Brevet FR2709797A1 — publié le 19950317

Dispositzf d'obturation monobloc à guide centreur lubrifié pour tube d'amortisseur hydraullque pressurisé La présente invention concerne un dispositif d'obturation pour un tube d'amortisseur hydraulique pressurisé, notamment de type mono tube. Les amortisseurs hydrauliques sont couramment utilisés pour équiper des véhicules, en particulier des véhicules automobiles. Un amortisseur hydraulique pressurisé comprend en général un piston apte à coulisser à l'intérieur d'un tube en définissant deux chambres de part et d'autre du piston et remplies d'un liquide. Le piston présente un passage traversant qui met en communication les deux chambres en coopérant avec un clapet flottant, lequel régule l'ouverture du passage en fonction du sens d'écoulement du liquide dans le passage. Cet écoulement est provoqué par le mouvement axial du piston dans le tube lors du fonctionnement de l'amortisseur en phase d'extension ou de compression. Le piston est habituellement fixé à une extrémité d'une tige dont le déplacement dans le tube est guidé axialement par un dispositif d'obturation monté à une partie d'extrémité du tube. Les dispositifs d'obturation ont pour fonction d'une part d'obturer de façon étanche une partie d'extrémité du tube de l'amortisseur, et d'autre part de guider axialement le mouvement de la tige et donc du piston à l'intérieur du tube de l'amortisseur. Généralement, un dispositif d'obturation comprend un bouchon guide, au moins un joint d'étanchéité, un élément de butée de détente et des moyens de fixation de l'ensemble dans le tube, le ou les joints d'étanchéité étant pris en sandwich entre le bouchon guide et l'élément de butée de détente. Comme son nom l'indique, le bouchon guide assure le guida ge axial de la tige du piston dans le tube de l'amortisseur. Le joint d'étanchéité assure aussi bien l'étanchéité entre le bouchon guide et le tube, que l'étanchéité entre le bouchon guide et la tige. I1 en résulte que le bouchon guide n'est pratiquement pas en contact avec le liquide de l'amortisseur, constitué généralement d'une huile incompressible. En conséquence, le guidage de la tige par le bouchon guide n'est pas lubrifié par l'huile de l'amortisseur. Etant donné que le bouchon guide et la tige sont réalisés en matériaux métalliques, il se produit une friction entre ces deux pièces lors du fonctionnement de l'amortisseur. Cette friction provoque d'une part un échauffement thermique de la tige et du bouchon guide accélérant le vieillissement du joint d'étanchéité adjacent, et d'autre part l'usure entre la tige et le bouchon guide. Le vieillissement du joint d'étanchéité provoqué par l'échauffement thermique raccourcit considérablement la durée de vie du joint. L'usure entre la tige et le bouchon guide augmente le jeu radial entre ces deux pièces et réduit donc la précision de guidage du mouvement axial du piston dans le tube de l'amortisseur. En outre, le jeu radial nécessaire entre la tige et le bouchon guide et l'absence de lubrification des surfaces de guidage provoquent des bruits dûs aux chocs entre la tige et le bouchon guide lors du fonctionnement de l'amortisseur. En effet, les contraintes soumises à l'amortisseur ne sont pas strictement axiales. Les composantes radiales de ces contraintes provoquent d'abord un choc mécanique entre la tige et le bouchon guide, choc qui sera suivi de vibrations de la tige et cause un effet sonore de grésillement dû à l'interférence entre la tige et le bouchon guide lorsque l'amplitude des vibrations de la tige est supérieure ou égale au jeu radial existant entre la tige et le bouchon guide. Les bruits ainsi provoqués constituent une nuisance pour l'utilisateur. Par ailleurs, le fait d'avoir au moins trois pièces séparées et empilées l'une au dessus de l'autre (bouchon guide, joint(s) d'étanchéité et élément de butée de détente), le montage du dispositif d'obturation nécessite un temps relativement long, ce qui augmente le coût de l'amortisseur. La présente invention a pour objet de résoudre l'ensemble des problèmes évoqués ci-dessus en proposant un dispositif d'obturation de structure simple et efficace. Selon l'invention, on crée un guidage lubrifié de la tige du piston l'aide d'un guide qui remplace l'élément de butée de détente classique et constitue également un support de centrage pour le bouchon et le joint d'étanchéité. On supprime alors la fonction de guidage de la tige par le bouchon en laissant un jeu radial suffisant entre le bouchon et la tige le traversant. Le dispositif d'obturation selon l'invention est destiné à être monté dans un tube d'amortisseur hydraulique pressurisé dans lequel coulisse un piston pourvu d'une tige axiale. Le dispositif d'obturation comprend un bouchon, au moins un joint d'étanchéité, une pièce de butée de détente et des moyens de fixation de l'ensemble dans le tube, le dispositif d'obturation entourant la tige de l'amortisseur au voisinage de l'extrémité supérieure du tube. Selon l'invention, l'élément de butée de détente constitue un guide réalisé sous forme cylindrique avec une embase de guidage pour guider axialement la tige du piston et une paroi périphérique axiale définissant avec l'embase un logement circulaire pour centrer le joint d'étanchéité et le bouchon. L'embase présente une ou plusieurs perforations réparties sur un trajet circulaire concentrique à la tige. Les perforations de l'embase permettent une communication permanente entre l'huile de l'amortisseur et un volume de détente pour l'huile entre le joint d'étanchéité centré dans le logement et l'embase de guidage. Le volume de détente peut être défini par une gorge annulaire pratiquée sur le côté supérieur de l'embase, le fond de la gorge communiquant avec lesdites perforations, ou par une gorge annulaire pratiquée sur le joint d'étanchéité en regard des perforations de l'embase, ou encore par une surface inclinée du côté supérieur de l'embase ou du joint d'étanchéité. Le bouchon présente une ouverture centrale circulaire permettant le passage de la tige avec un jeu radial. Le joint d'étanchéité est pris en sandwich entre le bouchon et l'embase de guidage au fond du logement circulaire. Le volume de détente peut être défini par deux couronnes concentriques d'appui axial entre le joint d'étanchéité et l'embrase de guidage. Le dispositif d'obturation de l'invention présente une struc ture monobloc avec le bouchon et le joint d'étanchéité intégrés dans le logement circulaire du guide. Le montage du dispositif dans le tube de l'amortisseur se trouve ainsi simplifié. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre nullement limi tatif et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale schématique d'un amortisseur hydraulique pressurisé mono tube classique, la figure 2 est une vue partielle de la figure 1 avec l'amortis- seur équipé du dispositif d'obturation selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 représentant un second mode de réalisation de l'invention, la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 représentant un troisième mode de réalisation de l'invention, la figure 5 est une vue similaire à la figure 2 représentant un quatrième mode de réalisation de l'invention, la figure 6 est une vue similaire à la figure 5 représentant un cinquième mode de réalisation de l'invention, et la figure 7 est une vue similaire à la figure 5 représentant un sixième mode de réalisation de l'invention. Comme illustré sur la figure 1, l'amortisseur hydraulique pressurisé monotube comprend un tube 1 fixé à son extrémité inférieure par un oeillet 2. Un piston séparateur gaz/liquide 3, monté libre à coulissement dans la partie inférieure du tube 1, est muni d'un joint torique d'étanchéité 4 et sépare le tube en deux compartiments fermés. Le compartiment inférieur 5 contient un gaz sous pression et le compartiment supérieur 6 est rempli d'un liquide qui est en général une huile incompressible. Un second piston 7 est fixé à l'extrémité inférieure d'une tige 8 dont le déplacement dans le tube 1 est guidé par un dispositif d'obturation 9 fixé à la partie supérieure du tube 1. L'extrémité supérieure de la tige 8 du piston 7 est rendue solidaire d'un goujon de fixation. L'amortisseur peut être complété par un protecteur 14 sous forme générale tubulaire rendue solidaire de la partie supérieure de la tige 8 et venant coiffer par dessus la partie supérieure du tube 1. Pour assurer le fonctionnement de l'amortisseur, le piston 7 présente des passages permanents 15 pour l'huile de l'amortisseur. Les passages 15 coopèrent avec un clapet flottant 16 pour définir de part et d'autre du piston 7 deux chambres hydrauliquement actives. Le dispositif d'obturation 9, dans sa conception classique, comprend un joint d'étanchéité 10, un élément de butée de détente 11 réalisé à partir d'un flasque métallique et un bouchon guide 12 contre la face interne duquel est appliqué le joint d'étanchéité 10 plaqué par la pression d'huile et maintenu en place par l'élément de butée de détente 11. L'ensemble est fixé à l'intérieur du tube 1 à sa partie supérieure par deux circlips 13. Le guidage axial de la tige 8 du piston 7 est réalisé à l'aide du bouchon guide 12. L'élément de butée de détente 1 1 présente une ouverture centrale qui laisse traverser la tige 8 avec jeux radial et assure le maintien du joint d'étanchéité 10. Le joint d'étanchéité 10 est constitué de deux parties complémentaires : une première partie en rondelle dite statique assurant l'étanchéité entre le bouchon guide 12 et la paroi interne du tube 1, une seconde partie dite dynamique qui entoure la tige 8 par déformation élastique afin d'assurer l'étanchéité entre le bouchon guide 12 et la tige 8 du piston 7. Le joint d'étanchéité 10 est réalisé à partir d'un ou de deux élastomères différents. Etant donné que le joint d'étanchéité 10 empêche l'huile de l'amortisseur de pénétrer dans les surfaces de contact entre les bouchon guide 12 et la tige 8, il n'existe pratiquement pas de lubrification sur ces surfaces de contact. Le fonctionnement répété de l'amortisseur entraîne alors l'usure par friction des surfaces de contact entre la tige 8 métallique et le bouchon guide 12 souvent métallique. La friction peut provoquer un échauffement thermique local qui détériore la partie dynamique du joint d'étanchéité 10 en élastomère. De plus, lorsque l'amortisseur subit des contraintes non strictement axiales, il se produit un choc entre le bouchon guide 12 et la tige 8 en flexion, ce qui peut causer des bruits, sources de gêne au conducteur de véhicule équipé de l'amortisseur. Comme illustré sur les figures 2 à 7, le dispositif d'obturation selon l'invention comprend un joint d'étanchéité 10 en deux parties assemblées concentriques : une partie statique 10a sous forme d'une rondelle et une partie dynamique 10b également annulaire et centrée par rapport à la partie statique 10a. Le joint d'étanchéité 10 peut également être formé d'une seule pièce (figure 3). La partie dynamique 10b du joint est forcée en expansion radiale par la tige 8 du piston 7 la traversant et joue un rôle de racleur d'huile autour de la tige 8. La partie statique 10a du joint présente son pourtour extérieur en contact avec une surface périphérique interne d'un logement circulaire d'un guide 18 qui sera décrit par la suite. Le dispositif d'obturation comprend également un bouchon 17 annulaire dont le diamètre extérieur est sensiblement identique ou légèrement supérieur au diamètre intérieur d'une surface périphérique du logement circulaire du guide 18 et dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre de la tige 8 du piston, de façon à présenter un jeu radial évitant le contact direct entre le bouchon 17 et la tige 8 pendant le fonctionnement de l'amortisseur. Le dispositif d'obturation comprend en outre un guide lubrifié 18 sous forme cylindrique avec une embase 18a, dont le diamètre extérieur est sensiblement identique au diamètre intérieur du tube 1 de l'amortisseur et dont le diamètre intérieur est très légèrement supérieur au diamètre de la tige 8 du piston, de façon à pouvoir guider le mouvement axial du piston. L'embase 18a de guidage est prolongée vers le haut par une paroi périphérique axiale 18b dont la surface extérieure cylindrique épouse la paroi intérieure du tube 1 de l'amortisseur. La paroi périphérique 18b définit avec l'embase de guidage 18a un logement circulaire ouvert vers le haut permettant de recevoir et de centrer le joint d'étanchéité 10 et le bouchon 17. Le bouchon 17 et l'embase de guidage 18a prend en sandwich le joint d'étanchéité 10 autour de la tige 8 au fond du logement circulaire du guide 18 au voisinage de la partie d'extrémité supérieure du tube 1 de l'amortisseur. La fixation axiale de cet ensemble dans le tube 1 peut être effectuée à l'aide d'un circlips 19 constituant une butée axiale pour le bouchon 17 dans le logement circulaire du guide lubrifié 18 et d'une déformation 20 par étranglement radial du tube 1 coopérant avec une gorge périphérique 21 du guide lubrifié 18 pour constituer une butée axiale au guide (figures 2 à 4); ou un sertissage 22 de l'extrémité supérieure du tube 1 sur le bouchon 17 et des déformations 20 par étranglement radial du tube 1 coopérant avec une gorge périphérique 21 du guide lubrifié 18 ou avec l'extrémité inférieure du guide sans gorge périphérique pour constituer une butée axiale au guide lubrifié 18 (figures 5 à 7). Comme illustré sur les figures 2 à 5, le guide lubrifié 18 cylindrique peut présenter sur l'embase 18a une gorge annulaire 23 concentrique à l'ouverture centrale 18c qui est destinée au guidage axial de la tige 8 du piston. La gorge annulaire 23 présente une section sensiblement trapézoïdale ou en V évasée vers son ouverture. Au fond de la gorge annulaire 23 débouchent une ou plusieurs perforations 24 axiales traversant le guide 18 et réparties de façon régulière le long de la gorge annulaire 23. Ainsi, la gorge annulaire 23 définit un volume de détente pour l'huile entre le joint d'étanchéité 10 et le guide 18, le volume de détente communiquant avec l'huile de l'amortisseur au travers des perforations 24. Dans la pratique, le diamètre de l'ouverture centrale 1 8c du guide lubrifié 18 est supérieure au diamètre de la tige 8 du piston de quelques centièmes de millimètre, de préférence en dessous d'un dixième de millimètre de façon à permettre un bon guidage du mouvement de la tige 8. Cette différence de diamètre est suffisante pour permettre la présence permanente d'un film d'huile entre le guide 18 et la tige 8, puisque le guide 18 est entièrement baigné dans l'huile de l'amortisseur, et que les surfaces de guidage entre le guide 18 et la tige 8 est constamment alimenté en huile d'une part par capillarité et d'autre part par le mouvement axial de la tige 8 qui ramène de l'huile dans cet espace de guidage. Le guide 18 est ainsi constamment lubrifié, ce qui a pour conséquence de réduire l'usure entre la tige 8 et le guide 18 et d'augmenter alors la durée de vie des pièces. Le film d'huile présent aux surfaces de guidage permet également de réduire l'échauffement thermique des pièces, notamment du guide 18 qui est baigné dans l'huile et refroidi par celle-ci. Le joint d'étanchéité 10 est réalisé en élastomère, les parties statique 10a et dynamique 10b peuvent présenter des compositions chimiques différentes. Afin de permettre la déformation du joint d'étanchéité .10 autour de la tige 8, sur la face inférieure du bouchon 17 est pratiqué un logement annulaire 17b. Le diamètre de l'ouverture centrale 17a du bouchon 17 est supérieur au diamètre de la tige 8 de quelques dixièmes de millimètre, de préférence inférieur à 1 mm. Un jeu radial trop important entre le bouchon 17 et la tige 8 risque de tolérer une déformation élastique trop important au joint d'étanchéité 10, ce qui peut entraîner une fuite d'huile au travers du joint 10b autour de la tige 8, la pression d'huile de l'amortisseur pouvant en effet atteindre jusqu'à 250 bars pendant le fonctionnement de l'amortisseur. De préférence le joint d'étanchéité 10 est mécaniquement pris en sandwich entre le bouchon 17 et l'embase de guidage 18a par deux surfaces concentriques 18d et 18e de embase 18a séparées radialement par la gorge annulaire 23 qui définit le volume de détente pour l'huile entre le joint d'étanchéité 10 et le guide 18. Le joint 10 est alors exposé à la pression d'huile sur une grande partie de sa surface inférieure, afin de permettre une bonne déformation de l'ensemble du joint pour assurer sa fonction d'étanchéité. n est possible d'augmenter la surface du joint d'étanchéité 10 en contact permanent avec l'huile de l'amortisseur en rendant la surface annulaire intérieure 18e du guide 18 en retrait axialement par rapport à la surface annulaire extérieure 18d du guide 18, lesdites surfaces annulaires étant orientées face à la surface inférieure du joint d'étanchéité 10. fi est alors avantageux de prévoir une couronne 10c en saillie axiale par rapport à la surface inférieure du joint d'étanchéité 10 et en appui axial sur la surface annulaire intérieure 18e en retrait du guide 18. Ainsi, le joint d'étanchéité 10 est mieux asservi par l'huile de l'amortisseur. La variation de la pression d'huile pendant le fonctionnement de l'amortisseur n'agit pas sur le guide lubrifié 18 dont les deux faces de l'embase 18a subit la même pression hydraulique grâce aux perforations 24. Il importe de créer un volume de détente pour l'huile entre le guide 18 et le joint d'étanchéité 10 qui soit en équipression avec l'huile de l'amortisseur contenue dans le tube 1, afin d'éviter la surpression au niveau de la partie dynamique 10b du joint d'étanchéité pouvant provoquer une fuite de l'huile vers l'extérieur. Les figures 6 et 7 montrent deux autres variantes de l'invention permettant de réaliser le volume de détente pour l'huile. Au lieu de prévoir une gorge annulaire 23 sur le guide lubrifié 18, il est possible de réaliser la partie statique 10a du joint d'étanchéité 10 avec une gorge annulaire 10d en regard axialement des perforations 24 du guide 18 (figure 6), ou de réaliser une surface légèrement conique 1 8g vers l'intérieur sur le côté supérieur de l'embase 18a du guide 18 et orientée face au joint d'étanchéité 10 (figure 6). D'une manière générale, la tige 8 est réalisée en acier chromé dure pour la rendre résistante à l'usure et à la corrosion. Le guide 18 peut être réalisé en fer fritté imprégné d'huile ou en fer fritté ayant subi un traitement du surface de durcissement à la vapeur d'eau, ou en aluminium anodisé dur. Le guide lubrifié 18 peut être réalisé non pas en monobloc mais en deux parties composées (figure 4): un corps 18 présentant un alésage central circulaire et un coussinet 18f tubulaire rapporté dans l'alésage central du corps de guide 18 et offrant une surface de frottement et de guidage à la tige 8 du piston. Le coussinet 18f peut présenter sur sa surface intérieure une couche en matière plastique connue sous le nom de TEFLON. Afin d'éviter l'introduction de particules polluantes, de poussière ou de sable dans le jeu radial existant entre la tige 8 et le bouchon 17, le dispositif d'obturation de l'invention comprend de préférence des moyens de raclage autour de la tige 8 au dessus du bouchon 17. Parmi les solutions possibles, on peut prévoir un racleur annulaire 25 en matière plastique (figure 4) fixé sur la surface supérieure du bouchon 17 à l'aide par exemple d'un flasque annulaire non représenté. Le moyen de raclage 25 présente une lèvre circonférentielle intérieure en appui autour de la tige 8. Le moyen de raclage 25 peut évidemment être utilisé pour les autres modes de réalisation de l'invention. Pour améliorer l'étanchéité entre le guide 18 et le tube 1 de l'amortisseur, on peut prévoir une gorge périphérique d'étanchéité 18h sur le pourtour du guide recevant un joint torique 26 en caoutchouc qui est comprimé radialement dans la gorge 18h par la paroi intérieure du tube 1. Le logement circulaire du guide 18 peut présenter une surface périphérique intérieure 1 8i cylindrique uniforme (figures 2 à 4) ou avec un étranglement radial au fond (figures 5 à 7) servant au centrage du joint d'étanchéité 10. Il est possible de prévoir le diamètre extérieur du bouchon 17 très légèrement supérieur au diamètre de la surface périphérique intérieure 18i du guide 18 de façon à permettre un emmanchement forcé du bouchon dans le logement circulaire du guide. L'extrémité supérieure du tube 1 peut être sertie sur le bouchon 17 pour immobiliser axialement le dispositif d'obturation dans le tube 1 de l'amortisseur. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'obturation d'un tube (1) d'amortisseur hydraulique pressurisé dans lequel coulisse un piston (7) pourvu d'une tige axiale (8), le dispositif comprenant un bouchon (17), un joint d'étanchéité (10), un élément de buté de détente (11, 18) et des moyens de fixation (19 à 22) du dispositif d'obturation dans le tube, caractérisé en ce que l'élément de butée de détente est constitué par un guide (18) sous forme cylindrique pourvu d'une embase de guidage (18a) et d'une paroi périphérique axiale (18b) définissant un logement circulaire pour supporter et centrer le joint d'étanchéité et le bouchon, l'embase de guidage présentant une ouverture centrale (18c) pour guider le mouvement axial de la tige (8) et une ou plusieurs perforations (24) réparties sur un trajet circulaire pour assurer la communication du fluide de l'amortisseur entre d'une part un volume de détente défini par le joint d'étanchéité et l'embase et d'autre part l'intérieur du tube, et que le bouchon (17) présente une ouverture centrale (17a) dont le diamètre est supérieur au diamètre de la tige du tube pour définir un jeu radial évitant le contact mécanique entre le bouchon et la tige pendant le fonctionnement de l'amortisseur, le bouchon présentant un logement circulaire (17b) autour de son ouverture centrale pour recevoir une partie du joint d'étanchéité pris en sandwich entre le bouchon et le disque de guidage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embase de guidage (18a) comporte une gorge annulaire (23) sur son côté supérieur, les perforations (24) débouchant dans le fond de la gorge annulaire. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gorge annulaire (23) de l'embase de guidage (18a) présente une section sensiblement trapézoïdale ou en V qui s'évase vers son ouverture. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface annulaire intérieure (18e) de embase de guidage est en retrait axial par rapport à la surface annulaire extérieure (18d) de l'embase, lesdites surfaces annulaires étant séparées radialement par la gorge annulaire (23). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (10) présente une gorge annulaire (10d) face axialement aux perforations (24) de l'embase de guidage (18a). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que embase de guidage (18a) présente une surface conique (18g) vers l'intérieur sur son côté supérieur, et que le joint d'étanchéité (10) présente une couronne (1 Oc) en saillie axiale vers l'embase. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre l'embase de guidage (18a) et le joint d'étanchéité (10) sont formées deux couronnes concentriques d'appui axial. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (10) est réalisé en une pièce unique en élastomère. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (10) est constitué d'une partie statique (lOa) sous forme de rondelle assurant l'étanchéité entre le bouchon (17) et la surface intérieure de la paroi périphérique axiale (18b) du guide, et d'une partie dynamique (lOb) centrée par rapport à la partie statique et assurant l'étanchéité entre le bouchon et la tige (8) du piston. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre de l'ouverture centrale (18c) de l'emba- se de guidage est supérieur au diamètre de la tige de quelques centièmes de millimètre à un dixième de millimètre. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre de l'ouverture centrale (17a) du bouchon est supérieur au diamètre de la tige de quelques dixièmes de millimètre. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embase de guidage (18a) comporte un alésage central dans lequel est monté un coussinet de guidage (18f) tubulaire. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de raclage (25) protégeant le jeu radial entre le bouchon et la tige du milieu extérieur. 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bouchon (17) est emmanché à force dans le logement circulaire du guide (18).