Brevet FR2632025A1 — publié le 19891201

La présente invention concerne un nouveau vérin hydraulique capable de développer une force considérable tout en étant léger, peu encombrant et de fabrication bon marché. On sait que, d'une maniere générale, un vérin se compose essentiellement d'un piston se déplaçant dans un corps tubulaire contenant un fluide sous pression et fermé par des bouchons à ses deux extrémités, l'un de ces bouchons étant alésé pour permettre le passage de la tige du piston, et déterminer ainsi l'allongement ou la rétraction du vérin, selon que le fluide sous pression est envoyé d'urbi côté ou de l'autre de la tête du piston. Il est également bien connu que lesdits bouchons supportent une force, désignée par "effet de fond", qui est évidemment proportionnelle au produit de la pression par la surface du bouchon, cette force étant elle-même également supportée par la paroi du corps. Bien entendu, plus les pressions en jeu sont importantes et plus la paroi du corps doit être épaisse. Ainsi, si l'on considère un vérin dont le piston a un diamètre de 120 mm, et si OI1 y crée une pression de 100 MPa, la poussée esercée sur le bouchon et la tige de vérin sera de i,13.106 N. Pour que cet effet de fond ne scit plus supporté par la paroi du corps, mais uniquement par les bouchons, on a déjà proposé de solidariser les deux fonds au moye de quatre tirants extérieurs, constitués généralement par des tiges métalliques. Toutefois on est encore limait par la résistance à l'éclatement de la paroi du corps sous la pression engendrée dans le cylindre. L'intention permet d'éliminer ces inconvénients grâce à une technique nouselie de constitution des éléments d'un vérin et de construction d'un-vérin au moyen de ces éléments, grâce à laquelle un tel vérin peut résister à des pressions extrêmement importantes. A cet effet, selon une première caractéristique de l'invention, l'effet de fond, au lieu d'être supporté par la paroi du corps du ;vérin., est supputé par un faisceau de fibres ultra légères et à très haute résistance bobinées autour de toute la longueur du corps du vérin en prenant appui sur la zone périphélique extérieure de chaque bouchon. Selon une seconde caractéristique de l'invention, le corps du vérin lui même est fretté au moyen de fibres ultra légères à haute résistance, enroulées dans des plans sensiblement perpendiculaires à l'axe du corps. Enfin, selon une troisième caractéristique de l'invention, la tige du piston lui-même est constituée par uii corps tubulaire rempli d'un fluide sous pression et fermé à ses extrémités par deux bouchons réunis par un faisceau de fibres ultra légères à haute résistance bobinées autour de toute la longueur dudit corps en prenant appui sur des goupilles solidaires transversalement de chaque bouchon, ledit corps tubulaire étant lui-même fretté par bobinage d'un faisceau de fibres ultra légères à haute résistance transversalement à son axe, et l'ensemble dudit corps et de ses bouchons étant lui-même fretté sur toute sa longueur par un tube en acier rectifié, la tête du piston étant mécaniquement solidaire de ladite tige. D'autres caractéristlques et avantages de l'invention apparaîtront grace à la description ci-après de divers modes de réalisation, n'axant aucun caractère limitatif, et se référant au dessin annoncé, sur lequel - la figure 1 est une coupe aiale d'un vérin selon l'invention, - la figure 2 est une coupe axiale après rotation de 90 de la partie supérieure de la figure l, - et -la figure 3 est une coupe axiale d'un piston utilisable dans un vérin selon l'invention. En se référant d'abord aux figures 1 et 2, on y a représenté un vérin se composant d'un corps tubulaire 1, fermé à ses deux extrémités par un bouchon supérieur 2 et un bouchon inférieur 3, un piston désigné par la référence générale 4 se déplaçant dans ce corps sous la pression exercée sur lui par un fluide hydraulique introduit par un conduit 5 traversant le bouchon supérieur 2 et évacué par un conduit 6 traversant le bouchon inférieur 3, ou inversement, selon la direction de déplacement choisie pour ledit piston 4. Ce piston 4 se compose d'une tête 7 et d'une tige 8, cette dernière sortant du corps 1 par un alésage pratiqué dans le bouchon inférieur 3. Des joints d'étanchéité 9, 10, 11, 12 sont prévus respectivement entre la tête 7 et le corps 1, entre la tige 8 et le bouchon 3, entre le bouchon 2 et le corps 1 et entre le bouchon 3 et le corps 1. Selon une première caractéristique de l'invention, chacun des bouchons 2 et 3 présente la forme d'un cylindre 13 (et 13'), logé dans une extrémité du corps 1, surmonté d'une portion 14 (et 14'), en forme de scelle, et autour de laquelle vient se bobiner un faisceau de fibres 15, très fines, ultra légères et ' extrêmement résistantes, cet enroulement solidarisant les deux bouchons 2 et 3 d'une manière équili-brée de chaque côté de l'axe du corps 1, de façon telle que la totalité des effets de fond est reportée sur les- fibres 15, ce qui libère de ces effets la paroi cylindrique du corps 1. Toutefois, selon une caractéristique de l'invention, pour renforcer encore cette paroi, il est prévu de la fretter par un enroulemcnt 1 > 3 de fibres de même nature que les fibres 15 (représenté très schématiquement sur la figure 1), et bobinées dans des plans superposes sensiblerpent perpendiculaires à l'axe du corps Grâce & ces disposit.crls, un vérin selon l'invention peut supporter des pressions extrêmement élevées sans exiger pour le corps t une paroi très épaisse, ce qui allège le système et en diminue le volume. Pour améliorer encore les performances du système selon l'inventiori, en en diminuant le poids, l'encombrement et le prix, il est prévu, selon une variante de l'invention, de réeliser la tige du piston d'une manière semblable au corps 1. Cette variante est illustrée à la figure 3, qdi représente en 4' un piston utilisable dans un vérin ayant la constitution représentée aux figures 1 et 2. Sur la figure 3, le piston 4' se compose d'une tête 20, semblable à la tête 7 de la figure 1, et comportant notamment un joint d'étanchéité 9. Cette tête 20 est solidaire par tout moyen mécanique convenable, par exemple par un taraudage filetage comme représenté d'un appendice cylindrique 21 jouant le rôle de bouchon pour l'une des extrémités d'un corps tubulaire 22, dont l'autre extrémité est fermee-par un autre bouchon 23. Chacun des bouchons 21 et 23 est muni d'un joint d'étanchéité, respectjvement 24 et 22, évitant toute fuite d'un fluide hydraulique introduit dans le corps 22 par un conduit 26. Par ailleurs, chacun des bouchons 21 et 23 comporte un alésage 27 (et 27') traversé de part en part par unc- goupille 28 (et 28'). Un faisceau 29 de fibres légères et très résistantes, semblables aux fibres 15 et 16 des figures 1 et 2 relie les goupilles 28-28', et par suite solidarise le bouchon 21, et la tête 20, avec le bouchon 23, de telle sorte que l'effet de fond exercé par le fluide hydraulique à l'intérieur du corps 22 est intégralement repris par les fibres 29. On notera que, par rapport à la réalisation des figures 1 et 2, le faisceau 29 est ici intérieur au corps 22, tandis que le faisceau 15 était extérieur au corps 1. Par contre, comme dans la figure 1, le corps 22 est fretté par un enroulement 30, semblable à l'enroulement 16. Enfin, toujours selon l'invention, pour assurer le libre coulissement de la tige du piston 4', l'ensemble constitué par le corps 22 et ses bouchons 21-23 est lui même fretté par un tube d'acier rectifié 31. La nature des fibres lç 29-30 est dictée par les propriétés requises, à savoir essentiellement légèreté et résistaiice très élcvée. Parmi les fibres appropriées, on peut citer les fibres de carbone, de bore, de verre ou de KEVLAR. Grâcc à l'invention, il est possible de réaliser des vérins susceptibles de développer des forces énormes, de l'ordre de plusieurs MeÙganewtons, et qui cependant demeurent légers, peu encombrants et peu coûteu. Ainsi, à titre d'exemple comparatif on peut indiquer qu'un vérin traditionnel comportant un piston de 100 cm2 de surface se déplaçant sur une course de 80 cm pèse environ 100 Kg. Si on applique à ce piston une pression de 40 mégapascals, on disposera d'une force de 400 kilonewtons. Un vérin de mêmes dimensions, mais construit selon l'invention, ne pèse que 70 Eg avec une tige classique et 50 Kg avec une tige également selon l'invention. Dans ce dernier cas, un tel vérin peut supporter une pression de 200 mégapascals, et permet alors de disposer d'une force de 2 méganewtons. L'invention permet donc à la fois de diminuer de moitié le poids total du vérin tout en multipliant la pression disponible par cinq. On notera que l'utilité de l'application de l'invention à la constitution de la tige du piston permet non seulement de diminuer le poids de celle-ci, mais encore d'en accroître considérablement la résistance à l'écrasement, ce qui est nécessaire, eu égard aux pressions utilisées. Ainsi, dans le cas précédent, la résistance à l'écrasement sous la force de 1,55 méganewtons impose unemise sous pression de la tige de 155 mégapascals. L'intérêt de l'invention est donc à la fois de permettre de disposer de vérins de très haute puissance, et aussi de diminuer le poids, l'encombrement et le prix de vérins de moindre puissance, par exemple pour alléger les avions ou autres véhicules sur lesquels ils sont montés. REVENDICATIONS 1. Vérin hydraulique, du type se composant d'un piston (4) se déplaçant dans un corps tubulaire (1) contenant un fluide sous pression et fermé par des bouchons (2) et (3) à ses deux extrémités, l'un de ces bouchons étant alésé pour permettre le passage de la tige du piston, et déterminer ainsi- l'allongement ou la rétraction du vérin, selon que le fluide sous pression est envoyé d'un côté ou de l'autre de la tête du piston, caractérisé en ce que, dans le but de diminuer l'épaisseur de la paroi cylindrique du corps, l'effet de fond, au lieu d'être supporté par ladite paroi du corps du vérin, est supporté par un faisceau de fibres (15) ultra légères et à très haute résistance bobinées autour de toute la longueur du corps du vérin en prenant appui sur la zone périphérique extérieure de chaque bouchon. 2. Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps du vérin lui meme est fretté au moyen de fibres ultra légères (16; à haute résistance, enroulées dans des plans sensibSement perpendiculaires à l'axe du corps. 3. Vérin selon les revendication 1 et 2, caractérisé en ce que la tige du piston lui-même est constituée par un corps tubulaire (22) rempli d'un fluide sous pression et fermé à ses extrémités par deux bouchons (21), (23) réunis par un faisceau de fibres (20) ultra légères à haute résistance bobinées autour de toute la longueur dudit corps en prenant appui sur des goupilles solidaires (28), (28') transversalement de chaque bouchon, ledit corps tubulaire étant lui-même fretté par bobinage (30) d'un faisceau de fibres ultra légères à haute résistance transversalement à son axe, et l'ensemble dudit corps et de ses bouchons étant lui-même fretté sur toute sa longueur par un tube (31) en acier rectifié, la tête du piston étant mécaniquement solidaire de ladite tige. 4. Vérin selon la revendication 3, caractérisé en ce que le faisceau de fibres (29) solidarisant les bouchons est lui même logé à l'intérieur du corps.