externe d' de la zone d'amortissement 20 à son extré- mité libre. Lors de l'enfilement du segment 34 sur cette zone 20, c'est-àdire sur la -ace externe 31 de sa paroi en direction de la pièce de g.idage 15,les secteurs annulai- res 23 sont pressés les uns vers les autres. Cela est ren- du possible par la présence des fentes 24. Les minces pelli- cules 25 ne gênent pas notablement cette compression. Dans la position intermédiaire de -ontage du segment 34 illustrée sur la figure 6, la zone 20 est comprimée d'une ampleur telle qu'elle présente, à la transition entre la paroi 30 de la gorge et la face externe 31, un diamètre externe qui est sen- siblement égal au diamètre interne di du segment 34. Dans l'enchainement, ce segment 34 s'adapte dans la gorge 26. A présent, les secteurs annulaires 23 se déploient de nouveau élastiquement jusqu'à leur position initiale,respectivement illustrée sur la figure 2 ou 3. Lors du montage consécutif de la tige 4 de piston, cette dernière est insérée dans l'extrémité libre 22 de la zone d'amortissement 20, les secteurs annulaires 23 étant alors basculés vers l'extérieur étant donné que, dans cette région, le diamètre D' de la tige 4 est nettement plus grand (d'envi- ron 25 % à 40 Z) que le diamètre interne di' du perçage 21 au voisinage de l'extrémité libre 22 de la zone 20, lorsque le piston 6 n'est pas encore monté sur sa tige 4. Apres que cette tige 4 a été enfilée de part en part à travers la zone , le perçage 21 de cette dernière est cylindrique et possède un diamètre continu correspondant à celui de ladite tige 4. A présent, les fentes 24 sont évasées trapézoïdalement en direction de l'extrémité libre 22 de la zone 20. Les pelli- cules 25 sont déchirées lors de cette insertion de la tige 4 et du processus d'évasement qu'implique cette insertion. La paroi 30 de la gorge s'étend désormais radialement, c'est- à-dire perpendiculairement à l'axe 5. A présent, le fond 29 de cette gorge s'étend à peu près concentriquement et parallèlement à l'axe 5. Du fait que les secteurs annulai- res 23 sont basculés vers l'extérieur sensiblement autour de la région de la paroi 27 de la gorge, un pivotement vers l'extérieur est imprimé, à la paroi 30 de cette gorge, d'une valeur correspondant au rapport qui existe entre l'espacement mutuel a desdites parois 27, 30 et la longueur axiale b de la zone 20. Après cet enfilement du piston de guidage 6 sur sa tige, celle-ci est sertie dans les régions qui traversent les deux orifices 18; il est ainsi donné naissance à des saillies 35 dirigées vers l'extérieur et appliquées sen- siblement contre les parois latérales 19 des évidements 17, si bien que le piston 6 est arrêté axialement sur la tige 4. La production de telles saillies 35 par sertissage est con- nue dans la technique. L'on utilise, à cette fin, deux poinçons de matriçage qui sont dirigés l'un vers l'autre et exercent leur pression l'un contre l'autre à peu prés tan- gentiellement dans la zone périphérique de la tige de piston, c'est-à-dire dans la direction des évidements 17. Le mode d'action du piston est de type classique. Au cours de mouvements de pénétration de la tige 4 et du piston de guidage 6 dans le carter, selon la direction d'une flèche 36, le segment 34 de piston porte contre la paroi 30 de la gorge; cela signifie que le fluide (donc par exemple du gaz comprimé),situé dans l'espace interne 10,peut s'écouler en direction de l'extrémité 3 du carter 1 par l'interstice entre le segment 34 et la paroi 27 de la gorge, par l'inter- stice entre ce segment 34 et le fond 29 de la gorge ainsi que par les fentes 24, c'est-a-dire à l'opposé du sens de la flèche 36. Le mouvement de pénétration de la tige 4 et du piston 6 s'opère par conséquent, dans une large mesure, sans aucun amortissement. Lorsque la tige 4 et le piston 6 sortent du carter en concordance avec la direction d'une flèche 37, le segment 34 est appliqué contre la paroi 27 de la gorge, si bien que le fluide peut s'écouler seulement par l'inter- médiaire des canaux amortisseurs 28, à l'opposé de la flèche 37: le mouvement de sortie de la tige 4 s'en trouve, de la sorte, fortement amorti. Le déploiement des secteurs annulaires 23, lors de la pénétration de la tige 4 de piston, a pour effet que le dia- mètre externe d" de la zone d'amortissement 20, a la tran- sition entre la paroi 30 de la gorge et la face externe 31 de la paroi, est augmenté d'ure ampleur telle qu'il excède nettement le diamètre interne di du segment 34 de piston; ainsi, au cours de mouvements de pénétration selon la flèche 36, ledit segment est fermement appliqué contre la paroi 30 de la gorge 26 qui le reçoit. Le dimensionnement de la zone d'amortissement 20 peut également être tel que l'enfilement du segment 34 de piston, sur ladite zone 20,soit possible par l'intermédiaire d'une arête 38 entre la paroi 30 de la gorge et la face externe 31 de la paroi, sans que les secteurs annulaires 23 soient com- primés radialement conformément à la figure 6. Le piston de guidage 6 est de préférence venu d'injec- tion en une matière plastique appropriée, par exemple un poly- amide. Cependant, il peut également être fabriqué en un métal adéquat moulé par injection lorsque, au voisinage du fond 29 de la gorge, les secteurs annulaires sont conçus suffi- samment minces pour autoriser un déploiement dans cette zone. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au piston décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Piston équipant un vérin, en particulier un ressort pneumatique ("ressort à gaz") présentant un carter (1) sen-. siblement cylindrique qui est fermé à une extrémité (2), est empli d'un fluide, notamment d'un gaz comprimé, et dans le- quel est guidée à coulissement une tige (4) de piston qui sort, de manière étanche, de l'autre extrémité (3) de ce carter et qui porte le piston (6) dans une région de son extrémité située dans l'espace interne (10) dudit carter (1), le piston (6) présentant une gorge (26) logeant un segment de piston, dans laquelle se trouve un segment (34) de piston venant s'appliquer contre des parois latérales (27, 30) de la gorge (26), piston caractérisé par le fait qu'une zone (20) de ce piston (6), s'étendant au moins de la gorge (26) logeant le segment jusqu'à une extrémité libre (22), se compo- se de plusieurs secteurs (23) séparés les uns des autres par des fentes longitudinales (24); et par le fait que cette zone (20) est pourvue d'un perçage (21) dont le diamètre (di'), à l'extrémité libre (22), est plus petit que le diamètre (D') de la région associée de la tige (4) de piston. 2. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les secteurs (23) sont reliés les uns aux autres par l'intermédiaire de pellicules (25) qui enjambent les fentes (24). 3. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le 25.fait que le diamètre externe (d') de la zone (20) formée par les secteurs (23) est sensiblement égal, au voisinage de l'extrémité libre (22) de ladite zone, au diamètre interne (di) du segment (34) de piston. 4. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans la région (arête 38) qui marque la transition entre la gorge (26) logeant le segment de piston et la face externe (31) de la paroi de la zone (20), le diamètre exter- ne-(d") de cette zone (20) formée par les secteurs (23) est au moins égal au diamètre interne (di) dudit segment (34) de piston. 5. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fentes (24) s'étendent sur la largeur de la gorge (26) logeant le segment de piston. 6. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre (D') de la région de la tige (4) de piston qui porte les secteurs 23) est supérieur, de 25 % à %, au diamètre (di) du perçage (21) à l'extrémité libre (22) de la zone (20) formée par des secteurs (23). 7. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le perçage (21) se rétrécit tronconiquement vers l'extrémité libre (22) de la zone (20) formée par des sec- teurs (23). 8. Piston selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les secteurs (23) sont articulés sur une pièce de guidage (15) au voisinage de la gorge (26) logeant le seg- ment de piston. 9. Piston selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la pièce de guidage (15) de ce piston (6) peut être assujettie à la tige (4) de piston.