Brevet FR2913473A1 — publié le 20080912

B08-0345FR Au nom de : LEBEN Klaus Unité ressort-amortisseur pour un tampon, en particulier pour des véhicules ferroviaires Invention de : STARKER Bernhard Priorité d'une demande de brevet déposée en Allemagne le 9 mars 2007 sous le n 202007003562.4 -2 Unité ressort-amortisseur pour un tampon, en particulier pour des véhicules ferroviaires La présente invention a pour objet une unité ressort-amortisseur pour un amortisseur de compression, notamment pour des véhicules ferroviaires, qui comprend un cylindre dans lequel peut coulisser un piston le long de l'axe longitudinal, une chambre de travail hydraulique à volume variable délimitée par le cylindre et le piston, une chambre de transfert à volume variable et une chambre à gaz également à volume variable, la chambre de transfert étant reliée à la chambre de travail par un étranglement variable en fonction de la course et par une unité à soupape de surpression branchée en parallèle avec l'étranglement, et étant séparée de la chambre à gaz par un piston de séparation pouvant coulisser le long de l'axe longitudinal. Dans les chemins de fer, pour absorber les chocs, on utilise fréquemment des tampons qui réunissent un amortisseur hydraulique et un ressort à gaz. Typiquement, l'amortisseur hydraulique présente une caractéristique d'amortissement qui dépend de la course, la section d'écoulement de l'étranglement disposé entre la chambre hydraulique de travail (chambre à haute pression) et la chambre de transfert (chambre à basse pression) variant en fonction de la course. Un amortisseur de ce type, servant seulement à absorber des chocs d'impact est décrit par exemple dans la demande de brevet allemand 11180394. Un dispositif d'amortissement similaire est décrit dans la demande de brevet allemand 2015016. Egalement le brevet européen 1352802 présente un dispositif hydraulique d'amortissement de ce genre réuni avec un ressort à gaz dans une unité qui dans ce cas se présente sous la forme d'une cartouche-amortisseur intégrée à un dispositif d'attelage à tampon central d'une manière telle que, par un agencement de ressorts annulaires entourant la cartouche d'amortissement, également des chocs de traction puissent être absorbés. Enfin le brevet européen 1169207 présente un amortisseur combiné de traction et de compression, dans lequel l'unité ressort-amortisseur qui est prévue pour absorber les chocs d'impact est réalisée de la manière décrite dans l'introduction avec en plus de l'étranglement variable en fonction de la course reliant la chambre de travail à la chambre de transfert, une unité à soupapes de surpression qui est montée en parallèle avec l'étranglement et doit éviter la détérioration de l'amortisseur quand se produit un choc d'impact dont la force (vitesse) dépasse le niveau retenu lors de la conception. L'unité à soupapes de surpression comprend plusieurs alésages qui traversent la paroi intermédiaire séparant la chambre de transfert de la chambre de travail, ainsi qu'une plaque annulaire qui est disposée du côté de la paroi intermédiaire associé à la chambre de transfert et est appliquée avec précontrainte sur les embouchures correspondantes des alésages par un jeu de rondelles élastiques. La présente invention a pour objectif de perfectionner une unité ressort-amortisseur du type indiqué en introduction, de manière à rendre celle-ci plus apte que l'unité connue (EP 1169207 B1) à éviter, dans le cas d'un choc d'impact dont la force dépasse le niveau retenu lors de la conception, que l'amortisseur et aussi le véhicule (wagon) sur lequel celui-ci est monté, soient détériorés, ou à minimiser le risque d'une détérioration correspondante. Cet objectif est atteint avec une unité ressort-amortisseur du genre indiqué par le fait que l'unité à soupapes de surpression comprend une pluralité de soupapes de surpression autonomes, disposées autour de l'étranglement variable en fonction de la course, chacune de ces soupapes présentant un piston de soupape qui peut coulisser dans un guidage cylindrique et est appliqué avec précontrainte par un ressort hélicoïdal sur un siège entourant l'embouchure d'un alésage haute pression communiquant avec la chambre de travail. Pour l'unité ressort-amortisseur selon l'invention, en d'autres termes, il est d'une importance majeure que l'unité comprenne une pluralité de soupapes de surpression agissant indépendamment les unes des autres, qui d'une part sont disposées de manière spécifique, notamment autour de l'étranglement central variable en fonction de la course, et d'autre part sont réalisées de manière spécifique, à savoir que chaque soupape de surpression comprend un piston de soupape qui peut coulisser dans un guidage cylindrique et est précontraint par un ressort hélicoïdal sur un siège de soupape. La présente invention utilise ainsi la constatation selon laquelle le comportement en réponse de soupapes de surpression, telles que celles utilisées selon la présente invention, peut être prédéfini bien plus exactement que celui de l'unité à soupapes de surpression prévue dans l'état de la technique. Ainsi, l'application de l'invention permet d'obtenir que l'unité à soupapes de surpression ne s'ouvre précisément que lorsque la sollicitation appliquée à l'unité ressort-amortisseur en résultante d'un choc d'impact sort de la zone retenue lors de la conception. Une ouverture trop précoce de l'unité à soupapes de surpression, qui comporte le risque d'une compression jusqu'en butée de l'unité ressort-amortisseur et de ce fait d'une détérioration définitive de la sûreté de surcharge côté wagon voire le cas échéant du wagon lui-même, est donc évitée en utilisant la présente invention, comme l'est également une ouverture trop tardive de l'unité à soupapes de surpression, avec pour conséquence une détérioration de l'unité ressort-amortisseur elle- même. La redondance du système liée à la pluralité de soupapes de surpression autonomes travaillant en parallèle, agit dans le sens de l'augmentation de la fiabilité de l'unité ressort-amortisseur. Pour optimiser encore le comportement en réponse de l'unité à soupapes de surpression, conformément à un perfectionnement préféré de l'invention, chaque soupape de surpression comprend un alésage basse pression qui communique avec la chambre de transfert et débouche dans la zone de la face frontale du piston de soupape associé, dans le guidage associé. Dans une unité ressort-amortiseur dotée d'un tel perfectionnement, lorsque l'unité à soupapes de surpression réagit et que les soupapes de surpression s'ouvrent, le fluide amortisseur ne contourne pas le piston de soupape. Aucun plateau de soupape ou pièce similaire du piston n'est contourné. Au contraire, lorsque le piston de soupape se soulève de son siège, le fluide amortisseur passe devant la face frontale du piston de soupape pour aller par le plus court chemin, directement de l'alésage à haute pression à l'alésage à basse pression de la soupape de surpression concernée. Selon un autre perfectionnement préféré de l'invention, l'unité à soupapes de surpression comprend au moins quatre, de préférence six soupapes de surpression autonomes. Les avantages particuliers de ce développement résident, pour des cas typiques d'utilisation, dans un rapport particulièrement avantageux entre d'une part la situation de pression déclenchant une réponse de l'unité à soupapes de surpression, et d'autre part la section d'écoulement disponible pour l'écoulement dans les soupapes de surpression quand l'unité à soupapes de surpression est ouverte. Selon un autre perfectionnement avantageux de l'invention, il est prévu de disposer les soupapes de surpression dans un fond du piston qui est conformé en piston creux. Dans le piston creux sont disposées la chambre à gaz et la chambre de transfert. En ce qui concerne le fond du piston, dans lequel sont disposées les soupapes de surpression, il s'agit avantageusement d'un composant spécifique, qui est lié à la paroi du piston par vissage. I1 est particulièrement avantageux de disposer les soupapes de surpression dans un appendice central du fond de piston, l'appendice pénétrant à l'intérieur du piston creux, en formant dans la chambre de transfert une zone annulaire, délimitée par sa paroi périphérique et par la surface interne de la paroi de piston et les alésages à basse pression débouchant dans cette zone annulaire de la chambre de transfert. Une telle configuration ne se distingue pas seulement par des dimensions particulièrement compactes. Un autre avantage est que les alésages basse pression débouchent dans une zone de la chambre de transfert dans laquelle l'influence des effets dynamiques est particulièrement faible. Ceci est à son tour avantageux pour le respect d'un comportement de réponse, exactement défini, de l'unité à soupapes de surpression, indépendamment des effets dynamiques spécifiques à l'intérieur de la chambre de transfert. La présente invention va être exposée en détail à l'aide d'un exemple de réalisation préféré représenté sur les dessins : la figure 1 montre en coupe axiale une unité ressort-amortisseur selon la présente invention réalisée sous la forme d'une cartouche-amortisseur; la figure 2 représente, à plus grande échelle, le détail X de la cartouche de la figure 1. La cartouche-amortisseur 1 représentée en tant que composant d'un tampon pour véhicules sur voie ferrée comprend en tant que composants principaux un cylindre 2 et un piston 4 pouvant coulisser dans ledite cylindre le long de l'axe longitudinal 3. Le cylindre 2 présente une paroi de cylindre 5 et un fond de cylindre 6. Le piston 4 est creux et présente une paroi 7, un fond intérieur 8 et un fond extérieur 9. L'étanchéité entre la surface externe de la paroi de piston 7 et la surface interne de la paroi de cylindre 5, de manière connue, est assurée par un joint d'étanchéité annulaire 10. Le piston 4 abrite deux chambres fonctionnelles séparées l'une de l'autre par un piston de séparation 11 qui peut coulisser selon l'axe longitudinal 3 avec étanchéité le long de la surface interne de la paroi de piston 7, à savoir une chambre de transfert 12 et une chambre de gaz 13, toutes deux à volume variable. La chambre de transfert 12 est reliée en écoulement à une chambre de travail hydraulique 14, de volume variable délimitée par le cylindre 2 et le piston 4, et cela par un étranglement 15 dépendant de la course et par une unité à soupapes de surpression 16, connectée en parallèle avec l'étranglement 15. L'étranglement variable en fonction de la course comprend, un tube de commande percé de plusieurs alésages 17 qui est disposé sur le fond du cylindre 6 et plonge dans un alésage 19 du fond intérieur du piston 3. Dans ce qui vient d'être exposé, la cartouche-amortisseur représentée sur le dessin correspond à l'état déjà connu de la technique de sorte que d'autres explications ne sont pas nécessaires. L'unité à soupapes de surpression 16 comprend six soupapes de surpression 20 autonomes, réparties régulièrement autour de l'étranglement 15 dépendant de la course. Chaque soupape de surpression présente un alésage haute pression 21, essentiellement axial en communication avec la chambre hydraulique de travail 14, qui débouche dans un guidage cylindrique 22 également disposé dans le fond intérieur du piston 8. Dans le guidage 22 coulisse un piston de soupape 23 qui est précontraint par un ressort hélicoïdal 24, également logé dans le guidage 22, sur un siège de soupape 25 entourant l'embouchure 26 de l'alésage haute pression 21. L'alésage haute pression 21 est étagé, avec une partie à diamètre plus faible dans la zone de son embouchure 26. Chaque soupape de surpression comprend de plus un alésage basse pression 27, essentiellement radial, qui communique avec une zone annulaire 28 de la chambre de transfert 12, réalisée entre la surface interne de la paroi de piston 7 et la surface externe d'un appendice 29 du fond intérieur de piston 8, et débouche dans le guidage 22 associé réalisé dans la zone de la face frontale 30 du piston de soupape 23 associé (quand celui-ci, en position de fermeture de la soupape de surpression 20, est appliqué sur le siège 25). A son extrémité opposée au piston de soupape 23 associé, chaque ressort hélicoïdal 24 s'appuie sur une rondelle 31 qui est vissée frontalement sur l'appendice 29 du fond intérieur de piston 8. Cette rondelle présente dans la région de chacun des guidages 22 un trou d'équilibrage 32. Une bague d'étanchéité 33 appliquée de manière étanche sur la face externe du tube de commande est montée flottante dans un évidement du fond 8 du piston 4, présentant corrélativement une dimension plus grande que la bague. REVENDICATIONS 1. Unité ressort-amortisseur pour un tampon, notamment pour des véhicules ferroviaires, qui comprend un cylindre (2) dans lequel peut coulisser un piston (4) le long de l'axe longitudinal (3), une chambre de travail hydraulique (14) à volume variable délimitée par le cylindre et le piston, une chambre de transfert (12) à volume variable et une chambre à gaz (13) également à volume variable, la chambre de transfert étant reliée à la chambre de travail par un étranglement (15) variable en fonction de la course et par une unité à soupapes de surpression (16) montée en parallèle avec l'étranglement, et étant séparée de la chambre à gaz par un piston de séparation (11) pouvant coulisser le long de l'axe longitudinal, caractérisée en ce que l'unité à soupapes de surpression (16) comprend une pluralité de soupapes de surpression (20) autonomes, disposées autour de l'étranglement (15) variable en fonction de la course, chacune de ces soupapes présentant un piston de soupape (23) qui peut coulisser dans un guidage cylindrique (22) et est précontraint par un ressort hélicoïdal (24), sur un siège (25) entourant l'embouchure (26) d'un alésage haute pression (21) communiquant avec la chambre de travail (14). 2. Unité ressort-amortisseur selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque soupape de surpression (20) comprend un alésage basse pression (27) qui communique avec la chambre de transfert (12) et qui débouche dans la zone de la face frontale (30) du piston de soupape (23) associé, dans le guidage associé (22). 3. Unité ressort-amortisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'unité à soupapes de surpression (16) comprend six soupapes de surpression (20). 4. Unité ressort-amortisseur selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les soupapes de surpression (20) sont disposées dans le fond (8) du piston (4) qui est creux. 5. Unité ressort-amortisseur selon les revendications 2 et 4, caractérisée en ce que les soupapes de surpression (20) sont disposées dans un appendice central (29) du fond de piston (8) qui pénètre à l'intérieur du piston creux (27) en formant dans la chambre de transfert (13) une zone annulaire (28) délimitée par sa paroi périphérique et par la surface internede la paroi de piston (7), les alésages basse pression (27) débouchant dans cette zone annulaire . 6. Unité ressort-amortisseur selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les alésages haute pression (21), dans la région de leur embouchure (26) dans le guidage (22), présentent un diamètre plus faible que sur le reste de leur longueur.