Brevet FR2717237A1 — publié le 19950915

L'invention concerne, d'une manière générale, les ressorts pneumatiques à lobe roulant par opposition aux ressorts pneumatiques du type soufflet. Elle se rapporte plus particulièrement à un ressort pneumatique du type à lobe roulant, destiné à être monté entre deux organes susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre, ce ressort comportant un piston monté sur l'un des organes, un bouchon monté sur l'autre organe et une membrane flexible à paroi tubulaire présentant une première extrémité montée sur le piston et une deuxième extrémité montée sur le bouchon, le piston, le bouchon et la membrane délimitant entre eux une chambre étanche à l'air, le piston comportant sur sa face située en regard du bouchon des moyens de fixation de la première extrémité de membrane et une cuvette délimitée par une surface annulaire tronconique sur laquelle s'appuie la portion de membrane, adjacente à ladite première extrémité de membrane, le piston pouvant se déplacer axialement dans la membrane et les parois de la membrane pouvant former un lobe entourant le piston. Ce type de ressort pneumatique est de plus en plus utilisé en tant que dispositif de suspension dans les véhicules lourds, tels que les camions, tracteurs, remorques ou semi-remorques, autocars, autobus, ..., les suspensions métalliques étant remplacées par des suspensions pneumatiques dites à coussin d'air. La membrane étanche à l'air est réalisée en un élastomère renforcé par une armature textile. Cette membrane s'enroule sur le piston, ce qui permet de faire varier le volume de la chambre délimitée par le piston, la membrane et le bouchon en fonction de la pression de l'air contenu dans la chambre et de la charge statique supportée par le ressort. La variation de ce volume entrarne une variation de la distance possible entre le bouchon et la base du piston. La distance entre le bouchon et la base du piston définit la hauteur de la plate-forme du véhicule lorsque ce dernier n'est pas soumis à des forces dynamiques verticales, notamment à l'arrêt. On peut faire varier la hauteur de la plate-forme à l'arrêt du véhicule, pour une charge statique donnée, en faisant varier la pression de l'air à l'intérieur de la chambre. Mais il est important que la hauteur maximum que l'on puisse obtenir à l'arrêt soit relativement grande par rapport à la hauteur du piston, car les véhicules modernes sont de plus en plus équipés de pneumatiques de série basse pour avoir une hauteur de plate-forme minimum lors de la circulation sur route, afin de pouvoir atteindre la hauteur des quais de chargement ou de déchargement quelle que soit la charge du véhicule. n faut de plus que cette hauteur maximum puisse être atteinte sans nécessiter une surpression exagérée dans la chambre interne du ressort. De plus, le coussin d'air doit être conçu pour offrir une plage maximum de variations de hauteur dans l'utilisation sur route, c'est-à dire une plage d'oscillation dans laquelle la charge sera supportée à différentes hauteurs avec la même pression intérieure initiale dans la chambre, en fonction des charges dynamiques dues aux imperfections de la route. Pour augmenter les plages de fonctionnement, il existe divcrs moyens connus: - On peut augmenter la longueur de la membrane sans changer le piston, mais on prend alors le risque de voir la membrane passer sous le piston en position basse et venir en contact avec des parties agressives qui l'endommageront. Dc plus, la plage d'utilisation sur route reste limitée par la hauteur du piston. - On peut utiliser une grande membrane avec un piston à large embase : on évite bien le risque de passage sous le piston, mais la plage d'utilisation sur route reste limitée. - On peut aussi utiliser un piston concave à large embase avec une grande membrane, mais cette proposition est d'une réalisation complexe et coûteuse. Dans les ressorts pneumatiques connus, la membrane a une épaisseur homogène, notamment dans la zone qui s'enroule sur le piston. fi en résulte que la surface efficace diminue lorsque l'enroulement de la paroi sur le piston diminue, et notamment lorsqu'on veut éloigner au maximum le bouchon du piston. Cette caractéristique nécessite, pour parvenir à la hauteur maximum à l'arrêt, une pression considérable dans la chambre et un temps de 1monte" du véhicule élevé. fi est déjà connu par EP-0 529 435 une membrane pour coussin d'air qui comporte, au voisinage de l'une de ses extrémités, une zone annulaire renforcée. Mais cette zone renforcée est disposée au voisinage du bourrelet de fixation sur le bouchon et est destinée à empêcher la membrane de s'enrouler autour du bouchon. Le but de la présente invention est de proposer un ressort pneumatique du type précité qui permet une large plage d'utilisation à l'arrêt et sur route. L'invention atteint son but par le fait que la membrane comporte au voisinage de la première extrémité de membrane une zone annulaire renforcée qui est en appui sur au moins une partie de ladite surface annulaire tronconique et qui s'étend, dans la direction radiale, au delà de la périphérie de la face du piston. Grâce à cette disposition, la membrane est maintenue à distance de la paroi périphérique du piston dans le voisinage de la face d'extrémité de ce dernier. Ceci permet un débattement supérieur au double de la hauteur du piston. De plus, à l'arrêt, il est possible de monter la plate-forme à la hauteur maximum avec une pression inférieure à celle qui est nécessaire avec les ressorts pneumatiques actuels, du fait de l'augmentation de la surface effective du ressort engendrée par la raideur du renfort, ce qui entrarne une diminution du temps dc "monte". La zone annulaire renforcée a une épaisseur comprise entre 140% et 250% de l'épaisseur de la membrane en dehors de la zone renforcée. Cette zone annulaire renforcée étend, dans le plan de la méridienne, au delà de la surface annulaire tronconique sur une distance au plus égale à cinq fois la largeur de recouvrement de ladite surface annulaire tronconique par la portion de membrane voisine de la première extrémité de membrane. La zone annulaire renforcée comporte un renfort inclus dans l'épaisseur de la membrane. Ce renfort peut être constitué par une lunule de gomme de module relativement élevé, ou par des nappes de fils croisés enrobés d'élastomère. Avantageusement, le piston comporte une base élargie. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non-limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre un ressort pneumatique selon l'art antérieur; la figure 2 représente le ressort pneumatique selon la présente invention dans une position d'utilisation sur route; la figure 3 représente le ressort pneumatique de la figure 2 dans une position intermédiaire entre la position d'utilisation sur route et la position "hauteur maximum"; la figure 4 représente le ressort pneumatique selon la présente invention dans sa position "hauteur maximum"; la figure 5 montre à plus grande échelle une coupe de la membrane au voisinage de son extrémité de fixation sur la position selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 6 montre à plus grande échelle une coupe de la membrane selon un deuxième mode de réalisation de l'invention au voisinage de son extrémité de fixation sur le piston; la figure 7 montre les courbes représentatives des surfaces efficaces du ressort pneumatique selon l'invention et du ressort pneumatique de l'art antérieur en fonction de la hauteur d'utilisation; la figure 8 montre, en arraché et à très grande échelle, la constitution de la paroi de la membrane en dehors de la zone renforcée, la figure 9 montre un deuxième type de ressort pneumatique selon l'art antérieur. Sur la figure 1 on a représenté par la référence 1 un ressort pneumatique qui comporte, dans sa partie inférieure, un piston 2 destiné à être monté sur un premier organe non-représenté ; dans sa partie supérieure, un bouchon 3 destiné à être monté sur un deuxième organe non-représenté ; et, dans sa partie médiane, une membrane flexible 4 à paroi tubulaire qui comporte une première extrémité 5 montée étanche sur le piston 2 et une deuxième extrémité 6 montée étanche sur le bouchon 3. Une chambre 7, de volume variable et étanche à l'air est délimitée par la face supérieure 8 du piston, la paroi interne de la membrane 4 et le bouchon 3. Le bouchon 3 est équipé de moyens 9 permettant d'insuffler de l'air dans la chambre 7. La membrane 4 comporte au moins deux nappes 10 et 11 de fils textiles enrobés d'élastomère ainsi qu'une couche intérieure 12 et une couche extérieure 13 de gomme. Les fils de chaque nappe sont parallèles et font un angle de 35- à 65- environ par rapport à la méridienne de la membrane 4. Les fils sont en rayonne, en Nylon ou en polyester. Les fils de deux nappes adjacentes sont croisés. Les nappes de fils sont retournées aux extrémités 5 et 6 autour de tringles 14, 15 de fixation. La face supérieure 8 du piston 2 présente une cuvette 16 ouverte vers le haut qui présente une surface annulaire tronconique 17 raccordée sans angle vif à la paroi annulaire périphérique 18 du piston 2. Cette paroi périphérique 18, globalement cylindrique, s'évase radialement vers l'extérieur au voisinage de la base 20 du piston 2. Sur la face supérieure 8 du piston 2 est montée une coupelle 21 destinée à maintenir le bourrelet inférieur 22, situé à l'extrémité 5 de la membrane 2, ce bourrelet 22 étant constitué par la tringle 14 autour de laquelle sont retournés les replis des nappes 10 et 11. Le bourrelet supérieur 23 semblable au bourrelet inférieur 22 est retenu dans un roulé 24 formé sur le bord du bouchon 3. La portion de membrane 25 voisine du bourrelet 22 est en appui sur la surface annulaire tronconique 17. Cette portion de membrane 25 est prolongée par une deuxième portion de membrane 26 qui s'applique contre la paroi périphérique 18 du piston 2. La référence 27 désigne le lobe qui entoure le piston 2. La figure 9 montre un deuxième type de ressort pneumatique connu qui diffère du ressort pneumatique de la figure 1 par le fait que la membrane 4 est démontable. Ce type de ressort pneumatique est utilisé plus spécialement sur les autocars ou autobus et sur les tracteurs. Le bouchon 3 présente une gorge annulaire 40 en regard du piston 2 dans laquelle est disposé le bourrelet supérieur 23 de la membrane 4. La cuvette 16 est annulaire et est délimité d'une part par la surface annulaire tronconique 17 et par la paroi exteme d'un manchon cylindrique 41 dirigé vers le bouchon 3. Le bourrelet inférieur 22 est disposé au fond de la cuvette 16. Le piston 2 délimite une chambre intérieure 42 qui communique avec la chambre 7 de volume variable par un orifice 43 ménagé sur la plaque d'obturation 44 du manchon 41. Dans le ressort pneumatique 1 représenté sur la figure 9, le bouchon 3 peut être un élément de retenue de membrane solidaire du deuxième organe du véhicule, au lieu d'être réalisé sous forme d'une plaque séparable fixée sur ledit deuxième organe par des moyens de fixation, comme cela est représenté sur le ressort pneumatique connu de la figure 1. Lorsque le ressort pneumatique 1 n'est pas soumis à des forces dynamiques verticales, la position en hauteur du lobe 27 est fonction de la charge statique supportée et de la pression de l'air à l'intérieur de la chambre 7. Les figures 2 à 6 montrent les modifications apportées, par l'invention, au ressort pneumatique 1 représenté sur la figure 1 ou la figure 9. les éléments identiques sont répertoriés par les mêmes références par souci de clarté. La membrane 4 selon l'invention comporte au voisinage de son extrémité 5 de fixation sur le piston 2, une zone annulaire renforcée 30 qui recouvre au moins la partie supérieure de la surface annulaire tronconique 17 et qui s'étend dans la direction radiale au delà de la surface de raccordement 31 de la paroi périphérique 18 du piston 2 avec la surface annulaire tronconique 17, c'est-à-dire au delà de la périphérie de la face supérieure 8 du piston 2. Pour ce frire, un renfort 32 est inclus dans l'épaisseur Ep de la membrane 4 entre les nappes de plis 10 et 11 et les replis 33 et 34 de ces nappes autour de la tringle 14. La figure 5 montre un premier mode de réalisation du renfort 32. Ce dernier est constitué par une lunule de gomme de module relativement élevé. Selon le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 6, le renfort 32 est constitué de deux nappes de fils croisés. Ces fils peuvent être métalliques ou en fibres textiles semblables aux fils des nappes 10 et 11, c'est-à-dire en rayonne, nylon, polyestère ou aramide. Toutefois, ce renfort 32 se caractérise essentiellement par son volume et son positionnement par rapport au piston 2, plus que par la nature des matériaux qui le constituent. L'épaisseur du renfort 32 est avantageusement compris entre 40% et 150% de l'épaisseur Ep de la membrane 4 en dehors de la zone renforcée 30. Autrement dit, I'épaisseur E de la zone renforcée 30 est comprise entre 140416 et 250% de l'épaisseur Ep de la membrane 4. Pour que la zone renforcée 30 soit en appui sur une partie de la surface annulaire tronconique 17 du piston 2, il faut que la distance Xb qui sépare la tringle 14 du bord du renfort 32, le plus proche de la tringle 14 dans le plan de la méridienne, soit inférieure à la largeur L dans le même plan, de la surface annulaire tronconique 17 recouverte par la membrane 4. La distance Xh qui sépare la tringle 14 du bord du renfort 32, le plus éloigné de la tringle 14, dans le plan de la méridienne, est supérieure à la largeur 1 dans le mêmc plan, de la surface annulaire tronconique 17 recouverte par la membrane 4, et de préférence inférieure à 6 fois cette largeur. La zone renforcée 30 s'étend au delà dc la périphérie de la face 8 du piston 2 sur une distance (Xh-l) inférieure ou égalc à 5 fois la largeur I de la surface annulaire tronconique 17. Sur la figure 7 on a représenté par la courbe C1, la valeur de la surface efficace S en fonction de la hauteur H du bouchon 3, pour un ressort pneumatique traditionnel. La hauteur de valeur nulle correspond arbitrairement à une hauteur statique du bouchon 3 en position normale sur route. La courbe C2 montre les variations de la surface efficace S en fonction de la hauteur H pour un ressort pneumatique dont la membrane comporte un renfort 32 selon la présente invention. La courbe C2 a été obtenue pour une membrane ayant une épaisseur Ep de 4,5mm dans les zones non-renforcées, une zone annulaire renforcée 30 ayant un renfort 32 de 4mm d'épaisseur, la distance Xb étant de 18mm, la distance Xh étant de 72mm, la largeur 1 de la surface tronconique 17 étant de 25mm. On constate que la surface efficace S est fortement augmentée par les moyens de l'invention par rapport au ressort pneumatique traditionnel, pour les valeurs positives de H, I'augmentation pouvant atteindre 1096. Les figures 3 et 4 permettent de mieux comprendre le fonctionnement du ressort pneumatique selon l'invention. Lorsque la membrane 4 se déroule sur le piston 2, il arrive un moment (voir figure 3) où la zone renforcée 30 pénètre dans le lobe 27, la rigidité de la membrane efficace augmente, le rayon du cercle d'enroulement grandit, et la surface portante de la membrane 4 augmente. On repousse ainsi la hauteur du coussin pour laquelle l'efficacité de la membrane diminue. Pour une pression d'air donnée dans la chambre 7, on augmente la hauteur à laquelle la charge peut être supportée. Cette hauteur est d'autant plus grande, pour un piston donné, qu'en utilisation sur route, il se forme une chambre annulaire 40 entre la paroi cylindrique 18 du piston 2 et la paroi 26 de la membrane 4, ce qui permet d'augmenter la longueur de la paroi 26 qui s'enroule sur le piston 2 par rapport à la longueur du piston 2. D'autre part, I'utilisation d'un piston 2 ayant une embase 20 élargie permet d'augmenter la plage d'utilisation en position route. En effet, la courbure du piston limite l'enroulement de la membrane 4 sous l'effet d'une surcharge dynamique. Normalement, avec les pistons cylindriques, la position basse du lobe 27 est fixée à 30mm environ de la base 20, afin d'avoir une marge de sécurité suffisante. Avec un piston à embase concave, on peut ramener cette cote à 15mm, d'où un gain potentiel de hauteur de 30mm. REVENDICATIONS 1. Ressort pneumatique du type à lobe roulant destiné à être monté entre deux organes susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre, ce ressort comportant un piston (2) monté sur l'un des organes, un bouchon (3) monté sur l'autre organe et une membrane flexible (4) à paroi tubulaire présentant une première extrémité (5) montée sur le piston (2) et une deuxième extrémité (6) montée sur le bouchon (3), le piston (2), le bouchon (3) et la membrane (4) délimitant entre eux une chambre (7) étanche à l'air, le piston (2) présentant sur sa face (8) située en regard du bouchon (3) des moyens de fixation (21) de la première extrémité (5) de membrane et une cuvette (16) délimitée par une surface annulaire tronconique (17) sur laquelle s'appuie la portion de membrane (25), adjacente à ladite première extrémité (5) de membrane, le piston (2) pouvant se déplacer axialement dans la membrane (4) et les parois de la membrane (4) pouvant former un lobe (27) entourant le piston (27), caractérisé par le fait que la membrane (4) comporte au voisinage de la première extrémité (5) de membrane une zone annulaire renforcée (30) qui est en appui sur au moins une partie de ladite surface annulaire tronconique (17) et qui s'étend, dans la direction radiale, au delà de la périphérie de la face (8) du piston (2). 2. Ressort pneumatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone annulaire renforcée (30) de la membrane (4) a une épaisseur (E) comprise entre 140% et 250% de l'épaisseur (Ep) de ladite membrane (4) en dehors de ladite zone renforcée (30). 3. Ressort pneumatique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la zone annulaire renforcée (30) s'étend, dans le plan de la méridienne, au delà de la périphérie du piston sur une distance (Xh-l) au plus égale à cinq fois la largeur (1) de recouvrement de ladite surface annulaire tronconique (17) par la portion (25) de membrane voisine de la première extrémité (5) de membrane. 4. Ressort pneumatique selon l'un des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la zone annulaire renforcée (30) comporte un renfort (32) inclus dans l'épaisseur (Ep) de la membrane (4). 5. Ressort pneumatique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le renfort (32) est constitué d'une lunule de gomme de module relativement élevé. 6. Ressort pneumatique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le renfort (32) est constitué de nappes de fils croisés, enrobés d'élastomère. 7. Ressort pneumatique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le piston comporte une embase élargie.