Brevet FR2810701A1 — publié le 20011228

L'invention concerne un vérin hydraulique ' double effet comportant un corps de cylindre obturé à une extrémité par un fond et à l'autre extrémité par une tête de cylindre, un piston de guidage monté coulissant dans le corps de cylindre, une tige de piston solidaire du piston de guidage et traversant de manière étanche la tête de cylindre, des moyens hydrauliques pour actionner la tige de vérin et des moyens de verrouillage mécanique de la tige de vérin dans une position d'extension prédéterminée. Dans de nombreuses applications on utilise des vérins pour déplacer des pièces ou outils, et ces pièces ou outils doivent être maintenus dans une position fixe pendant la durée d'une opération. Il est ainsi notamment lorsque les pièces en question sont des éléments d'un moule en plusieurs morceaux utilisés pour la fabrication de pièces en matière plastique par injection. En général, chaque élément de moule est fixés à l'extrémité d'une tige de vérin et l'actionnement de la tige de vérin provoque une translation de l'élément. Pour éviter que la tige de vérin se rétracte lors de l'injection de la matière plastique sous haute pression, l'élément mobile est immobilisé sur un bâti fixe au moyen d'une broche logeant dans un alésage ménagé dans l'élément et le bâti, cet alésage ayant une direction perpendiculaire à l'axe de la tige de vérin. Cette broche est également manipulé par un deuxième vérin à double effet. Ainsi, pour positionner et fixer un élément de moule par rapport au bâti, on utilise deux vérins à double effet dont les tiges forment un angle droit, l'un des vérins servant au déplacement de l'élément de moule, et l'autre servant déplacement de la broche de fixation. Les contraintes dues aux forces de pression lors du moulage sont dans ce cas reprises par la broche fixation. Cette façon de faire nécessite donc de réaliser un alésage dans chaque élément de moule, et de disposer de deux vérins à double effet pour chaque élément de moule. Elle présente surtout l'inconvénient de nécessiter un temps de mise en place du moule et un temps de démoulage appréciables, car l'actionnement des deux vérins doit être consécutif. Lors de la mise en place du vérin, on actionne d'abord la tige de vérin reliée à l'élément, puis, lorsque l'élément est positionné, actionne la tige de vérin reliée à la broche. Pour le démoulage de la piece injectée on procède dans le sens inverse. L'un des buts de l'invention est de proposer vérin à double effet qui permette de positionner un élément de moule dans une position précise et d'encaisser des forces extérieures compression exercées sur la tige de piston lors d'une opération de moulage par injection par exemple. Un autre but de l'invention est de proposer vérin à double effet dont la tige de piston peut être immobilisée mécaniquement et avec précision dans une position d'extension prédéterminée. Selon l'invention, le vérin hydraulique proposé est caractérisée par le fait que a) le corps de cylindre présente deux parois cylindriques coaxiales de diamètres internes différents, raccordées par une section annulaire tronconique, la paroi cylindrique ayant le plus grand diamètre étant disposée du côté de la tête de cylindre et la paroi cylindrique ayant le plus petit diamètre servant à guider le piston de guidage, la tige de piston présente entre le piston de guidage et la tête de cylindre une protubérance annulaire ayant un diamètre au plus égal au diamètre de la paroi cylindrique ayant le plus petit diamètre, ladite protubérance étant disposée en regard de la paroi cylindrique ayant le plus grand diamètre, dans la position d'extension prédéterminée de la tige de piston, le piston de guidage comporte des orifices axiales traversant permettant de mettre en communication fluidique les deux côtés dudit piston de guidage, et d) les moyens de verrouillage comportent, sur la portion de tige de piston située entre le piston de guidage et la protubérance annulaire, un piston annulaire susceptible de coulisser de manière étanche sur la paroi cylindrique ayant le plus petit diamètre et susceptible de coulisser de manière étanche sur ladite portion de tige de piston sous l'action de l'agent de pression entre une position de libération de la tige de piston dans laquelle il appuie contre le piston de guidage et une position de verrouillage dans laquelle il appuie contre la protubérance annulaire, ledit piston annulaire présentant une section d'extrémité cylindrique rétrécie du côté de la protubérance annulaire, et comportent outre des organes de verrouillage qui, en position de libération de tige de piston, logent axialement entre une face radiale de la protubérance et le piston annulaire et logent radialement entre portion de tige de piston et la paroi cylindrique ayant le plus petit diamètre, et qui, en position de verrouillage, logent radialement entre la paroi cylindrique ayant le plus grand diamètre et la section d'extrémité cylindrique rétrécie du piston annulaire et logent axialement entre ladite face radiale de la protubérance et la section tronconique du corps de cylindre, lesdits organes de verrouillage ladite section d'extrémité rétrécie du piston annulaire comportant surfaces coniques coopérantes qui tendent à repousser radialement vers l'extérieur les organes de verrouillage, lorsque l'agent de pression agit sur le piston de guidage et le piston annulaire dans le sens de l'extension de la tige de vérin. Ainsi selon l'invention, c'est le piston annulaire qui partage l'intérieur du cylindre en deux chambres de travail soumises alternativement à l'agent de pression. Du fait que dans la position de verrouillage les organes de verrouillage sont écartés vers l'extérieur et coopèrent avec la section tronconique du corps de cylindre, les surfaces d'appui peuvent être appréciables, et les efforts de compression exercés axialement sur la tête de la tige de vérin peuvent être repris uniquement par les organes de verrouillage, sans l'aide de l'agent de pression. Afin d'augmenter notablement les surfaces d'appui, les organes de verrouillage comportent, radialement vers l'extérieur, des surfaces coniques qui coopèrent avec la section tronconique du corps de cylindre dans la position de verrouillage. De préférence, les organes de verrouillage sont constitués par deux demi-couronnes. Afin de faciliter la maintenance du vérin en cas de flambage de la tige de vérin, la tige de vérin est constituée de deux pièces cylindriques séparables, reliées par vissage dont l'une comporte la protubérance annulaire et la portion de tige de piston sur laquelle monté le piston annulaire et dont l'autre coulisse dans la tête cylindre. Ainsi, en cas de flambage de la tige de vérin, l'intégrité de la partie interne du vérin est assurée, et il suffit de remplacer la partie qui coulisse dans la tête de cylindre par une pièce de rechange. Afin de permettre un réglage précis de la position de verrouillage, le corps de cylindre est constitué avantageusement de deux parties coaxiales dont l'une, externe, comporte la tête vérin, des moyens de fixation sur un bâti, les raccords à une source de fluide, et une paroi externe cylindrique ayant un taraudage intérieur, et dont l'autre, interne, comporte le fond du corps de cylindre et le corps de la chambre de cylindre, lequel présente un filetage extérieur destiné ' coopérer avec ledit taraudage intérieur afin de permettre le réglage la position d'extension prédéterminée par rapport bâti, des conduits internes étant ménagés dans lesdites deux parties entre les raccords et les extrémités de la chambre de cylindre. Cette disposition présente un avantage supplémentaire. Du fait que les raccords sont disposés sur la partie externe fixée le bâti, les conduits externes d'amenée et d'échappement fluide hydraulique ne subissent aucune modification lors du réglage. Ils peuvent etre constitués par des conduits métalliques rigides en lieu et place de conduits flexibles. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une coupe selon un plan passant par l'axe du cylindre d'un vérin conforme à l'invention; la partie supérieure de cette figure montre une demi-coupe de la tige de vérin dans la position de rétraction maximale et non verrouillée, tandis que la partie inférieure de cette figure montre une demi-coupe de la tige de vérin dans la position de verrouillage ; les figures 2a à 2e montrent divers positionnements de la tige de vérin dans son cylindre lorsqu'elle est soumise à un déploiement entre la position de rétraction maximale et la position de verrouillage ; la figure 3 montre en perspective une demi-couronne de verrouillage ; la figure 4 est une vue axiale d'une demi-couronne de verrouillage dans la position de verrouillage ; et la figure 5 est une coupe d'une demi-couronne selon la ligne V- V de la figure 4. Sur les dessins on a représenté par la référence 1 vérin hydraulique ' double effet qui comporte un corps de cylindre obturé à une extrémité par un fond 3 et à l'autre extrémité par tête de cylindre 4 présente un palier 5 avec un orifice 6 d'axe Un piston 7 est fixé à l'extrémité interne 8 d'une tige de piston 9 traversant l'orifice 6 avec interposition de joints d'étanchéité 10. Ainsi que cela est montré sur la figure 1, le corps de cylindre 2 est constitué de deux parties coaxiales 2a, 2b d'axe X qui s'emboîtent l'une dans l'autre. La partie externe 2a se présente sous la forme d'une cuve rigide dont la paroi périphérique cylindrique 11 présente un taraudage intérieur 12, et dont le fond est équipé du palier 5. La partie interne 2b présente sous la forme d'une cuve renversée dont la paroi périphérique 13 présente un filetage extérieur 14 et dont le fond forme le fond 3 du corps de cylindre 2. Le taraudage 12 et le filetage 14 ont des diamètres identiques afin qu'ils coopèrent ensemble pour fixer axialement la partie interne 2b dans la partie externe 2a. Des joints d'étanchéité 15 sont interposés entre la partie externe 2a et la partie interne 2b. Un écrou 16 et une vis 21 déposée dans un alésage 18 permettent d'immobiliser en rotation la partie interne 2b par rapport à partie externe 2a. La paroi périphérique cylindrique 11 de la partie extérieure 2a est équipée de raccords 17 et 19 pour la connexion de conduits d'alimentation et d'échappement d'un agent de pression, de préférence de l'huile. Le raccord 17 communique avec l'extrémité de la cavité interne du corps de cylindre 2 située au voisinage du palier 5 par un conduit 20 ménagé dans la paroi périphérique cylindrique 11. Le raccord 19 communique par un conduit 22 ménagé dans la paroi périphérique cylindrique 11 avec une chambre annulaire 23 ménagée entre les parties externe 2a et interne 2b dans la paroi périphérique cylindrique 11 de la paroi périphérique 13. Un conduit 24 ménagé dans la paroi périphérique 13 de la partie interne 2b met en communication la chambre annulaire 23 avec l'extrémité de la cavité interne du corps de cylindre 2, située au voisinage du fond 3. La partie externe 2a est en outre pourvue de moyens de fixation sur un bâti, ces moyens de fixation n'étant pas montrés sur les dessins par souci de clarté. La partie interne 2b peut ainsi être positionnée de manière réglable axialement dans la partie externe fixe 2a. Les raccords 17 et 19 sont ainsi fixes par rapport bâti qui supporte également la source d'agent de pression. Ainsi que cela se voit sur les dessins, la cavité interne de partie intérieure 2b est délimitée par deux parois cylindriques d'axe X de diamètre différent, raccordées par une paroi tronconique 25 d'axe X, la paroi cylindrique 26 de plus petit diamètre est disposée du côté du fond 3, la paroi cylindrique 27 de plus grand diamètre est disposée du coté de l'ouverture 28 de la partie interne 2b, c'est-à-dire du côté de la tête de cylindre 4. Le piston 7 est monté coulissant dans la paroi cylindrique 26 ayant le plus petit diamètre, avec interposition éventuelle de joint d'étanchéité 29. Il comporte en outre des orifices traversant 30, d'axe X, qui mettent en communication fluidique les deux faces du piston 7. La tige de piston 9 est également réalisée en deux parties, savoir une partie externe 9a qui coulisse dans le palier 5 et une partie interne 9b, toutes deux d'axe X. La partie externe 9a est terminée a l'intérieur du corps de cylindre 2 par un filetage 31 qui coopère avec un taraudage ménagé à l'extrémité de la partie interne 9b opposée au piston 7. La partie interne 9b comporte trois sections de diamètre différent, à savoir une section 33 ayant un diamètre au plus égal diamètre de la paroi cylindrique 26 ayant le plus petit diamètre, située autour du taraudage mentionné ci-dessus, une section médiane 34 ayant un diamètre égal à environ la moitié du diamètre de la paroi cylindrique 26, et une section rétrécie constituant l'extrémité 8 laquelle est monté le piston 7. La section 33 de grand diamètre est délimitée axialement deux parois frontales 35, 36 qui s'étendent radialement vers l'extérieur. La paroi frontale 35, en butée contre la tête de cylindre 4, définit l'extension maximale possible de la tige de vérin 9. La paroi frontale 36 disposée en regard du piston 7 délimite axialement avec dernier une chambre annulaire 37 entourant la section médiane Lorsque la tige de vérin 9 est dans la position de rétraction maximale, ainsi que cela est montré sur la demi-coupe supérieure de la figure 1, la section 33 de grand diamètre disposée au moins en partie dans la paroi cylindrique 26 ayant plus petit diamètre, et la chambre annulaire 37 est délimitée extérieurement par la paroi cylindrique 26. Cette chambre annulaire 37 loge, d'une part, un piston annulaire étagé 40 ayant un diamètre intérieur égal au diamètre de la section médiane 34 et un diamètre extérieur égal au diamètre de la paroi cylindrique 26 ayant le plus petit diamètre, et deux demi-couronnes de verrouillage 41a, 41b, montrées détail sur les figures 3 à 5. Chaque demi-couronne 4 41b est délimitée radialement par une portion de paroi cylindrique extérieure 42 ayant un diamètre égal au diamètre de la paroi cylindrique 26, une portion de paroi cylindrique intérieure 43 ayant diamètre égal au diamètre d'une portion d'extrémité rétrécie 44 piston annulaire 40, et axialement, d'une part, par une paroi frontale 45 en appui contre la paroi frontale 36 de la section 33 et, d'autre part, par deux parois tronconique 46 et 47 situées en regard du piston 7. Dans la position de non-verrouillage de la tige de piston 9, montrée sur la demi-coupe supérieure de la figure 1, la portion de paroi cylindrique extérieure 42 est en appui coulissant contre la paroi périphérique 26 et la portion de paroi cylindrique intérieure 43 est en appui coulissant contre la section médiane 34. Dans cette position de non-verrouillage, le piston annulaire 40 est interposé entre les demi-couronnes 41a, 41b et le piston 7. L'extrémité rétrécie 44 du piston annulaire est terminée par une surface conique 48 qui coopère avec la paroi tronconique 46. L'extrémité rétrécie 44 du piston annulaire 40 est raccordée à la paroi cylindrique externe de ce piston annulaire 40 par une deuxième paroi conique 49. La longueur de la paroi cylindrique de l'extrémité rétrécie 44 est sensiblement égale à la largeur de la portion de paroi cylindrique intérieure 43 des demi couronnes 41a et 41b. En outre, le diamètre externe de l'extrémité rétrécie 44 est sensiblement égal à la moitié de somme des diamètres de la section médiane 34 de la tige de vérin 9 et de la paroi cylindrique 26. En plus, l'étendue de la paroi tronconique 25 du corps de cylindre 2 est sensiblement égal à l'étendue de la paroi tronconique 47 des demi- couronnes 41a et 41b. joints d'étanchéité 50 sont interposés entre le piston annulaire 40, d'une part, et la section médiane 34 et la paroi cylindrique 26, d'autre part. Les figures 2a à 2e montrent différentes positions prises par la tige vérin 9, le piston annulaire 40 et les demi-couronnes 41a, 41b, lorsqu'on introduit un agent de pression dans le corps de cylindre par le conduit 24. Sur la figure 2a, la tige de piston 9 est dans la position de rétraction maximale. L'agent de pression est introduit par le raccord 19, via le conduit 22, la chambre 23 et le conduit 24, le conduit 20 est mis à l'échappement. La pression P 1 s'applique sur les deux faces du piston 7. Les demi-couronnes 41a et 41b ne pouvant s'ecarter radialement, le piston annulaire 40 reste immobile par rapport à la section médiane 34. La tige de piston 9 est déplacée vers la gauche, ainsi que cela est montré sur la figure 2b. Lorsque les demi-couronnes 41a et 41b ont franchi paroi cylindrique 26 et sont positionnées en regard de la paroi tronconique 25, ainsi que cela est montré sur la figure 2c, le piston annulaire 40, soumis a la pression P1, peut coulisser sur la section médiane 34. Sa paroi tronconique d'extrémité 48 en appui contre la paroi tronconique 46 des demi-couronnes pouvant alors coulisser sur la paroi tronconique 25 du corps de cylindre 2, ainsi que cela est montré sur la figure Lorsque les demi-couronnes 41a et 41b sont écartées au maximum, la portion rétrécie 44 du piston annulaire 40 coulisse le long des portions de parois cylindriques intérieures 43 des demi- couronnes 41a, 41b, et la paroi tronconique 46 des demi-couronnes vient en appui contre la paroi tronconique 49 du piston annulaire 40. Si on poursuit le mouvement d'extension de la tige de vérin 9, les demi-couronnes 41a et 41b coulissent le long de la paroi cylindrique 27 de grand diamètre, jusqu'à ce que la face frontale 35 de la section 33 de grand diamètre vienne appuyer contre la tête de cylindre 4. Si on met le conduit 24 à l'échappement et si on applique une force axiale F sur la tête de la tige de vérin 9, l'ensemble tige de vérin 9, demi-couronne 41a et 41b, piston annulaire 40 se déplacent vers la droite jusqu'à ce que les faces tronconiques 46 et 47 des demi- couronnes 41a et 41b viennent en appui respectivement contre la paroi tronconique 48 du piston annulaire 40 et contre la paroi tronconique 25 du corps de cylindre 2. Les demi-couronnes 4 et 41b sont outre immobilisées radialement entre la portion d'extrémité rétrécie 44 du piston annulaire 40 et la paroi cylindrique 27 ayant le plus grand diamètre du corps cylindrique 2, ainsi que cela est montré sur la figure 2e. Si maintenant partant de la position montrée sur la figure 2e, introduit un agent de pression par le raccord 17 via le conduit 20, agent de pression provoquera d'abord un déplacement vers la gauche du piston annulaire 40, puisque la tige de piston 9 est verrouillée position d'extension par les demi-couronnes 41a, 41b. Lorsque piston annulaire atteint la position montrée sur la figure 2d, la face frontale 36 en appui sur les faces frontales 45 des demi-couronnes 41a, 41b, tend à ramener ces dernières radialement dans la chambre annulaire 37. Le processus se poursuit jusqu'à ce qu'on obtienne la configuration montrée sur la figure 2c. A partir de cette position, le piston annulaire 40 est en appui contre le piston 7, et l'ensemble déplace vers la droite jusqu'à ce que le piston 7 soit en appui contre fond 3. Il est ' noter que le piston 7 sert uniquement au guidage centrage de tige de piston 9 et de butée au piston annulaire 40. joints d'étanchéité 10 jouent uniquement le rôle de moyens coulissement et non pas un rôle d'étanchéité. La section 33 de grand diamètre de la partie interne 9b de tige de vérin 9 présente sur sa face frontale 36 une cavité annulaire 51 en forme de coin, dans laquelle vient loger l'extrémité de la partie rétrécie 44 du piston annulaire lorsque les demi-couronnes 41a et 41b sont dans la position de verrouillage. REVENDICATIONS 1. Vérin hydraulique à double effet comportant un corps de cylindre (2) obturé à une extrémité par un fond (3) et à l'autre extrémité par une tête de cylindre (4) , un piston de guidage (7) monté coulissant dans le corps de cylindre (2), une tige de piston (9) solidaire du piston de guidage (7) et traversant de manière étanche la tête de cylindre (4), des moyens hydrauliques pour actionner tige de vérin (9) et des moyens de verrouillage mécanique de la tige de vérin (9) dans position d'extension prédéterminée, caractérisé par le fait que a) le corps de cylindre (2) présente deux parois cylindriques (26, 27) coaxiales de diamètres internes différents, raccordées par une section annulaire tronconique (25), la paroi cylindrique (27) ayant le plus grand diamètre étant disposée du côté de la tête de cylindre (4) et la paroi cylindrique ayant le plus petit diamètre (26) servant à guider le piston de guidage (7), b) la tige de piston (9) présente entre le piston de guidage (7) et la tête de cylindre (4) une protubérance annulaire (33) ayant un diamètre au plus égal au diamètre de la paroi cylindrique (26) ayant le plus petit diamètre ladite protubérance (33) étant disposée en regard de la paroi cylindrique (27) ayant le plus grand diamètre, dans la position d'extension prédéterminée de la tige de piston (9), c) le piston de guidage (7) comporte des orifices axiales (30) traversant permettant de mettre en communication fluidique les deux côtés dudit piston de guidage (7), et d) les moyens de verrouillage comportent, sur la portion de tige de piston (34) située entre le piston de guidage (7) et la protubérance annulaire (33), un piston annulaire(40) susceptible de coulisser de manière étanche sur la paroi cylindrique (26) ayant le plus petit diamètre et susceptible de coulisser de manière étanche sur ladite portion tige de piston (34) sous l'action de l'agent de pression entre une position de libération de la tige de piston (9) dans laquelle il appuie contre le piston de guidage (7) et une position de verrouillage dans laquelle il appuie contre la protubérance annulaire (33), ledit piston annulaire (40) présentant une section d'extrémité cylindrique rétrécie (44) du côté de la protubérance annulaire (33), et comportent en outre des organes de verrouillage (41a, 41 b)qui, en position de libération de la tige de piston (9), logent axialement entre une face radiale (36) de la protubérance (33) et le piston annulaire (40) et logent radialement entre la portion de tige de piston (34) et la paroi cylindrique (26) ayant le plus petit diamètre, et qui, en position de verrouillage, logent radialement entre la paroi cylindrique (27) ayant le plus grand diamètre et la section d'extrémité cylindrique rétrécie (44) du piston annulaire (40) et logent axialement entre ladite face radiale (36) de la protubérance (33) et la section tronconique (25) du corps de cylindre (2), lesdits organes de verrouillage (41a, 41b) et ladite section d'extrémité rétrécie (44) du piston annulaire (40) comportant des surfaces coniques (48, 46) coopérantes qui tendent repousser radialement vers l'extérieur les organes de verrouillage (41a, 41b), lorsque l'agent de pression agit sur le piston de guidage (7) et le piston annulaire (40) dans le sens de l'extension de la tige de vérin (9). 2. Vérin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les organes de verrouillage (41a, 41b) comportent, radialement vers l'extérieur, des surfaces coniques (47) qui coopèrent avec la section tronconique (25) du corps de cylindre (2) dans la position de verrouillage. 3. Vérin selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les organes de verrouillage sont constitués par deux demi-couronnes (41a, 41b). 4. Vérin selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la tige de vérin (9) est constituée de deux pièces cylindriques séparables (9a, 9b), reliées par vissage dont l'une (9b) comporte la protubérance annulaire (33) et la portion de tige de piston (34) sur laquelle est monté le piston annulaire (40) et dont l'autre (9a) coulisse dans la tête de cylindre (4). Vérin selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le corps de cylindre (2) est constitué de deux parties coaxiales (2a, 2b) dont l'une, externe (2a), comporte la tête de vérin (4), des moyens de fixation sur un bâti, les raccords (17, 18, 19) à une source fluide, et une paroi externe cylindrique (11) ayant un taraudage intérieur (12), et dont l'autre, interne (2b), comporte le fond (3) du corps de cylindre (2) et le corps de la chambre de cylindre, qui présente un filetage extérieur ( ) destiné â coopérer avec ledit taraudage intérieur (12) afin de permettre le réglage de la position d'extension prédéterminée par rapport au bâti, des conduits internes (20, 22, 23, 24) étant ménagés dans lesdites deux parties (2a, 2b) entre les raccords (17, 18, 19) et les extrémités de la chambre de cylindre.