Brevet FR2718211A1 — publié le 19951006

Membrane de roulement placée entre un corps de forme cy lindrique et un autre corps de forme cylindrique creux entre lesquels un mouvement relatif s'effectue suivant un axe L'invention concerne une membrane de roulement composée d'au moins un matériau d'étanchéité, destinée à être placée entre un corps de forme cylindrique et un autre corps de forme cylindrique creux enveloppant le premier corps, corps cylindrique entre lesquels un mouvement relatif s'effectue suivant un axe. Selon l'état de la technique connu, on fabrique des membranes de roulement à partir d'un tissu plat à fibres entrecroisées, enduit de gomme sur une ou deux faces, la partie mobile de ces membranes de roulement étant fortement bombée en direction axiale. L'inconvénient de ces membranes de roulement réside dans le fait que dès que la membrane effectue un déplacement axial, certaines parties de la membrane se déplacent diamétralement de l'intérieur vers l'extérieur et vice versa. En particulier les parties fibreuses orientées dans le sens de la circonférence et le caoutchouc se dilatent et/ou se contractent. Cela se traduit par un travail externe qui se manifeste par le fait qu'il faut des forces considérables pour déplacer la membrane. Par ailleurs, la friction du caoutchouc contre les parois et les fibres orientées dans le sens de la circonférence conduit à une hystéréris de la membrane. La présente invention a pour but de créer une membrane de roulement qui ne présente aucune hystérésis et ne nécessite pas, pour le déplacement, l'application de forces axiales perturbatrices. A cet effet l'invention concerne une membrane de roulement du type défini ci-dessus caractérisée en ce qu'à l'état de repos, elle se présente sous la forme d'un tuyau, qui seulement au moment du montage, est retroussée axialement entre le corps cylindrique et le corps cylindrique creux. La membrane de roulement, selon l'invention n'est pas fabriquée sous la forme d'une membrane plate déformée, mais sous la forme d'un tuyau. Ce tuyau est retroussé axialement au moment du montage. Le travail inhérent au bourrelet de retroussement est transmis à la membrane au moment du montage et non au moment d'une translation axiale entre les deux pièces cylindriques, séparées par la membrane. On évite le travail de retroussage lors du déplacement axial que si les fibres du tissu de renforcement ont une orientation purement axiale. Dans ce cas, lors du déplacement axial, aucune fibre n'est susceptible d'être dilatée ou contractée dans le sens de la circonférence, les fibres se déroulant exclusivement en direction axiale. Lors de la fabrication de la membrane, les fibres sont recourbées radialement aux deux extrémités, vers l'intérieur et vers l'extérieur. Le travail de retroussage nécessaire est introduit une fois pour toutes dans la membrane lors du montage et reste ensuite inchangé. Les fibres dont il s'agit ont un module d'élasticité élevé. C'est le cas en particulier des fibres en carbone et des fibres Kevlar (marque déposée). Dans ce cas, les fibres sont toutes avantageusement situées sur la face de la membrane opposée à la compression. Cela a l'avantage que les parois de la chambre qui effectuent un mouvement relatif entre elles n'entrent pas en contact direct avec le revêtement (dans le cas présent de l'étanchéité aux liquides, il s'agit de caoutchouc). Cela réduit encore plus le frottement. L'invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés aux dessins dans lesquels - la figure 1 montre la membrane de roulement non encore montée juste au sortir de la fabrication, - la figure 2 montre la membrane de roulement de la figure 1 montée entre un cylindre et un cylindre creux, - la figure 3 est une vue de dessus de la figure 2. Quand elle sort de fabrication, au repos, la membrane de roulement 1, représentée dans la figure 1, a la forme d'une gaine cylindrique la bordée d'un bourrelet supérieur et d'un bourrelet inférieur lb, lc. De part et d'autre de la gaine cylindrique la, la membrane présente des appendices rectilignes lbb, lcc, orientés perpendiculairement à l'axe 5, celui du haut lbb étant dirigé vers l'axe 5, celui du bas lcc étant orienté dans le sens opposé à l'axe 5. La hauteur 10p des bourrelets lb, lc avec la face aplatie 10b, 10f orientée perpendiculairement aux bourrelets lb, lc dépend de la forme géométrique des cavités 2a, 3a à l'intérieur du corps cylindrique 3, respectivement du corps cylindrique creux 2 (voir figure 2). Un dégagement devrait être conservé au-dessus des faces aplaties 10b, 10f, ainsi qu'entre la face des bourrelets lb, lc opposée à l'axe 5 jusqu'aux parois des cavités 2a, 3a. Selon la figure 1, la membrane de roulement 1 a un diamètre intérieur 10a et un diamètre 10g dont la diffé rence 10n est donnée par l'épaisseur de la membrane de roulement 1. La membrane de roulement 1 elle-même est constituée d'une couche de tissu externe laa qui lui confère sa rigidité. Côté intérieur, cette couche de tissu laa est recouverte d'un revêtement lab en caoutchouc. La fine couche de tissu 10g se compose de fibres ayant un module d'élasticité le plus élevé possible. Ces fibres présentent toutefois une résistance à la flexion la plus faible possible et admettent également le rayon de courbure le plus petit possible. Les fibres spécialement appropriées pour la couche de tissu 10g sont les fibres de carbone (module E ~ 200 000 MPa) et les fibres Kevlar (module E situé entre 50 000 et 120 000 MPa). Les fibres de la couche de tissu ont toutes une orientation axiale dans la gaine cylindrique la de la membrane de roulement 1. Etant donné que la membrane de roulement 1 représentée dans la figure 1 doit être étanche en particulier aux liquides (par exemple en hydraulique), on a choisi comme revêtement lab le caoutchouc qui, avec une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres confère une étanchéité satisfaisante aux liquides. Dans la mesure du possible, le revêtement lab doit être mou, afin d'opposer la résistance la plus faible possible à la déformation. Les forces à absorber par la membrane de roulement 1 sont captées presque exclusivement par la couche de tissu de renforcement laa. Le revêtement lab doit être aussi mince que possible sur la couche de tissu laa, étant donné qu'il sera soumis par la suite, lors de l'utilisation, à une déformation relativement importante et donc à un travail. Toutefois, la couche de revêtement lab ne doit pas être trop mince, car elle doit pouvoir passer du diamètre intérieur au diamètre extérieur, sans se déchirer. Le revêtement lab qui entre en contact direct avec le matériau auquel il doit faire écran doit être choi si de telle sorte qu'il ne soit pas attaqué par ce matériau et qu'il ne perde pas son élasticité après une utilisation prolongée. Le diamètre de l'ouverture lOc au niveau du bourrelet supérieur lb est dimensionné pour que le bourrelet lb puisse être refoulé entre le cylindre 3 et le cylindre creux 2 à la figure 2, lors du montage de la membrane 1. Par contre, le diamètre de l'ouverture 10h au niveau du bourrelet inférieur lc est dimensionné pour que ce bourrelet lc puisse se dilater lors du montage de la membrane de roulement 1 entre le cylindre 3 et le cylindre creux 2 à la figure 2. La longueur 10k, 10i des appendices latéraux lbb, lcc est adaptée respectivement à la longueur 2g, 3g des ouvertures cylindriques circulaires 2c, 3c dans le cylindre 3 et le cylindre creux 2, ces ouvertures faisant le lien entre les cavités intérieures 2a, 3a logeant les bourrelets lb, lc et l'intervalle cylindrique circulaire 4 (figure 2). La longueur 10m de la gaine cylindrique la de la membrane de roulement 1 est adaptée au trajet que le cylindre 3 effectue relativement au cylindre creux 2, en direction axiale 5. Les diamètres intérieur et extérieur 10a et 10g sont choisis de façon à ce que, lorsque la membrane 1 est en état de repos et n'est pas encore montée, son diamètre moyen 10e se situe exactement au milieu de l'intervalle cylindrique 4, entre le cylindre 3 et le cylindre creux 2 (voir aussi figure 2). La figure 2 montre la membrane 1 telle qu'elle se présente après montage. Le cylindre 3 et le cylindre creux 2 qui l'enveloppe, se composent d'une partie supérieure 2aa, 3aa et d'une partie inférieure 2ab, 3ab, rassemblées respectivement au niveau de la ligne de jonction 2d, 3d. La séparation du cylindre 3 et du cylindre creux 2 en deux moitiés respectives facilite le montage de la membrane 1. La différence entre le diamètre extérieur 3e du cylindre 3 et le diamètre intérieur 2e du cylindre creux 2 représente la largeur 4c de l'intervalle cylindrique 4 entre les deux corps 2, 3. Les cavités intérieures 2a, 3a ont une forme conique 2b, 3b pointée vers l'intervalle cylindrique 4 cette forme conique correspond à la forme conique des bourrelets lb, lc. Le bon maintien des bourrelets lb, lc dans les cavités 2a, 3a est ainsi assuré. La membrane 1 divise l'intervalle cylindrique 4 en une partie supérieure 4b et une partie inférieure 4a. Dans la partie inférieure se trouve le liquide auquel on doit faire écran (par exemple de l'huile hydraulique). Ce liquide est seulement en contact avec le revêtement lab appliqué sur la couche de tissu de renforcement laa, mais ne l'est pas avec la couche de tissu laa elle-même. Par contre, les parois 2f, 3f du cylindre 3 et du cylindre creux 2 n'entrent pas en contact avec le revêtement lab, mais seulement avec la couche de tissu laa. Le diamètre 4c de l'intervalle cylindrique 4 est dimensionné de façon à ce que le revêtement lab de la membrane 1 n'entre jamais en friction avec lui-même quand il y a une translation axiale, autrement dit quant le cylindre 3 effectue un déplacement en direction axiale 5. La couche de tissu de renforcement avec l'orientation axiale 5 des fibres se déroule sur les parois 2f, 3f des corps cylindriques 2, 3 de sorte que la seule friction qui apparaît est un frottement par adhérence. Les fibres du tissu 5 sont orientées axialement pour éviter qu'elles soient dilatées ou contractées. La membrane 1 enveloppe ainsi tout le cylindre 3 et évite au liquide de passer de la partie inférieure 4a dans la partie supérieure 4b de l'intervalle cylindrique. Comme on peut le voir dans la figure 3, les fibres de la couches de tissu laa ne sont jamais dilatées, ni contractées, quand le cylindre 3 effectue un mouvement axial. Seul, l'espace entre les fibres laa se réduit ou s'agrandit selon que la membrane 1 est obligée de s'adapter au plus petit ou au plus grand diamètre de l'intervalle 4. Plus la largeur 4c de l'intervalle 4 est faible et moins le revêtement lab aura à se dilater, voire à se contracter et plus la force à appliquer pour actionner le cylindre pourra être faible. L'utilisation d'un matériau spécialement mou pour le revêtement lab favorise ce comportement. La dilatation de l'espace entre la couche de tissu laa qui apparaît quand le cylindre 3 se déplace dans le cylindre creux 2 est très faible et donc négligeable, puisqu'en raison de la présence du liquide hydraulique dans la partie inférieure 4a de l'intervalle cylindrique, les forces primaires agissent principalement dans la direction axiale et sont absorbées par la couche de tissu laa. Mais en fonction de la largeur de l'intervalle, il convient de choisir l'épaisseur du revêtement lab (avec ses propriétés immanentes), de façon à ce qu'il ne puisse jamais y avoir de déchirure. Ici aussi la solution réside dans une épaisseur de fente la plus faible possible. De telles membranes sont utilisables autour de tout corps cylindrique logé dans une forme cylindrique creuse, à l'intérieur de laquelle il doit pouvoir effectuer un déplacement axial limité. C'est le cas en particulier des paliers utilisés pour les miroirs astronomiques. Toutefois l'invention n'est pas limitée à ce type de paliers. REVENDICATIONS 1) Membrane de roulement (1) composée d'au moins un matériau d'étanchéité et destinée à être placée entre un corps de forme cylindrique (3) et un autre corps de forme cylindrique creux (2) enveloppant le premier, cylindres entre lesquels soumis à un mouvement axial relatif (5), membrane (1) caractérisée en ce qu'à l'état de repos, elle se présente sous la forme d'un tuyau, qui seulement au moment du montage, est retroussée axialement entre le corps cylindrique (3) et le corps cylindrique creux (2). 2) Membrane selon la revendication 1, caractérisée par un bourrelet (lb, lc) à chacune de ses extrémités. 3) Membrane selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la section du bourrelet (lb, lc) de la membrane (1) est en forme de coin, et à l'état retroussé, les coins étant respectivement pointés l'un vers l'autre. 4) Membrane selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la membrane (1) comporte au moins un revêtement (lab) et qu'une couche de tissu raidie (laa) est appliquée sur le revêtement (lab). 5) Membrane selon la revendication 4, caractérisée en ce que la couche de tissu (laa) comporte un revê- tement sur une seule face et que la couche de tissu (laa) s'applique contre les parois (3f, 2f) du corps cylindrique (3) et du corps cylindrique creux (2), lorsque la membrane (1) est montée. 6) Membrane selon la revendication 4, caractérisée en ce que les fibres de la couche de tissu (laa) de la membrane (1) sont toutes orientées en direction axiale, du bourrelet (lb) au bourrelet (lc), et non pas dans le sens de la circonférence de la membrane (1). 7) Membrane selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'aux deux extrémités (lb, lc), au niveau des bourrelets (lb, lc), les fibres de la couche de tissu (laa) de la membrane (1) sont recourbées radialement vers l'intérieur, voire radialement vers l'extérieur. 8) Membrane selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que les fibres de la couche de tissu (laa) de la membrane (1) présentent un haut module d'élasticité. 9) Membrane selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que les fibres de la couche de tissu (laa) de la membrane (1) sont des fibres de carbone. 10) Membrane selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que les fibres de la couche de tissu (laa) de la membrane (1) sont des fibres de Kevlar. 11) Membrane selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisée en ce que les fibres de la couche de tissu (laa) se situent dans la zone externe de la membrane (1). 12) Membrane selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisée en ce qu'on utilise du caoutchouc comme matériau de revêtement (lab) de la membrane (1). 13) Membrane selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisée en ce que les parois extérieures (3f) du corps cylindrique (3) et la paroi intérieure (2f) du corps cylindrique creux (2) et/ou les fibres de la couche de tissu (laa) de la membrane (1) présentent dans le sens des fibres, une très faible résistance aux frottements, notamment une résistance d'adhérence. 14) Membrane selon l'une des revendications 4 à 13, caractérisée en ce que la résistance à la compression du matériau de revêtement (lab) de la membrane (1) est aussi faible que possible. 15) Membrane selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que l'épaisseur (lOn) de la membrane (1) est inférieure à la moitié de la largeur (4c) de l'intervalle (4) située entre le corps cylindrique (3) et le corps cylindrique creux (2). 16) Membrane selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que la membrane (1) est intégrée dans au moins un élément d'appui d'un miroir astronomique.