Brevet FR2841318A1 — publié le 20031226

L'invention concerne un récipient sous pression comprenant un corps enveloppe de forme variable qui est précontraint par une masse gazeuse emprisonnée, le corps enveloppe présentant une configuration en forme de coussin et étant refermé de façon étanche aux gaz sur un bord périphérique. On connaît du document DE 100 01 104 Al un récipient sous pression du type générique qui, dans la forme allongée, est constitué par un certain nombre de coussins reliés entre eux par des transitions. Au bord, deux parois sont soudées à la périphérie l'une avec l'autre et elles forment ainsi l'enveloppe de l'ensemble du coussin. En partant du bord, les coussins sont bombés, ce pourquoi il se produit forcément des plis dans la zone de bord au niveau desquels des contraintes très élevées apparaissent dans le matériau qui mènent jusqu'à la destruction, ce pourquoi le contenu peut dans certaines circonstances s'échapper hors du récipient sous pression. Une possibilité d'interdire les plis est que les coussins ne présentent qu'une hauteur de bombement limitée, qu'ils ne doivent finalement pas être si "épais". L'allongement dans l'espace du récipient sous pression est imposé par la définition du volume requis du récipient sous pression. Au fur et à mesure que l'on réduit la hauteur de bombement, on doit augmenter l'allongement en surface du récipient sous pression, ce pourquoi, dans certaines circonstances, on ne peut plus respecter les dimensions de montage. Par contre, on pourrait également simplement imaginer de prévoir des épaisseurs de paroi plus importantes pour le récipient sous pression. Cependant, on détériorerait ainsi la flexibilité des parois et ainsi de l'ensemble du récipient sous pression, mis à part les dépenses liées à la matière. L'objectif sous-jacent à la présente invention est de développer un récipient sous pression du type générique de manière à réduire la formation de plis du côté bord tout en exploitant un volume maximal possible. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint du fait que le bord présente un rayon de liaison dans la zone de liaison entre deux arêtes latérales du corps enveloppe. Les rayons de liaison empêchent une forte formation de plis. Il se produit des bosses dans la zone de bord, qui ne sont cependant pas critiques à l'égard des contraintes qui apparaissent dans la paroi. Les rayons de liaison suivent un principe défini, le corps enveloppe présentant une surface de base quadrangulaire du fait que le rayon de liaison s'étend jusqu'à la mi-longueur de l'arête latérale pour une surface de base carrée et jusqu'à la mi-longueur de l'arête latérale plus courte pour une surface de base rectangulaire. Selon un autre développement avantageux, on prévoit que pour une surface de base rectangulaire du corps enveloppe, la zone de liaison présente une configuration elliptique, dont le rayon de liaison est réalisé tendanciellement plus petit en direction du côté plus court. Le but de cette mesure est de pourvoir réaliser un volume le plus grand possible pour le récipient sous pression. Dans un récipient sous pression qui est constitué par plusieurs tronçons en forme de coussin, ceux-ci comprennent un bord d'étanchement périphérique commun, le bord d'étanchement étant pourvu de deux rayons de liaison réalisés à symétrie par rapport à une transition entre les tronçons Selon un autre développement avantageux, les rayons de liaison réalisés à symétrie par rapport à la transition délimitent une zone intermédiaire du corps enveloppe, laquelle s'étend radialement vers l'intérieur et présente au moins une dépouille. La dépouille est destinée à augmenter la flexibilité entre les tronçons du récipient sous pression. Le bord d'étanchement doit être refermé par un dispositif de soudage. Pour pouvoir utiliser un profil d'outil de soudage le plus simple possible, on prévoit que la zone intermédiaire soit emprisonnée par le bord périphérique étanche et par les rayons de liaison du bord périphérique. Il suffit d'utiliser un seul outil pour le bord périphérique et un seul outil pour les rayons de liaison. L'invention sera expliquée plus en détail en se rapportant à la description qui suit des figures. Celles-ci montrent : figure 1, un exemple d'application de la masse gazeuse emprisonnée dans un amortisseur d'oscillations ; figure 2, une coupe à travers l'amortisseur d'oscillations et la masse gazeuse emprisonnée ; figures 3a, 3b, une coupe à travers la paroi du corps enveloppe ; figure 4, une vue sur la masse gazeuse emprisonnée ; figure 5, un développement du corps enveloppe ; et figure 6, une illustration en détail du corps enveloppe. La figure 1 montre un amortisseur d'oscillations 1 connu en soi du type structurel à deux tubes, dans lequel une tige de piston 3 avec un piston 5 est guidée axialement mobile dans un tube sous pression 7. Le piston 5 sépare le tube sous pression en une chambre de travail supérieure 9 et en une chambre de travail inférieure 11, les deux chambres de travail étant reliées via des valves d'amortissement 13 dans le piston. Le tube sous pression 7 est enveloppé par un tube formant récipient 15, la cloison intérieure du tube-récipient et la cloison extérieure du tube sous pression formant une chambre de compensation 17 qui est complètement remplie avec le fluide amortisseur et avec un récipient sous pression 19 pour une masse gazeuse emprisonnée, jusqu'à un guidage de tige de piston 21. À l'extrémité inférieure de la chambre de travail 11 est agencé un fond qui comprend le cas échéant un clapet anti-retour 23 et une valve d'amortissement 25. Lors d'un mouvement de la tige de piston, le volume refoulé par la tige de piston est compensé par une modification volumétrique du récipient sous pression ou de la masse gazeuse emprisonnée. La figure 2 montre une coupe à travers l'amortisseur d'oscillations 1 au niveau de la masse gazeuse emprisonnée 19. La masse gazeuse est emprisonnée dans un corps enveloppe 27 avec une paroi 29 qui est remplie d'un gaz, en particulier de l'azote. En variante, on peut utiliser du CO2 ou également un gaz liquide lors d'un montage d'autant plus rapide. La paroi 29 possède une cloison intérieure 29i et une cloison extérieure 29a qui forment à leur tour un début et une fin. Dans cet exemple d'application, la masse gazeuse emprisonnée est posée en forme d'arc de cercle dans la chambre de compensation 17. Dans l'illustration en coupe, on voit des tronçons 41 de la masse gazeuse emprisonnée orientés sous un angle les uns par rapport aux autres et agencés en série. Les tronçons 41 sont formés par des transitions estampées 43 entre la cloison intérieure 29i et la cloison extérieure 29a, qui s'étendent parallèlement à l'axe de l'amortisseur d'oscillations. Un raccord de remplissage 31 fait partie de la masse gazeuse emprisonnée, qui est accessible via une ouverture de remplissage 33 dans le tube-récipient. Lors du montage de l'amortisseur d'oscillations, on pose le corps enveloppe non rempli dans le tube-récipient 15, le raccord de remplissage 31 étant "boutonné" dans l'ouverture de remplissage. Ensuite, on introduit le tube sous pression 7. On remplit alors d'ensemble de l'amortisseur d'oscillations avec de l'huile, le volume du remplissage d'huile se définissant en fonction de la pression de fonctionnement ultérieure déterminée par la masse gazeuse emprisonnée à l'arrêt de la tige de piston. Lorsque l'amortisseur d'oscillations est fermé, on peut introduire la masse gazeuse emprisonnée via une unité de remplissage non illustrée, par exemple via une aiguille d'injection. Lorsque l'on enlève l'aiguille d'injection, l'ouverture de piquée se referme automatiquement. Après le remplissage, l'ouverture de remplissage peut être refermée par une bille enfoncée 35. En variante, le récipient sous pression peut également être rempli à l'extérieur de l'amortisseur d'oscillations, de sorte qu'une liaison entre le récipient sous pression et l'amortisseur d'oscillations pour le raccord de remplissage 31 n'est pas nécessaire. La figure 3a illustre une coupe à travers la paroi 29, la cloison intérieure 29i et la cloison extérieure 29a pouvant être constituées du même matériau ou présenter la même structure. Le noyau de la paroi est un film métallique, en particulier un film en aluminium 29A1 d'une épaisseur seulement de quelques m. L'aluminium laminé convient en particulier. Le film en aluminium remplit la fonction d'étanchéité pour le gaz emprisonné. Vers l'extérieur, le film en aluminium est revêtu par un film protecteur 29S. Ce film protecteur favorise la solidité, augmente la résistance à la déchirure et empêche une trop forte formation de plis. Cette couche présente une épaisseur de l'ordre du film en aluminium et elle est constituée par exemple en PET ou en polyamide. Vers l'intérieur, la paroi dispose d'un revêtement soudable 29V. Le revêtement soudable peut également être constitué de plusieurs couches, par exemple de deux couches, et présenter une épaisseur de quatre à cinq fois celle du film en aluminium. Pour un revêtement 29V en plusieurs couches, les couches individuelles sont étirées et déposées en croix. Grâce à ceci, on obtient une haute résistance et une haute stabilité en forme, et on compense en particulier des contraintes intérieures. Comme matériau, le PP et le PA ont fait leur preuve. L'épaisseur de couche est d'environ 50 à 100 m. Lorsque l'on utilise du PA pour la couche de protection et pour la couche de soudage, on peut procéder à un soudage par scellement pour le corps enveloppe. Lors d'un soudage par scellement, on pose la couche de protection en chevauchement sur la couche de soudage et on les soude par apport de chaleur. La figure 3b montre la structure de la paroi du corps enveloppe, laquelle présente en supplément une couche porteuse 29T. Cette couche porteuse assure la résistance dans toutes les directions de charge du corps enveloppe 27. Lorsque l'on utilise la couche porteuse, on peut réduire le film métallique 29 Al au minimum absolu. Grâce à ceci, le corps enveloppe devient plus flexible et on lui confère des propriétés présentant l'élasticité du caoutchouc. De plus, la couche porteuse représente une protection du film métallique lors de l'opération de soudage. Aucun fluide de service du récipient sous pression ne doit venir en contact avec le film métallique. En fonction du fluide de service, le film métallique peut être attaqué par voie chimique. On cherchera à agencer le film métallique 29 Al dans la fibre neutre de la paroi du corps enveloppe, afin d'optimiser la sollicitation en flexion. On peut agencer entre les couches mentionnées une couche collante 29K, par exemple en PU, qui assure une cohésion sûre des couches. On peut poser la couche collante comme une colle habituelle ou également sous forme de film collant. En variante, on peut également calandrer les couches individuelles. La figure 4 montre une coupe longitudinale à travers un tronçon 41 du corps enveloppe 27. Dans cette vue, on voit clairement un profil d'allongement 45. Ce profil d'allongement favorise une forme de coussin des tronçons entre les transitions estampées 43. Au niveau des transitions, la paroi peut se mettre en plis et s'allonger au maximum au niveau de l'équateur 47 du coussin. À titre d'exemple, on a illustré un profil d'allongement en forme sinusoïdale. Bien entendu, on peut également imaginer une autre formation de plis. Le profil sinusoïdal présente par exemple une distance de 3 mm d'une onde supérieure à l'onde supérieure suivante et une amplitude comprise entre 0,2 et 0,3 mm. La figure 5 illustre un corps enveloppe 27 développé. Des cordons de soudure 37 sont réalisés au bord, qui font que la cloison intérieure 29i et la cloison extérieure 29a deviennent un corps fermé. Pour les cordons de soudure 37, il faut le revêtement soudable 29V, voir la figure 3. La figure 5 montre trois modes de réalisation possibles du profil d'allongement 45. Dans la variante de gauche, le profil d'allongement 45 se limite à une bande dans la zone de la transition estampée 43, car c'est ici qu'apparaissent les pointes de contraintes les plus élevées que l'on doit minimiser. On peut également prévoir le profil d'allongement parallèlement aux cordons de soudure 37, car dans cette zone on doit s'attendre à une formation de plis plus importante. Le profil d'allongement médian 45 est réalisé horizontalement. Un profil d'allongement horizontal est particulièrement simple à réaliser. La variante de droite montre un profil d'allongement 45 qui est constitué par deux profils d'allongement individuels 45a ; qui se croisent, ce qui définit des segments de paroi 49 en forme de losange. Lorsque les profils d'allongement individuels s'étendent en alternance sous un angle de 45 , comme illustré, les intersections du profil d'allongement sont parallèles aux axes principaux du corps enveloppe 27. Ainsi, on améliore encore une fois durablement le comportement d'allongement du corps enveloppe, car lors de l'attaque d'une force aux intersections, il s'établit un allongement plus important par comparaison avec une réalisation horizontale ou verticale du profil d'allongement 45. Comme déjà décrit ci-dessus, les cloisons 29a ; du corps enveloppe 27 sont maintenues assemblées de façon étanche à la pression par des cordons de soudure périphériques 37. Lors d'une réalisation dans l'espace en forme de coussin du corps enveloppe 27, il se produit forcément des plis d'un rayon de pliure comparativement petit qui mènerait à un endommagement en particulier du film métallique 29 Al à l'intérieur des parois. Les plis s'établissent selon la loi suivante : Pour un coussin d'une surface de base carrée, les premiers plis se forment dans la zone de la médiane. Lorsque le coussin présente une surface de base rectangulaire, les premiers plis s'établissent sur le long côté approximativement à une distance de 1/2 du côté court par rapport au bord de la surface de base. Dans un coussin individuel, dans la zone de liaison des deux arêtes latérales du corps enveloppe, il s'établit un rayon de liaison 51 qui s'étend approximativement jusqu'à la distance 1/2 à partir du bord. Il n'est absolument pas nécessaire que le rayon de liaison 51 soit constant, mais il peut également avoir un tracé avec un contour elliptique. Des premiers essais ont montré que le rayon de liaison varie selon le rapport des longueurs latérales d'un tronçon ou d'un coussin. Par exemple, pour une longueur d'arête du coussin dans un rapport de 1 : du côté court par rapport au côté long du troncon, un rayon de cintrage peut être déporté pour passer de 5 mm à 15 mm et prendre ici un tracé de contour elliptique. Lors de l'application du récipient sous pression 19 dans un amortisseur d'oscillations, on relie par les transitions 43 plusieurs tronçons 41 les uns aux autres présentant chacun une forme de coussin. À une transition respective, les rayons de liaison à symétrie sont réalisés sous forme de cordons de soudure. Le point de contact des deux rayons de liaison au niveau de la transition est pourvu d'un petit rayon 53, par exemple de 2 mm. Pour un tel rayon de liaison, il ne se produit pas de plis, mais seulement des bosses avec des rayons de cintrage comparativement grands. La figure 5 montre deux réalisations possibles du bord périphérique. Dans la moitié supérieure du dessin, le bord 37 est réalisé en continu, également dans la zone des transitions 43. Ceci permet d'utiliser des outils de soudage de base très simples pour les cordons longitudinaux. De préférence, mais non pas obligatoirement, on réalise les rayons de liaison 51 sous forme de cordon de soudure dans une deuxième étape de travail. Dans ce cas, il se produit des zones intermédiaires 55 entre le cordon périphérique et les deux rayons de liaison aux transitions 43, lesquelles s'étendent radialement vers l'intérieur. Pour rendre la zone de cordon plus souple en flexion, on peut évider la totalité de la zone intermédiaire 55 ou bien seulement une partie de celle-ci, c'est-à-dire la pourvoir d'au moins une dépouille 57. Dans la moitié inférieure du dessin, la zone intermédiaire 55 est complètement en dépouille, de sorte que le cordon de soudure présente une forme ondulée. En fonction de l'ampleur de la production, on peut également utiliser un seul outil de soudage pour le cordon de soudure 37 sur le côté longitudinal, qui présente la forme ondulée. Par la figure 6 on peut illustrer que la transition estampée 43 entre les tronçons 41 de la masse gazeuse emprisonnée et le profil d'allongement 45 forment un profil en chevauchement dans lequel on conserve les deux caractéristiques de profil. L'application décrite dans l'amortisseur d'oscillations ne s'entend qu'à titre d'exemple. Bien entendu, on peut également exploiter les forces élastiques de la masse gazeuse emprisonnée. On peut imaginer par exemple l'utilisation à titre de ressort à gaz en portée partielle ou complète, tel qu'on utilise par exemple dans la technique des trains de roulement pour régler l'assiette et pour des éléments de suspension hydrauliques. Dans quelques applications, par exemple dans un amortisseur à tube unique, pour remplacer la chambre de compensation, on prévoit une butée qui empêche la montée du corps enveloppe. L'amortisseur d'oscillations à tube unique est constitué essentiellement par les mêmes composants que l'amortisseur d'oscillations du type à deux tubes selon la figure 1, les composants identiques étant désignés par les mêmes chiffres de référence. À titre de butée, on peut utiliser par exemple une bague enserrée ou, si présente, une valve de fond 25. Revendications 1. Récipient sous pression comprenant un corps enveloppe (27) de forme variable qui est précontraint par une masse gazeuse emprisonnée, le corps enveloppe (27) présentant une configuration en forme de coussin et étant refermé de façon étanche aux gaz sur un bord périphérique, caractérisé en ce que le bord présente un rayon de liaison (51) dans la zone de liaison entre eux arêtes latérales du corps enveloppe (27). 2. Récipient sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps enveloppe (27) présente une surface de base quadrangulaire, le rayon de liaison (51) s'étendant jusqu'à la milongueur de l'arête latérale pour une surface de base carrée et jusqu'à la mi-longueur de l'arête latérale plus courte pour une surface de base rectangulaire. 3. Récipient sous pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour une surface de base rectangulaire du corps enveloppe, la zone de liaison présente une configuration elliptique, dont le rayon de liaison (51) est réalisé tendanciellement plus petit en direction du côté plus court. 4. Récipient sous pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient sous pression (19) est constitué par plusieurs tronçons (41) en forme de coussin qui comprennent un bord d'étanchement périphérique commun, le bord d'étanchement étant pourvu de deux rayons de liaison (51) réalisés à symétrie par rapport à une transition (43) entre les tronçons (41). 5. Récipient sous pression selon la revendication 4, caractérisé en ce que les rayons de liaison (51) réalisés à symétrie par rapport à la transition (43) délimitent une zone intermédiaire (55) du corps enveloppe (27), laquelle s'étend radialement vers l'intérieur et présente au moins une dépouille (57). 6. Récipient sous pression selon la revendication 5, caractérisé en ce que la zone intermédiaire (55) est emprisonnée par le bord périphérique étanche et par les rayons de liaison (51) du bord périphérique.