Brevet FR2820618A1 — publié le 20020816

La présente invention est relative à un dispositif de freinage et d'amortissement, notamment pour bâton de marche d'un randonneur en montagne, qui permet en particulier de soulager de façon radicale l'effort encaissé par les muscles des bras de ce randonneur lorsque celui-ci, descendant un terrain en pente accentuée, s'appuie alternativement sur le sol en avant de lui et en dessous du niveau où se trouve ses pieds, par l'intermédiaire de deux bâtons, du genre bâtons de ski, qu'il tient dans l'une et l'autre de ses deux mains. L'usage de bâtons d'appui sur le sol par un randonneur en montagne, à la fois en montée mais plus encore en descente selon la pente du terrain, est d'une pratique courante, notamment pour soulager les muscles quadriceps de ses cuisses et reporter une partie des efforts de freinage encaissés par les jambes sur les bras, en particulier sur ses muscles arrières ou triceps. Il en résulte toutefois, pour une marche de longue durée et notamment lors de la descente d'une pente présentant une forte dénivellation, une fatigue de plus en plus intense de l'ensemble de ces muscles. L'invention a pour objet un dispositif de freinage et d'amortissement, propre à équiper un tel bâton de marche, qui vise à absorber et à dissiper une large partie de l'énergie qui correspond à l'effort encaissé par le randonneur, notamment du fait de la réaction du sol sur la pointe du bâton, de sorte que cette énergie soit transmise aux muscles de l'utilisateur avec une atténuation notable du travail exercé. A cet effet, le bâton considéré, comportant un corps allongé terminé à son extrémité inférieure par une tige munie en bout d'une pointe d'appui et d'ancrage au sol lors de l'impact de cette pointe sur celui-ci à chaque foulée du randonneur et à son autre extrémité, d'un moyen de préhension du genre d'une poignée convenablement profilée pour une prise ergonomique apte à assurer une poussée sur le bâton sensiblement dans l'axe de la tige, se caractérise en ce que ledit corps comporte au moins une partie creuse formant un cylindre étanche rempli d'un fluide et dans lequel se déplace un élément amortisseur constitué par un piston solidaire de la tige à l'opposé de sa pointe, ce piston partageant le cylindre en deux cavités séparées de volumes variables et complémentaires selon le déplacement du piston dans ce cylindre, la cavité supérieure, située au-delà du piston par rapport à la pointe de la tige, comportant un élément élastique subissant une variation de dimension provoquant une absorption partielle de l'énergie produite par l'effort dû à l'appui au sol de la pointe prévue en bout de la tige, déplaçant librement le piston vers le haut dans le cylindre en réduisant le volume de la cavité supérieure, la détente de cet élément élastique après cessation de l'effort exercé sur la pointe assurant le déplacement lent et progressif du piston en sens inverse vers le bas dans la cavité inférieure, en dissipant une partie de l'énergie emmagasinée préalablement dans l'élément élastique. Selon le cas, l'élément amortisseur peut être à simple ou double effet, dans un sens ou dans les deux sens de déplacement du piston dans le cylindre. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, l'élément élastique est constitué par un ressort de compression, dont une extrémité est solidarisée du fond du cylindre dans sa cavité supérieure et dont l'autre est reliée au piston, les deux cavités étant remplies d'un liquide incompressible, le piston comportant un clapet unidirectionnel pour le passage rapide de ce liquide de la cavité supérieure vers la cavité inférieure lorsque le piston se déplace vers le haut et diminue le volume de cette cavité supérieure sous l'effet de l'effort exercé sur la tige par réaction du sol, ce liquide étant ensuite restitué plus lentement à la cavité supérieure consécutivement à la détente du ressort, en passant à travers une fuite étroite et calibrée prévue dans le piston. De préférence, le ressort de compression est maintenu dans la cavité supérieure du cylindre, pour permettre sa compression selon la direction du déplacement du piston en évitant qu'il ne flambe latéralement. Dans une variante de ce mode de réalisation, l'élément élastique est constitué par une capsule formée de deux éléments télescopiques délimitant entre eux un volume variable, cette capsule remplie d'air réalisant un ressort à gaz, celui-ci étant comprimé par le déplacement du piston vers le haut et détendu en provoquant inversement le déplacement du piston vers le bas. Dans un autre mode de réalisation, l'élément élastique est un organe déformable travaillant en extension lors du déplacement du piston, cet organe étant monté entre le piston d'une part et un épaulement interne ménagé dans la cavité supérieure, la cavité inférieure comportant un clapet unidirectionnel d'entrée d'air lors du déplacement du piston vers le haut et une fuite étroite et calibrée d'échappement de l'air lors du retour du piston par suite du rappel de celui-ci dû à la détente de l'organe élastique. De préférence, la tige solidaire du piston se prolonge au-delà de celui-ci et comporte en bout une traverse sur laquelle est fixée l'extrémité de l'organe déformable, dont l'autre extrémité est reliée à l'épaulement interne. Le bâton selon l'invention met ainsi en oeuvre les trois principes constructifs suivants : En fonctionnement, ce bâton est susceptible de se raccourcir en longueur et présente à cet effet une structure télescopique, à au moins deux tubes coopérant l'un avec l'autre. Il utilise par ailleurs au moins un élément élastique, qui résiste au raccourcissement du bâton cet élément pouvant être constitué par un ressort travaillant en extension ou en compression, ou encore être formé d'un matériau souple et élastique, voire même utiliser un ensemble à gaz compressible et/ou à fluide liquide incompressible avec échappement convenablement régulé. Ce bâton comporte de plus un ou plusieurs éléments amortisseurs, qui ont pour objet d'absorber l'énergie produite. Cet élément fonctionne de préférence mais non nécessairement lorsque le bâton se détend pour reprendre sa longueur initiale après raccourcissement, en limitant la vitesse de cet allongement. L'élément amortisseur peut être à frottement mécanique ou à détente d'un fluide. Avec ces dispositions et quel que soit le mode de réalisation adopté, lorsque le randonneur appuie fortement le bâton au sol, celui-ci se raccourcit sous l'effort appliqué dans la direction de la tige du piston, en provoquant le déplacement de celui-ci vers le haut dans le cylindre du corps du bâton. Dans ces conditions, ce bâton absorbe l'énergie fournie qui correspond au produit de la force exercée par la longueur de ce déplacement, la majeure partie de cette énergie étant dissipée, notamment sous forme de chaleur, dans l'élément amortisseur formé par le piston et le fluide contenu dans le cylindre. Le reste de l'énergie est stockée dans l'élément élastique qui a pour but, lorsque l'effort se relâche, de restituer au bâton sa longueur initiale, la détente de cet élément étant toutefois freinée par l'élément amortisseur lui-même, afin de ne pas être brutale et dangereuse pour l'utilisateur. Lorsque l'élément amortisseur est à double effet, l'effort qu'il oppose est pour l'essentiel une fonction croissante de la vitesse avec laquelle se produit le raccourcissement de sa longueur. Lorsqu'il est à simple effet, l'effort opposé est en général une fonction croissante de ce raccourcissement. Selon une autre caractéristique du dispositif de freinage selon l'invention, le cylindre comporte une butée interne de limitation du déplacement du piston dans sa cavité supérieure, déterminant la longueur maximale de raccourcissement du bâton lors de l'appui au sol de sa pointe. En outre et selon également une autre caractéristique, la tige solidaire du piston pénètre et coulisse à travers un élément d'étanchéité prévu dans le fond qui ferme la cavité inférieure du cylindre. Selon le cas, cet élément d'étanchéité est constitué par un presse-étoupe, un joint à lèvre ou un dispositif similaire. D'autres caractéristiques d'un dispositif de freinage et d'amortissement établi conformément à l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La Figure 1 est une vue schématique, en élévation et en coupe axiale, d'un bâton amortisseur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - La Figure 2 est une vue, en coupe partielle, d'une variante du mode de réalisation de la Figure 1. - La Figure 3 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation. Sur ces figures, on a repris des chiffres de référence identiques pour désigner de l'une à l'autre les mêmes éléments constitutifs du bâton amortisseur considéré. Sur la Figure 1, la référence 1 désigne dans son ensemble le bâton considéré, comportant un corps 2, luimême muni à son extrémité inférieure d'une tige 3 terminée par une pointe 4 associée de préférence à une rondelle 5 d'un type bien connu dans les bâtons de ski traditionnels. A son extrémité supérieure, le corps 2 du bâton comporte une poignée 6, avantageusement agrémentée d'une dragonne 7 propre à entourer le poignet de l'utilisateur. De préférence, la poignée 6 présente un profil ergonomique qui peut être différent d'un mode de réalisation à l'autre et qui n'apparaît pas de manière précise sur les schémas des diverses figures, ce profil n'ayant pas d'incidence directe sur la mise en oeuvre de l'invention. Il convient seulement que la poignée 6 soit conformée pour permettre d'exercer de la meilleure manière possible un effort selon l'axe de la tige 3 lorsque la pointe 4 de celle-ci s'appuie sur le sol, en particulier lorsque le bâton considéré est utilisé par un randonneur en montagne, notamment pour faciliter sa marche en descente en venant enfoncer cette pointe devant lui, en coordination avec sa foulée, alternativement à droite et à gauche. Le corps 2 du bâton 1 comporte une partie creuse 8, de préférence à son extrémité inférieure qui délimite un cylindre étanche 9 formé dans le corps et dans lequel est susceptible de se déplacer un piston transversal 10. Dans l'exemple représenté, ce piston 10 est solidarisé de l'extrémité supérieure de la tige 3, laquelle traverse le fond Il qui ferme le cylindre 9 par l'intermédiaire d'un organe d'étanchéité 12, du genre presse-étoupe, joint à lèvre ou autre. Le piston 10 délimite à l'intérieur du cylindre 9 deux cavités, respectivement une cavité supérieure 13 et une cavité inférieure 14, séparées l'une de l'autre et dont les volumes sont complémentaires en fonction de la position relative du piston 10. Dans la cavité supérieure 13, est monté un élément élastique qui, dans l'exemple de réalisation représenté, est constitué par un ressort de compression 15 en spirale dont l'extrémité inférieure 16 est solidaire du piston 10 et dont l'extrémité supérieure opposée 17 est fixée contre le fond 18 qui ferme le cylindre 9 à l'opposé du fond 11. Lorsque l'utilisateur appuie la pointe 4 du bâton sur le sol et exerce un effort vertical vers le bas par l'intermédiaire de la poignée 6, le piston 10 se déplace dans le cylindre 9, en accroissant le volume de la cavité inférieure 14 et en diminuant simultanément le volume de la cavité supérieure 13, tout en comprimant dans celle-ci le ressort 15. Avantageusement, le ressort 15 est logé dans un conteneur 19 formé de deux éléments télescopiques, respectivement 20 et 21, évitant que, lors de sa compression, le ressort ne flambe latéralement et soit maintenu dans l'axe de la tige 3. Les deux cavités 13 et 14 du cylindre 9 sont, dans l'exemple de réalisation considéré, remplies d'un fluide incompressible, notamment constitué par de l'huile et forment avec le piston 10 un ensemble amortisseur. Afin de permettre le déplacement du piston, celui-ci comporte un orifice d'échappement 22 fermé par un clapet unidirectionnel 23, qui s'ouvre automatiquement dès que le piston 10 se déplace librement et rapidement vers le haut dans la cavité supérieure 13 sous l'effet de l'effort de réaction du sol lors de l'appui de la pointe 4, la tige 3 coulissant de bas en haut à l'intérieur du cylindre 9 en provoquant ainsi un raccourcissement de la longueur du bâton 1, avec compression du ressort 15. Aussi longtemps que l'effort exercé sur la tige se maintient, le déplacement du piston 10 se poursuit dans la cavité supérieure 13, au plus jusqu'à ce que le piston rencontre un épaulement interne 24, formant butée, prévu dans la paroi du cylindre 9. Dès que cesse l'effort exercé, le ressort 15 se détend, le piston 10 revenant en position initiale. Toutefois, ce déplacement du piston s'effectue cette fois de manière lente et progressive, en particulier pour éviter qu'une détente trop rapide ou brutale du ressort ne soit dangereuse pour l'utilisateur. Dans ce but, lorsque le piston 10 inverse son mouvement et se déplace cette fois vers le bas, le clapet 23 obture l'orifice 22 de passage de l'huile, le retour de celle-ci de la cavité inférieure 14 vers la cavité supérieure 13 s'effectuant alors à travers une fuite étroite et calibrée 25, également ménagée dans le piston 10 pour faire communiquer les deux cavités. Avec ces dispositions, lorsque le randonneur appuie fortement la pointe 4 de son bâton sur le sol, la réaction de celui-ci provoque le déplacement de la tige à l'intérieur du cylindre 9 et exerce une poussée vers le haut sur le piston 10, en provoquant un raccourcissement du bâton. Au cours de ce mouvement, le volume de la cavité supérieure 13 diminue, tandis que celui de la cavité 14 augmente dans la même proportion, grâce au passage de la quantité correspondante d'huile à travers l'orifice 22 et le clapet 23. Simultanément, le ressort 15 se comprime, le mouvement de l'huile et la compression du ressort absorbant une large partie de l'énergie reçue, qui correspond au produit de la longueur du raccourcissement par la valeur moyenne de l'effort exercé. Lorsque l'effort cesse, au plus lorsque le piston 10 rencontre l'épaulement de butée 24, le mouvement du piston s'inverse, le ressort 15 se détendant progressivement en même temps que l'huile qui revient dans la cavité supérieure 13 à travers la fuite calibrée 25, limite la vitesse de ce déplacement. Au cours de ces séquences, une partie de l'effort exercé sur la tige du bâton est dissipé sous forme de chaleur dans l'élément amortisseur, tandis que le piston est freiné dans son retour vers sa position initiale. Les bras du randonneur n'encaissent ainsi qu'une fraction réduite de l'énergie reçue, qui pour une partie significative est dissipée dans l'élément amortisseur. La Figure 2 illustre une variante du même mode de réalisation où le ressort de compression 15 est remplacé par une capsule étanche 26 formée de deux éléments télescopiques 27 et 28 qui s'emboîtent et coulissent l'un dans l'autre lors du déplacement du piston 10 dans le cylindre 9. Dans cette variante, le ressort mécanique est simplement remplacé par un ressort à gaz produisant les mêmes effets. En revanche, dans la variante illustrée sur la Figure 3, le cylindre 9 est rempli, non plus comme dans l'exemple précédent, d'un fluide incompressible, mais d'air, le fond inférieur Il de ce cylindre comportant un orifice de communication 29 avec l'atmosphère extérieure, normalement obturé par un clapet unidirectionnel 30. Le fond 11 comporte également une fuite étroite et calibrée 31. Dans cette variante, le piston 10 se déplace librement à l'intérieur du cylindre 9 en séparant à nouveau les cavités supérieure 13 et inférieure 14. La tige 3 dont ce piston 10 est solidaire, se prolonge au-delà de celui-ci par une extension 32 à l'extrémité de laquelle est prévu une traverse 33, sur laquelle est fixé un organe déformable 34, dans l'exemple représenté par un manchon élastique fixé à la périphérie de la traverse d'une part, et à l'opposé à un épaulement circulaire 35 prévu en saillie contre la paroi interne du corps creux 8 dans la cavité 9 au-dessus du piston 10. La course possible du piston est, comme dans l'exemple précédent, limitée par une butée 24, contre laquelle vient porter la traverse 33 en fin de course. Dans cette variante, lorsque la tige 3 est repoussée vers le haut du fait de la réaction du sol sur la pointe 4, le piston 10 se déplace vers le haut, l'air extérieur pouvant librement pénétrer dans le cylindre à travers l'orifice 29 et le clapet 30 alors ouvert. Ce déplacement du piston provoque l'extension du manchon élastique 34, au plus jusqu'à appui de la traverse 33 sur la butée 24, l'amortissement d'une fraction de l'énergie reçue étant assuré par la compression partielle de l'air dans le cylindre et la déformation du manchon. Lorsque la course de la tige s'arrête, le mouvement s'inverse, l'air comprimé dans le cylindre s'échappant vers l'extérieur par la fuite calibrée 31 qui freine ce déplacement et évite un retour brutal de la tige en position initiale, de façon analogue à ce qui a été décrit en relation avec le premier mode de réalisation. On réalise ainsi un dispositif de freinage et d'amortissement pour bâton de marche, de conception très simple et d'une grande efficacité à l'égard du problème posé, qui consiste à diminuer la fatigue des muscles de l'utilisateur tout en permettant de conserver les avantages d'un bâton d'appui traditionnel, notamment pour aider l'utilisateur lors de la descente d'une pente accentuée. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas aux exemples plus spécialement décrits et représentés elle en embrasse au contraire toutes les variantes, aussi bien en ce qui concerne la structure du piston lui-même et des moyens d'étanchéité qu'il comporte vis-à-vis du cylindre dans lequel il se déplace. De même, l'élément élastique pourrait être réalisé de façon différente, le manchon travaillant en extension de la seconde variante pouvant être substitué par des moyens élastiques individuels, du genre Sandows , répartis selon la périphérie de l'épaulement circulaire et de la traverse auxquels ces moyens élastiques sont respectivement réunis à leurs extrémités. De même, on peut prévoir de monter sur la tige coulissante un second élément amortisseur purement mécanique, par exemple une bague à serrage réglable fixée à l'extérieur du fond du cylindre dans lequel se déplace cette tige, cette bague assurant un freinage supplémentaire dont l'effet peut être ajusté en fonction des besoins. Enfin, le bâton selon l'invention peut comporter sur sa tige un moyen de blocage classique (non représenté dans les exemples décrits plus haut), qui immobilise la tige vis-à-vis du corps du bâton et permet à celui-ci d'être utilisé de façon conventionnelle, sans déplacement relatif de cette tige dans le cylindre. REVENDICATIONS 1-Dispositif de freinage et d'amortissement, notamment pour bâton de marche d'un randonneur, comportant un corps allongé (2) terminé à son extrémité inférieure par une tige (3) munie en bout d'une pointe (4) d'appui et d'ancrage au sol lors de l'impact de cette pointe sur celui-ci à chaque foulée du randonneur et à son autre extrémité, d'un moyen de préhension (6) du genre d'une poignée convenablement profilée pour une prise ergonomique apte à assurer une poussée sur le bâton sensiblement dans l'axe de la tige, caractérisé en ce que ledit corps comporte au moins une partie creuse (8) formant un cylindre étanche (9) rempli d'un fluide et dans lequel se déplace un élément amortisseur constitué par un piston (10) solidaire de la tige (3) à l'opposé de sa pointe (4), ce piston partageant le cylindre en deux cavités séparées (13,14) de volumes variables et complémentaires selon le déplacement du piston dans ce cylindre, la cavité supérieure (13), située au-delà du piston par rapport à la pointe de la tige, comportant un élément élastique (15, 26,34) subissant une variation de dimension provoquant une absorption partielle de l'énergie produite par l'effort dû à l'appui au sol de la pointe prévue en bout de la tige, déplaçant librement le piston vers le haut dans le cylindre en réduisant le volume de la cavité supérieure (13), la détente de cet élément élastique après cessation de l'effort exercé sur la pointe assurant le déplacement lent et progressif du piston en sens inverse vers le bas dans la cavité inférieure (14), en dissipant une partie de l'énergie emmagasinée préalablement dans l'élément élastique. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément amortisseur est à simple ou double effet, dans l'un ou les deux sens de déplacement du piston (10). 3-Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément élastique est constitué par un ressort de compression (15), dont une extrémité est solidarisée du fond (17) du cylindre (9) dans sa cavité supérieure (13) et dont l'autre est reliée au piston (10), les deux cavités étant remplies d'un liquide incompressible, le piston comportant un clapet unidirectionnel (23) pour le passage rapide de ce liquide de la cavité supérieure (13) vers la cavité inférieure (14) lorsque le piston se déplace vers le haut et diminue le volume de cette cavité supérieure (13) sous l'effet de l'effort exercé sur la tige (3) par réaction du sol, ce liquide étant ensuite restitué plus lentement à la cavité supérieure consécutivement à la détente du ressort, en passant à travers une fuite étroite et calibrée (25) prévue dans le piston (10). 4-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ressort de compression (15) est maintenu dans la cavité supérieure (13) du cylindre (9). 5-Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément élastique est constitué par une capsule (26) formée de deux éléments télescopiques (27, 28) délimitant entre eux un volume variable, cette capsule remplie d'air réalisant un ressort à gaz. 6-Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément élastique est un organe déformable (34) travaillant en extension lors du déplacement du piston (10), cet organe étant monté entre le piston d'une part et un épaulement interne (35) ménagé dans la cavité supérieure (13), la cavité inférieure (14) comportant un clapet unidirectionnel (30) d'entrée d'air lors du déplacement du piston vers le haut et une fuite étroite et calibrée (31) d'échappement de l'air lors du retour du piston par suite du rappel de celui-ci dû à la détente de l'organe élastique. 7-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tige (3) solidaire du piston (10) se prolonge au-delà de celui-ci et comporte en bout une traverse (33) sur laquelle est fixée l'extrémité de l'organe déformable (34), dont l'autre extrémité est reliée à l'épaulement interne (35). 8-Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe déformable (34) est constitué par un manchon élastique. 9-Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe déformable (34) est constitué par des moyens élastiques individuels du genre Sandows . 10-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le cylindre (9) comporte une butée interne (24) de limitation du déplacement du piston (10) dans la cavité supérieure (13). 11-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la tige (3) solidaire du piston (10) pénètre et coulisse à travers un élément d'étanchéité (12) prévu dans le fond (11) qui ferme la cavité inférieure (14) du cylindre (9). 12-Dispositif selon la revendication Il, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (12) est constitué par un presse-étoupe, un joint à lèvre ou un moyen similaire. 13-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un élément amortisseur additionnel purement mécanique, constitué d'une bague à serrage réglable dans laquelle se déplace la tige (3). 14-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte sur sa tige (3) un moyen de blocage classique, apte à immobiliser celle-ci vis-à-vis du corps du bâton pour une utilisation conventionnelle de ce dernier.