Brevet FR2844855A1 — publié le 20040326

La présente invention concerne les ressorts à gaz comportant une chambre de compression remplie par un gaz et un piston mobile dans cette chambre pour comprimer le gaz qui s'y trouve et générer une force de rappel élastique. De tels ressorts sont utilisés sur des presses, par exemple. On connaît par le brevet européen EP 0 959 263 un ressort à gaz comportant un carter métallique ouvert à une extrémité et une chambre de compression à l'intérieur de laquelle est mobile un piston dont la tige coulisse dans un alésage réalisé dans une pièce de guidage introduite dans l'ouverture du carter. La pièce de guidage comporte une chambre annulaire de lubrification remplie d'un lubrifiant. Du fait de la présence de cette chambre 10 de lubrification, la pièce de guidage peut présenter une longueur relativement importante, ce qui se répercute sur l'encombrement axial du ressort. D'autres ressorts sont connus, qui comportent un segment de guidage autolubrifiant ayant une dimension axiale assez élevée. Il existe un besoin pour disposer d'un ressort permettant une lubrification 1 5 efficace du piston par du lubrifiant contenu dans la chambre de compression. La présente invention répond à ce besoin grâce à un ressort à gaz comportant: - un corps, - un ensemble de guidage définissant avec le corps une chambre de compression destinée à contenir un gaz et un lubrifiant, un piston pouvant coulisser dans l'ensemble de guidage de telle sorte que le gaz puisse exercer sur le piston une force de rappel, le piston se déplaçant dans la chambre de compression en regard d'une paroi tubulaire, ce ressort pouvant se caractériser par le fait que le rapport (R=St/Sp) de la section (St) de la tige (6) à la section (Sp) du plus grand passage pour le gaz ménagé entre le piston et la 25 paroi de la chambre est supérieur à 2,1 pour des ressorts de force inférieure à 1500 daN et supérieur à 1,5 pour des ressorts de force supérieure ou égale à 1500 daN. Le rapport peut être avantageusement supérieur à 2,5 pour des ressorts de force supérieure ou égale à 750 daN et inférieur à 1500 daN. Le rapport peut être supérieur à 2, voire à 2,6, pour des ressorts de force supérieure ou égale à 1500 daN et inférieure ou égale 30 à 3000 daN. Grâce à l'invention, le piston, lors de ses déplacements, peut générer des turbulences au sein du gaz suffisantes pour disperser dans le gaz au moins une fraction du lubrifiant contenu dans la chambre de compression et lui permettre de lubrifier efficacement la tige. Ainsi, on peut réaliser l'ensemble de guidage avec une longueur relativement faible, notamment sans chambre de lubrification ou de segment de guidage autolubrifiant, sans pour autant que le piston soit insuffisamment lubrifié, ce qui permet de 5 réduire l'encombrement axial du ressort. L'ensemble de guidage peut néanmoins comporter, sans que l'on sorte du cadre de la présente invention, une chambre de lubrification ayant un volume relativement faible. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le piston comporte une collerette permettant de limiter la course du piston dans le sens inverse de son enfoncement 10 et un organe de brassage solidaire de la collerette. Cette dernière présente une résistance mécanique suffisante pour retenir le piston dans la chambre de compression, en venant buter contre l'ensemble de guidage lorsque le volume de la chambre de compression est maximal et que le ressort est au repos. La collerette peut être réalisée d'une seule pièce avec la tige du piston, en acier par exemple. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'organe de brassage est rapporté sur la collerette. L'organe de brassage peut s'étendre par exemple tout autour de la collerette. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'organe de brassage est réalisé dans un matériau différent de celui de la collerette. L'organe de brassage peut 20 notamment comporter une rondelle fixée à la collerette, cette rondelle étant par exemple réalisée dans un acier à ressort. Lorsqu'elle est fixée à la collerette, cette rondelle peut présenter des faces principales tronconiques faiblement inclinées en direction de l'ensemble de guidage par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du piston. Cette rondelle peut présenter une forme sensiblement plane avant sa fixation sur la 25 collerette et prendre sa forme tronconique seulement lors de sa fixation sur la collerette, du fait de l'apparition de contraintes internes. L'organe de brassage peut être fixé sur la collerette par tous moyens, par exemple par encliquetage, collage,frettage, sertissage, soudure ou vissage. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la collerette comporte une 30 gorge annulaire dans laquelle peut s'engager, au moins partiellement, l'organe de brassage. Une telle configuration de la collerette est avantageuse notamment lorsque l'organe de brassage comporte une rondelle encliquetée sur la collerette. Une telle rondelle peut permettre de réaliser une économie de matière par rapport à l'utilisation d'une collerette qui aurait le même diamètre extérieur. Dans une mise en oeuvre de l'invention, la collerette est configurée pour venir en appui, au repos, contre une région radialement intérieure de l'ensemble de guidage, ce 5 qui est avantageux en termes de contraintes internes car un appui de la collerette sur une région radialement extérieure pourrait, en cas de longueur relativement faible de l'ensemble de guidage, générer un couple au niveau de la tige de piston et donc des contraintes internes importantes. Le piston peut être dépourvu d'organe de brassage distinct de la collerette, 10 auquel cas cette dernière peut être configurée non seulement pour servir de butée en fin de course au piston mais également pour brasser le gaz dans la chambre de compression, de manière à disperser le lubrifiant qui s'y trouve. La présente invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ressort à gaz comportant: - un corps, - un ensemble de guidage définissant avec le corps une chambre de compression destinée à contenir un gaz et un lubrifiant, - un piston pouvant coulisser dans l'ensemble de guidage de telle sorte que le gaz puisse exercer sur le piston une force de rappel, le piston comportant une tige 20 comprenant, lorsque le ressort est au repos, une première portion émergeant hors de la chambre de compression et une deuxième portion entourée par l'ensemble de guidage, le ressort pouvant se caractériser par le fait que la longueur de la première portion est supérieure à celle de la deuxième portion et par le fait que le piston est configuré de manière à disperser, lors de ses déplacements dans la chambre de compression, le lubrifiant 25 contenu dans la chambre de compression. La présente invention a encore pour objet, indépendamment de ce qui précède, selon un autre de ses aspects, un ressort à gaz comportant: - un corps, - un ensemble de guidage définissant avec le corps une chambre de 30 compression destinée à contenir un gaz et un lubrifiant, - un piston pouvant coulisser dans l'ensemble de guidage de telle sorte que le gaz puisse exercer sur le piston une force de rappel, le piston comportant une collerette permettant de limiter la course du piston dans le sens inverse de son enfoncement, le ressort étant caractérisé par le fait que le piston comporte un organe de brassage rapporté sur la collerette. Un tel organe peut permettre de créer, lors des déplacements du piston, des turbulences au sein du gaz suffisantes pour disperser dans le gaz le lubrifiant contenu 5 dans la chambre de compression. L'utilisation d'un tel organe de brassage rapporté permet de réaliser une économie de matière. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente de manière schématique et partielle, en coupe axiale, un ressort à gaz conforme à l'invention, - les figures 2 à 5 représentent schématiquement et partiellement, en coupe axiale, le ressort à gaz de la figure 1, respectivement à quatre étapes successives de son fonctionnement, - la figure 6 est une vue de détail, schématique, de l'ensemble de guidage du ressort à gaz de la figure 1, et - la figure 7 représente schématiquement et partiellement un piston conforme à une variante de mise en oeuvre de l'invention. On a représenté sur la figure 1 un ressort à gaz 1 comportant un carter 20 métallique 2 en forme de cylindre creux d'axe X, pourvu d'une paroi de fond 3, ouvert à son extrémité supérieure et définissant une chambre de compression 4 à l'intérieur de laquelle peut se déplacer un piston monobloc 5, métallique. La chambre de compression 4 comporte une paroi intérieure tubulaire 18 en regard de laquelle se déplace le piston 5. Cette paroi 18 présente une partie supérieure 18a 25 de diamètre intérieur dl et une partie inférieure 18b de diamètre intérieur d2 plus grand que dl. La paroi de fond 3 est équipée d'une valve 9, connue en elle-même, de remplissage de la chambre de compression 4 par un gaz G tel que l'azote, par exemple. Un lubrifiant L, telle qu'une huile hydraulique conventionnelle, recouvre le 30 fond de la chambre 4 lorsque le piston 5 est au repos. Le piston 5 comporte une tige 6 d'axe longitudinal X, en acier, de section circulaire de diamètre d5, coulissant dans un alésage réalisé dans un ensemble de guidage 7 introduit dans l'ouverture supérieure du carter 2. La tige 6 se raccorde à son extrémité inférieure à une collerette 8 de diamètre extérieur d4, laquelle présente une résistance mécanique suffisante pour retenir le piston 5 lorsque celui-ci vient au repos en butée, sous l'effet de la pression du gaz G contenu dans la chambre de compression 4, contre l'ensemble de guidage 7. Ce dernier comporte une pièce de guidage 10 retenue dans le carter 2 par un jonc métallique 11, lequel vient en appui, d'une part, dans un retrait annulaire 12 de la pièce de guidage 10 et, d'autre part, dans une gorge annulaire 13 réalisée dans le carter 2, à proximité de son extrémité supérieure. Comme illustré sur la figure 6, la pièce de guidage 10 comporte en partie supérieure une première gorge annulaire 15 au fond de laquelle est disposé un joint torique 25 destiné à appliquer un joint d'étanchéité 26 également logé dans la gorge 15 contre la tige de piston 6. Dans l'exemple décrit, le joint 26 est un joint commercialisé sous la 15 dénomination TURCONO GLYD RING', en polyéthylène. La pièce de guidage 10 comporte, en dessous de la gorge 15, une deuxième gorge annulaire recevant un segment de guidage 14, lequel s'applique contre la tige de piston 6. Une troisième gorge annulaire 16 de la pièce de guidage 10 située sous le 20 segment de guidage 14 loge un joint torique 27 et un joint d'étanchéité 28, ce dernier étant en appui contre le joint 27 et la tige de piston 6, lequel joint 28 est un joint commercialisé sous la dénomination TURCONe STEPSEALO K, en PTFE chargé en bronze. La forme du joint 28 facilite le retour de l'huile présente sur la tige 6 vers la chambre de compression lors des mouvements d'enfoncement du piston. Un joint torique 17 s'interpose de façon étanche entre la pièce de guidage 10 et le carter 2. La pièce de guidage 10 comporte à son extrémité inférieure une surface annulaire 19 perpendiculaire à l'axe X. Au repos, la collerette 8 vient en appui contre une région annulaire radialement 30 intérieure de la surface 19. Dans l'exemple de la figure 1, la collerette 8 présente une partie supérieure 8a cylindrique de révolution prolongée inférieurement par une partie légèrement tronconique 8b convergeant en direction du fond de la chambre de compression 4. Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention, comme illustré à la figure 7, la collerette 8 peut présenter à sa périphérie une partie supérieure tronconique 30 convergeant en direction de la tige 6 de manière à présenter une surface d'appui réduite 5 contre la surface 19 de la pièce de guidage, proche du bord radialement intérieur de la pièce de guidage. La collerette 8 peut également présenter dans sa partie inférieure un dégagement annulaire 31 afin d'éviter un contact de la collerette 8 avec le fond de la chambre 4 notamment lorsque la paroi de fond de celle-ci est relativement épaisse et 10 présente à sa périphérie un arrondi. La collerette 8 comporte une gorge annulaire 20 permettant d'y fixer par encliquetage un organe de brassage 21 de diamètre extérieur d3, constitué dans l'exemple considéré par une rondelle 21, cette dernière étant réalisée, par exemple, en acier à ressort. On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque l'organe de brassage 15 21 est fixé sur la collerette 8 par un autre moyen, par exemple par sertissage. Comme on peut le voir sur la figure 1, la rondelle 21 présente des faces principales 22 tronconiques faiblement inclinées en direction de l'ensemble de guidage 7, par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe X. La rondelle 21 présente avant sa fixation sur la collerette 8 une forme sensiblement plane et prend la forme tronconique après sa 20 fixation sur la collerette 8, du fait de l'apparition de contraintes internes. Le tableau suivant donne quelques exemples de rapports de sections pour des ressorts conformes à l'invention et des ressorts connus. La force du ressort est celle exercée par le gaz sur le piston lorsque ce dernier est au repos, dans la configuration de la figure 1, la collerette 8 venant en butée contre la 25 face inférieure de l'ensemble de guidage 7. Force du ressort Ressort selon l'invention Ressort selon l'état de la daN e/d2 technique e/d2 750 3,65 10-2 4,9 10-2 1500 3,3 10-2 6,55 1O-2 3000 3,75 10-2 8,15 10-2 Dans le tableau ci-dessus, e désigne la largeur maximale du passage pour l'air entre le piston et la paroi de la chambre, c'est-à-dire (d2-d3)/2 pour le ressort selon l'invention illustrée. Section (mm) du Section tige passage pour le gaz Rapport de Forcedu ressort (mm2) entre le piston et la section daN St =X d5/4 paroi de la chambre R = St / Sp S=gT(d2-d3)/ Ressort selon 750 490,9 186,1 2,64 l'invention 1500 1017,9 370,7 2,75 3000 1963,5 725,7 2,71 Ressort selon 750 490,9 245 2 l'état de la 1500 1017,9 716,3 1,42 technique 3000 1963,5 1500,9 1,31 Plus le rapport R est élevé, plus la vitesse du gaz circulant entre le piston et la paroi de la chambre est élevée, pour un même enfoncement de la tige de piston. Les ressorts à gaz ayant un rapport R>2,1, de préférence supérieur à 2,5 environ permettent un écoulement de gaz avec une vitesse plus élevée, donc capable de 10 créer des turbulences permettant de disperser efficacement le lubrifiant dans la chambre pour l'amener au contact de la tige. Au repos, dans l'exemple illustré, la longueur 12 de la portion de la tige 6 entourée par l'ensemble de guidage 7 est inférieure à la longueur Il de la portion de la tige 6 émergeant hors du ressort. La longueur 12 peut être légèrement supérieure à la course 15 nominale du piston, laquelle peut être d'environ 50 mm par exemple. Il pourrait en être autrement sans que l'on sorte du cadre de la présente invention, et la longueur Il pourrait notamment être inférieure à la longueur 12. Lors du fonctionnement du ressort 1, lorsque le piston 5 est enfoncé afin de réduire le volume de la chambre de compression 4, la collerette 8 et l'organe de brassage 20 21 engendrent une différence de pression de part et d'autre de l'organe de brassage 21 et des turbulences au sein du gaz G, comme illustré sur la figure 2. La pression en amont de l'organe de brassage 21 devient supérieure à celle régnant en aval de celui-ci, eu égard au sens de déplacement du piston. Au fur et à mesure de l'enfoncement du piston 5, les turbulences créées par l'organe de brassage 21 deviennent suffisamment importantes pour transporter du lubrifiant dispersé lors du cycle précédent dans la chambre de compression 4 5 vers la tige 6 pour la lubrifier, comme illustré sur la figure 3. On évite ainsi l'endommagement des joints 15 et 16 par frottement à sec et échauffement contre la tige 6. Lors de la remontée du piston 5 sous l'effet de la force de rappel exercée par le gaz G, l'organe de brassage 21 engendre des turbulences contribuant à disperser dans le gaz G le lubrifiant L contenu dans le fond de la chambre de compression 4. Ainsi, le piston 5 peut être lubrifié de manière satisfaisante lors du fonctionnement du ressort, malgré l'absence de chambre de lubrification entre les joints 15 et 16. Dans l'exemple décrit, l'ensemble de guidage est dépourvu de chambre de lubrification, ce qui est satisfaisant pour un ressort de force de 500 ou 750 daN. Sans sortir du cadre de l'invention, pour un ressort de force supérieure, par exemple de 1500 ou 3000 daN, on peut prévoir une chambre de lubrification ayant un volume réduit. Le tableau suivant donne deux exemples de volume de chambre de lubrification pour des ressorts conformes à l'invention et des ressorts connus. 20 Force du ressort Ressort selon Ressort selon l'état daN l'invention de la technique 1500 2780 mm3 8874 mm3 3000 8034 mm3 22030 mm3 Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits. Le piston 5 peut notamment être dépourvu d'organe de brassage rapporté et la 25 collerette présenter à sa périphérie un diamètre suffisant pour lui permettre de servir d'organe de brassage. La collerette est avantageusement réalisée d'une seule pièce avec la tige du piston mais, en variante, la collerette pourrait être rapportée sur la tige du piston. Dans toute la description, y compris les revendications, l'expression " comportant un " doit être comprise comme étant synonyme de " comportant au moins un ", sauf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS 1. Ressort à gaz (1) comportant: - un corps (2), - un ensemble de guidage (7) fixe par rapport au corps (2) et définissant avec le corps (2) une chambre de compression (4), cette chambre de compression étant destinée à contenir un gaz (G) et un lubrifiant (L), - un piston comportant une tige (6) pouvant coulisser dans l'ensemble de guidage de telle sorte que le gaz puisse exercer sur le piston une force de rappel, caractérisé par le fait que le rapport (R=St/Sp) de la section (St) de la tige (6) à la section (Sp) du plus grand passage pour le gaz ménagé entre le piston et la paroi (1 8b) de la chambre est supérieur à 2,1 pour des ressorts de force inférieure à 1500 daN et supérieur à 1,5 pour des ressorts de force supérieure ou égale à 1500 daN. 2. Ressort selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le rapport (R) est 15 supérieur à 2,5 pour des ressorts de force supérieure ou égale à 750 daN et inférieure à 1500 daN. 3. Ressort selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rapport (R) est supérieur à 2 pour des ressorts de force supérieure ou égale à 1500 daN et inférieure ou égale à 3000 daN. 4. Ressort selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le piston comporte une collerette (8) configurée pour limiter la course du piston et un organe de brassage (21) solidaire de la collerette, permettant de brasser le lubrifiant (L) dans la chambre de compression. 5. Ressort selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que 25 l'organe de brassage (21) est rapporté sur la collerette (8). 6. Ressort selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que l'organe de brassage (21) s'étend autour de la collerette (8). 7. Ressort selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que l'organe de brassage (21) est réalisé dans un matériau différent de celui de la 30 collerette (8). 8. Ressort selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait que l'organe de brassage (21) comporte une rondelle fixée à la collerette (8). il 9. Ressort selon la revendication 8, caractérisé par le fait que, lorsqu'elle est fixée sur la collerette (8), la rondelle (21) présente des faces principales (22) tronconiques faiblement inclinées par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal (X) du piston, en direction de l'ensemble de guidage. 10. Ressort selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait que la collerette (8) comporte une gorge annulaire (20) dans laquelle peut s'engager au moins partiellement l'organe de brassage (21). 11. Ressort selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé par le fait que la collerette (8) est réalisée d'une seule pièce avec la tige (6) . 12. Ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la collerette est configurée pour venir en appui, au repos, contre une région radialement intérieure de l'ensemble de guidage. 13. Ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble de guidage (7) est dépourvu de chambre de lubrification. 14. Ressort selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le gaz est constitué par de l'azote.