Brevet FR2832772A1 — publié le 20030530

La présente invention concerne un vérin actionné par un fluide sous pression avec amortissement des fins de course, en particulier un vérin pneumatique de faible longueur avec amortissement des fins de course, comprenant un corps cylindrique, dans lequel est logé un piston mobile dans le sens axial, au moins une des chambres sous pression formées par celui-ci étant équipée de moyens pour un amortissement des fins de course. De tels vérins sont disponibles sous la forme d'unités motrices linéaires, le plus souvent sous la forme de produits en série de conception standard. Les vérins inclus dans le cadre de la présente invention peuvent être actionnés aussi bien par voie hydraulique que par voie pneumatique. Les vérins actionnés par un fluide sous pression sont utilisés partout où il est nécessaire de déplacer linéairement des pièces de machines ou des pièces de dispositifs, telles que des machines textiles ou des installations d'emballage. Les vérins actionnés par un fluide sous pression, du type concerné ici, sont munis d'un piston, qui constitue la partie essentielle et qui, sous l'effet d'une sollicitation exercée par un fluide sous pression, peut se déplacer dans le sens longitudinal à l'intérieur du corps cylindrique fermé, afin de générer ainsi une force. Le corps cylindrique est muni au moins d'un couvercle permettant de mettre en place le piston, agencé à l'intérieur. Dans la plupart des cas, les vérins sont cependant fermés par deux couvercles séparés agencés à chaque extrémité du corps cylindrique. Dans des cas d'application particuliers, un amortissement des fins de course est souhaité dans un vérin, afin d'empêcher un impact brutal du piston contre le couvercle du vérin. Avec un amortissement des fins de course, avant que le piston n'atteigne une position de fin de course, sa vitesse est ralentie par des organes correspondants qui, en principe, forment le plus souvent une zone d'étranglement supplémentaire, à travers laquelle doit passer le fluide sous pression à pousser hors du vérin, de manière à obtenir le ralentissement souhaité. Un vérin actionné par un fluide sous pression avec amortissement des fins de course, conforme au genre de l'invention, ressort du document DE 41 34 063 A 1. Le vérin est formé par un corps cylindrique, dans lequel est logé un piston pouvant effectuer un mouvement de va et vient dans le sens axial. Dans les positions de fin de course, le piston vient heurter au moins un couvercle du vérin. Pour réduire l'impact de fin de course du piston, il est prévu une lèvre annulaire d'un corps en forme de manchette, qui est disposée soit contre le piston, soit contre le couvercle de vérin orienté vers celle-ci, de telle sorte que celle-ci délimite une chambre d'amortissement intérieure, qui est ouverte au niveau du côté de l'impact. Lorsque le piston s'approche d'une fin de course, la chambre d'amortissement est alors fermée par une partie de la surface du couvercle de vérin et son volume est réduit. En l'occurrence, le fluide sous pression contenu dans la chambre d'amortissement s'échappe par un orifice d'évacuation hors de la chambre d'amortissement, de telle sorte que le mouvement du piston est ralenti. Cette solution connue antérieurement présente cependant l'inconvénient que pour réaliser l'amortissement des fins de course, la chambre d'amortissement, entourée par le corps en forme de manchette, doit être exposée à une pression intérieure relativement élevée, de telle sorte que la fiabilité de la zone d'étanchéité, entre la lèvre d'étanchéité disposée sur l'extrémité distale du corps en forme de manchette et le couvercle de vérin correspondant, doit satisfaire à des exigences sévères. D'une part, il faut que la manchette résiste à la forte pression interne et, d'autre part, il faut que la lèvre d'étanchéité protège de manière étanche la manchette contre la forte pression interne. Il faut donc utiliser ici un matériau très résistant. D'après le document DE 20 16 980 A 1, on connaît un autre vérin actionné par un fluide sous pression avec amortissement des fins de course, dans lequel, par rapport à la solution évoquée ci-dessus, la valeur d'amortissement souhaitée dépend exclusivement de l'agencement d'une zone d'étranglement correspondante. L'amortissement des fins de course du piston est obtenu uniquement par le fait qu'il est prévu de réaliser dans la zone du couvercle du vérin un orifice d'admission principal et un orifice d'admission secondaire pour le fluide sous pression, agencés l'un derrière l'autre dans le sens axial dans la paroi du vérin, parmi lesquels l'orifice d'admission principal est déjà fermé par le piston situé dans la zone proche de la position de fin de course, alors que l'orifice d'admission secondaire ouvert permet de déterminer la valeur de l'amortissement au moyen d'un étranglement réglable. Ces moyens d'amortissement des fins de course sont disposés au niveau de chaque extrémité dans un boîtier fixé latéralement contre le corps du vérin. Un inconvénient de cette solution réside cependant dans le fait que les moyens d'amortissement des fins de course sont mis en place à l'extérieur du corps du vérin, moyennant quoi les dimensions extérieures du vérin sont augmentées. La présence des boîtiers supplémentaires donne au vérin une forme fissurée. Certes, il est aussi concevable d'intégrer ces moyens d'amortissement des fins de course directement dans le couvercle du vérin qui, dans ce cas, devra être plus large ; pourtant, de ce fait, la longueur du vérin est augmentée de manière défavorable. Ces moyens d'amortissement des fins de course agrandissant dans le sens axial le corps du vérin ou le couvercle du vérin conviennent peu, notamment pour des vérins de faible longueur. L'objectif de la présente invention est donc de concevoir un vérin actionné par un fluide sous pression avec amortissement des fins de course, dont les moyens d'amortissement des fins de course peuvent être utilisés dans un vérin de faible longueur, la valeur de l'amortissement à obtenir de ce fait dépendant sensiblement de l'agencement d'une zone d'étranglement. Cet objectif est résolu à partir d'un vérin actionné par un fluide sous pression avec amortissement des fins de course selon le préambule de la revendication 1 en liaison avec les caractéristiques de la partie caractérisante de celle-ci. Les revendications dépendantes consécutives exposent des modes de réalisation améliorés avantageux de l'invention. L'invention se fonde sur l'enseignement technique que les moyens d'amortissement des fins de course sont formés par un élément d'étanchéité posé au niveau du piston à une distance axiale de celui-ci et mobile dans le sens axial par rapport à celui-ci, lequel élément d'étanchéité, lorsque le piston effectue un mouvement vers une position de fin de course et dès qu'il a parcouru une distance d'amortissement X définie par la distance axiale entre l'élément d'étanchéité et le piston, ferme un orifice pour fluide sous pression correspondant agencé dans le couvercle de vérin correspondant, de telle sorte que le reste de fluide sous pression à évacuer hors de la chambre sous pression ne peut s'échapper que par une section de passage réduite mise à disposition par un deuxième orifice de dérivation. L'avantage de la solution selon l'invention réside en particulier dans le fait que la valeur d'amortissement est uniquement influencée par la section de l'orifice pour fluide sous pression, ainsi que par celle de l'orifice de dérivation, dans le sens de l'agencement d'une zone d'étranglement. Pour que l'élément d'étanchéité mobile dans le sens axial ferme l'orifice pour fluide sous pression, l'application d'une force axiale relativement faible est suffisante, étant donné que la pression interne applique la force d'étanchéité sur l'élément d'étanchéité. Étant donné que les moyens selon l'invention destinés à l'amortissement des fins de course sont disposés sensiblement au niveau du piston à l'intérieur du corps du vérin, l'invention peut être utilisée en particulier pour les vérins pneumatiques ou hydrauliques de faible longueur. L'élément d'étanchéité mobile dans le sens axial peut être posé au niveau du piston, à une distance axiale donnée de celui-ci, selon deux modes de réalisation préférés. D'une part, il est possible de poser l'élément d'étanchéité au niveau du piston par l'intermédiaire d'une sorte de ressort de pression qui ne possède qu'une faible constante de ressort, le ressort de pression, d'une part, étant fixé au niveau du piston et, d'autre part, portant l'élément d'étanchéité. Selon une variante, il est aussi possible de poser l'élément d'étanchéité mobile dans le sens axial au niveau du piston à une distance axiale donnée de celui-ci par l'intermédiaire d'un prolongement en forme de soufflet qui, d'une part, est fixé contre le piston et, d'autre part, porte l'élément d'étanchéité. De préférence, dans ce cas, l'élément d'étanchéité peut être réalisé d'une seule pièce avec le prolongement à soufflet, qui est donc réalisé dans le même matériau élastomère. Par ailleurs, il est aussi concevable de réaliser le prolongement à soufflet d'une seule pièce avec une bague d'étanchéité disposée au niveau du piston et destinée à étanchéifier le piston par rapport à la paroi intérieure du corps de vérin. Cette conception d'une seule pièce ainsi obtenue permet de réaliser, dans le sens d'une intégration fonctionnelle, l'étanchéité dynamique du piston, de même que la distance axiale de l'élément d'étanchéité d'amortissement des fins de course, ce qui contribue dans l'ensemble à une diminution des dépenses de montage. De préférence, l'élément d'étanchéité pour l'amortissement des fins de course est annulaire et disposé coaxialement au piston. L'orifice pour fluide sous pression, réalisé dans le couvercle de vérin et correspondant à l'élément d'étanchéité annulaire, peut être formé, par exemple, par une rangée de forures disposées en formant un cercle. Selon une variante, il est aussi possible de prévoir un orifice pour fluide sous pression en forme de fente annulaire débouchante correspondant à l'élément d'étanchéité annulaire. Une telle fente annulaire peut être réalisée simplement si le couvercle du vérin est conçu sous une forme de pièce moulée par injection. Le mode de réalisation mentionné en premier lieu, dans lequel l'orifice pour fluide sous pression est formé par une rangée circulaire de forures, peut être réalisé par un usinage par enlèvement de copeaux approprié. Il est aussi possible de ne prévoir qu'une seule forure formant l'orifice pour fluide sous pression. Selon une autre mesure améliorant l'invention, il est possible pour régler le niveau d'amortissement de l'orifice de dérivation, de prévoir une vis d'étranglement, laquelle permet de faire varier manuellement de l'extérieur la section de passage de l'orifice de dérivation. Les moyens d'amortissement des fins de course ci-dessus décrits peuvent être utilisés sur des vérins à double effet, de même que des vérins à simple effet. De plus, la au moins une chambre de pression générant la force peut être sollicitée pour générer la force par un fluide sous pression acheminé par l'intermédiaire d'un raccordement extérieur ; mais il est aussi possible de mettre en place à cet effet un élément de ressort destiné à générer la force. Par ailleurs, l'amortissement des fins de course selon l'invention convient pour des vérins classiques avec une tige de piston solidaire du piston, de même que pour des vérins sans tige de piston, dans lesquels le piston coopère avec des moyens de transmission de force appropriés munis d'un chariot mobile dans le sens longitudinal, disposé à l'extérieur contre le corps du vérin. D'autres mesures améliorant l'invention sont expliquées ci-après dans la description d'un exemple de réalisation préféré de l'invention, à l'appui des figures qui représentent : figure 1 : une coupe longitudinale d'un vérin muni de moyens d'amortissement des fins de course dans un premier mode de réalisation ; et figure 2 : une coupe longitudinale d'un vérin muni de moyens d'amortissement des fins de course dans un deuxième mode de réalisation. Le vérin pneumatique de faible longueur avec amortissement des fins de course selon la figure 1 est formé sensiblement par un corps cylindrique 1, dans lequel est logé un piston 2 mobile dans le sens axial. Le piston 2 est muni de deux éléments d'étanchéité annulaires 3a et 3b, qui viennent en appui étanche contre la paroi intérieure du corps de vérin 1. Le piston 2 partage l'espace intérieur du corps de vérin en deux chambres sous pression 4a et 4b. Les chambres sous pression sont délimitées en outre par des couvercles de vérin 5a et 5b fixés de manière étanche contre chaque extrémité du corps de vérin 1. Une tige de piston 6 s'étend à partir du piston 2. La tige de piston 6 passe de manière étanche à travers le couvercle de vérin 5a. Pour que le couvercle du vérin 5a soit rendu étanche par rapport à la tige de piston 6, il est prévu un élément d'étanchéité 7 dans le couvercle du vérin 5a. En outre, à une distance axiale donnée de l'élément d'étanchéité 7, le couvercle du vérin 5a comporte une douille de guidage 8 qui permet un guidage radial exact de la tige de piston 6. Pour que le vérin pneumatique à double effet, représenté ici, soit sollicité par un fluide sous pression, il est prévu deux raccords pour fluide sous pression 9a et 9b. Le raccord pour fluide sous pression 9a communique avec la chambre sous pression 4a, alors que le raccord pour fluide sous pression 9b est destiné à solliciter la chambre sous pression 4b. Pour l'amortissement des fins de course du piston des deux côtés, il est prévu des éléments d'étanchéité 10a et 10b disposés chacun à une distance axiale donnée du piston 2. Pour poser les éléments d'étanchéité 10a et 10b au niveau du piston à une distance axiale donnée de celui-ci, il est prévu respectivement une sorte de ressort de pression 1 a ou 11 b qui, en corrélation avec la présente invention, remplit la fonction principale, à savoir maintenir les éléments d'étanchéité 10a et 10b à une distance axiale du piston 2 et de manière légèrement mobile. En ce sens, le ressort de pression 11 a et 11 b ne possède qu'une faible constante de ressort. Les éléments d'étanchéité 10a et 10b annulaires agencés ainsi coaxialement au piston 2 correspondent, pour l'exécution de l'amortissement des fins de course, avec des orifices pour fluide sous pression 12a et 12b associés, qui sont conçus ici sous forme de fentes annulaires adaptées à la forme de l'élément d'étanchéité 10a et 10b agissant comme un élément d'obturation. Lorsque le piston 2 effectue un mouvement vers une position de fin de course et dès qu'il a parcouru une distance d'amortissement X définie par la distance entre l'élément d'étanchéité 10a ou 1 Ob et le piston 2, l'orifice pour fluide sous pression 12a ou 12b, réalisé dans le couvercle du vérin 5a ou 5b correspondant, se ferme. L'orifice pour fluide sous pression 12a ou 12b communique respectivement avec le raccord pour fluide sous pression 9a ou 9b. Par ailleurs, un deuxième orifice de dérivation 13a et 13b communique respectivement avec le raccord pour fluide sous pression 9a ou 9b. L'orifice de dérivation 13a et 13b se situe en dehors du rayon d'action de l'élément d'étanchéité 10a ou 10b. Cet agencement fait en sorte que, en cas de fermeture de l'orifice pour fluide sous pression 12a ou 12b pour l'amortissement des fins de course, le fluide sous pression restant à évacuer de la chambre sous pression 4a ou 4b ne peut s'échapper que par l'orifice de dérivation 13a ou 13b correspondant. En principe, pour l'amortissement des fins de course, dès que la distance d'amortissement X est atteinte, la section de passage du fluide sous pression qui s'échappe est diminuée de manière correspondante. Pour un réglage manuel du niveau d'amortissement, il est prévu en outre une vis d'étranglement 14a et 14b, qui coopère respectivement avec l'orifice de dérivation 13a ou 13b. Conformément au mode de réalisation selon la figure 2, à la différence du mode de réalisation ci-dessus décrit, l'élément d'étanchéité 10a et 10b annulaire de l'amortissement des fins de course est disposé au niveau du piston 2 à une distance axiale de celui-ci et de manière mobile au moyen d'un prolongement 15a et 15b formé par un soufflet. Ce prolongement 15a et 15b en forme de soufflet est également prévu, globalement, uniquement pour maintenir l'élément d'étanchéité 10a et 10b. Afin que les mêmes conditions de pression règnent de part et d'autre de la paroi du prolongement 15a et 15b en forme de soufflet, celui-ci comporte des passages 16. Les passages 16 ne remplissent pas la fonction d'étranglement, mais sont uniquement destinés à équilibrer la pression. Le prolongement 15a et 15b en forme de soufflet est exécuté d'une seule pièce avec l'élément d'étanchéité 3a et 3b dynamique du piston 2 et, de ce fait, est réalisé dans le même matériau élastomère. Par ailleurs, le prolongement 15a et 15b en forme de soufflet est aussi exécuté d'une seule pièce avec l'élément d'étanchéité 10a et 10b correspondant des moyens d'amortissement des fins de course. Pour le reste, la structure et le fonctionnement de ce vérin correspondent au vérin du mode de réalisation précédent et ne seront donc pas expliqués de nouveau en détail. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation ci-dessus décrits. Il est aussi possible de concevoir des modes de réalisation modifiés qui font usage de l'enseignement technique des revendications. Ainsi, l'invention ne se limite pas exclusivement à l'utilisation de vérins pneumatiques ou hydrauliques à double effet. Les moyens d'amortissement de fin de course peuvent aussi être montés dans des vérins pneumatiques ou hydrauliques à simple effet. Par ailleurs, les moyens d'amortissement de fin de course selon l'invention peuvent également être utilisés avec des vérins sans tige de piston. LISTE DES REPERES 1 corps de vérin 2 piston 3 élément d'étanchéité 4 chambre sous pression 5 couvercle de vérin 6 tige de piston 7 élément d'étanchéité 8 douille de guidage 9 raccord pour fluide sous pression 10 élément d'étanchéité 11 ressort de pression 12 orifice pour fluide sous pression 13 orifice de dérivation 14 vis d'étranglement 1 5 prolongement en forme de soufflet 16 passage REVENDICATIONS 1. Vérin actionné par un fluide sous pression avec amortissement des fins de course, en particulier un vérin pneumatique de faible longueur avec amortissement des fins de course, comprenant un corps cylindrique (1), dans lequel est logé un piston (2) mobile dans le sens axial, au moins une des chambres sous pression (4a ou 4b) formées par celui-ci étant équipée de moyens pour un amortissement des fins de course, caractérisé en ce que les moyens d'amortissement des fins de course sont formés par un élément d'étanchéité (10a ou 10b) posé au niveau du piston (2) à une distance axiale de celui-ci et mobile dans le sens axial par rapport à celui-ci, lequel élément d'étanchéité, lorsque le piston (2) effectue un mouvement vers une position de fin de course et dès qu'il a parcouru une distance d'amortissement X définie par la distance axiale entre l'élément d'étanchéité (10a ou 10b) et le piston (2), ferme un orifice pour fluide sous pression (12a ou 12b) correspondant agencé dans le couvercle de vérin (5a ou 5b) correspondant, de telle sorte que le reste de fluide sous pression à évacuer hors de la chambre sous pression (4a ou 4b) ne peut s'échapper que par une section de passage réduite mise à disposition par un deuxième orifice de dérivation (13a ou 13b). 2. Vérin avec amortissement des fins de course selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (10a ou 10b) est posé au niveau du piston (2) par l'intermédiaire d'une sorte de ressort de pression (11 a ou 11 b) avec une faible constante de ressort, qui, d'une part, est fixé au niveau du piston (2) et, d'autre part, porte l'élément d'étanchéité (10a ou 10b). 3. Vérin avec amortissement des fins de course selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (1 Oa ou 1 Ob) est posé au niveau du piston (2) par l'intermédiaire d'un prolongement en forme de soufflet (15a ou 15b), qui, d'une part, est fixé au niveau du piston (2) et, d'autre part, porte l'élément d'étanchéité (1 Oa ou 1 Ob). 4. Vérin avec amortissement des fins de course selon la revendication 3, caractérisé en ce que le prolongement en forme de soufflet (15a ou 15b) est exécuté d'une seule pièce avec l'élément d'étanchéité (10a ou 10b) et est réalisé dans le même matériau élastomère. 5. Vérin avec amortissement des fins de course selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le prolongement en forme de soufflet (15a ou 15b) est exécuté d'une seule pièce avec l'élément d'étanchéité (3a ou 3b) disposé contre le piston (2) pour que le piston (2) soit rendu étanche par rapport à la paroi intérieure du corps de vérin (1). 6. Vérin avec amortissement des fins de course selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité (10a, 10b) pour l'amortissement des fins de course est conçu avec une forme annulaire etestdisposé coaxialementau pisbn (2). 7. Vérin avec amortissement des fins de course selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'orifice pour fluide sous pression (12a ou 12b) correspondant avec l'élément d'étanchéité (10a, 10b) annulaire est formé par une rangée de forures disposées en forme de cercle ou par une fente annulaire débouchante. 8. Vérin avec amortissement des fins de course selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une vis d'étranglement (14a, 14b) est prévue pour le réglage du niveau d'amortissement de l'orifice de dérivation (13a ou 13b). 9. Vérin avec amortissement des fins de course selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une tige de piston (6) coaxiale s'étend à partir d'au moins un côté du piston (2), laquelle traverse de manière étanche le couvercle de vérin (5a) associé ou en ce que le piston coopère avec des moyens pour former un vérin pneumatique sans tige de piston. 10. Vérin avec amortissement des fins de course selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre sous pression (4a ou 4b) générant la force peut être sollicitée pour générer la force par un fluide sous pression acheminé par l'intermédiaire d'un raccord pour fluide sous pression (9a ou 9b) extérieur ou contient un élément de ressort destiné à générer la force.