EP0681080A1

EP0681080A1 - Dispositif d'arrêt pour ouvrant

Info

Publication number: EP0681080A1
Application number: EP95400793A
Authority: EP
Inventors: Patrick Le Briz
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Priority date: 1994-05-05
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1995-11-08
Anticipated expiration: 2015-04-10
Also published as: FR2719623A1; DE69501423D1; FR2719623B1; EP0681080B1

Abstract

Selon l'invention, l'ouvrant (1) est monté pivotant autour d'un axe de charnière (XX') légèrement incliné par rapport à la verticale, de façon à ce qu'il tende à se fermer naturellement sous l'effet de la gravité. Le dispositif comprend : un premier piston creux (4) mobile en translation dans un cylindre (30) suivant ledit axe de charnière (XX'), mais immobilisé en rotation, ce piston (4) supportant le poids de l'ouvrant et délimitant avec le fond (31) du cylindre (30) une première chambre de compression (7) occupée par un fluide incompressible (9) ; un second piston (5) présentant une portion filetée (50) vissée dans un trou taraudé (40) formé dans le piston creux (4) et dont l'axe correspond avec l'axe de charnière (XX'), ce second piston (5) étant solidaire en rotation de l'ouvrant (1) et le sens du filetage étant tel qu'il descend en tournant à l'intérieur du piston creux lorsque l'ouvrant se ferme, la base (52) du second piston délimitant avec le fond (42) du premier piston une seconde chambre de compression (8), également occupée par ledit fluide incompressible (9), et communiquant avec ladite première chambre de compression (7) par une ouverture (43). <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un dispositif d'arrêt pour un ouvrant, par exemple pour une porte.
Elle trouve en particulier application dans le domaine automobile, pour équiper les portières du véhicule.
On connaît déjà des systèmes mécaniques permettant d'arrêter la portière aussi bien dans sa position d'ouverture maximale que dans une ou plusieurs positions intermédiaires (positions entrouvertes).
Ces systèmes utilisent généralement un levier pivotant qui est articulé à la partie fixe du véhicule, en une zone de l'encadrement de la portière située du côté des charnières, et couramment appelée "pied de porte". Le levier présente une surface profilée, jouant le rôle d'une came, contre laquelle viennent s'appliquer un jeu de galets suiveurs, solidaires de la portière.
La came présente des crans qui permettent de retenir la portière dans une ou plusieurs positions intermédiaires, l'un des crans formant butée de fin de course qui correspond à son ouverture maximale.
Ces systèmes connus ne sont pas pleinement satisfaisants car ils sont soumis à une usure importante, qui est cause de dysfonctionnement et oblige à des changements de pièces fréquents. De plus, le passage des crans nécessite que l'usager développe un effort relativement élevé, qui est mal accepté de certaines personnes. Enfin, le maintien de la portière dans une position entrouverte n'est possible que dans une ou plusieurs positions d'ouverture bien déterminées, qui correspondent à la position des crans ; il n'est pas possible de maintenir la porte entrouverte selon un angle quelconque.
L'invention vise à résoudre ces difficultés en proposant un dispositif d'arrêt de la portière (ou de tout autre ouvrant) qui soit peu sensible à l'usure, tout en étant très commode d'utilisation aussi bien dans le sens de l'ouverture que dans le sens de la fermeture, le pivotement de la portière se faisant en douceur et sans à-coup, le dispositif permettant en outre de maintenir de manière stable la portière dans toute position intermédiaire, indépendamment de la valeur de l'angle d'ouverture.
Le dispositif selon l'invention, qui permet d'atteindre ces objectifs, s'adresse à un ouvrant, tel qu'une porte, qui est monté pivotant autour d'un axe de charnière légèrement incliné par rapport à la verticale de façon à ce qu'il tende à se fermer naturellement sous l'effet de la gravité.
Ce type d'articulation oblique d'un ouvrant est bien connu en soi.
Le dispositif selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend :

un premier piston creux mobile en translation dans un cylindre suivant ledit axe de charnière, mais immobilisé en rotation, ce piston supportant le poids de l'ouvrant et délimitant avec le fond du cylindre une première chambre de compression occupée par un fluide incompressible ;
un second piston présentant une portion filetée vissée dans un trou taraudé formé dans le piston creux et dont l'axe correspond avec l'axe de charnière, ce second piston étant solidaire en rotation de l'ouvrant et le sens du filetage étant tel qu'il descend en tournant à l'intérieur du piston creux lorsque l'ouvrant se ferme, la base du second piston délimitant avec le fond du premier piston une seconde chambre de compression, également occupée par ledit fluide incompressible, et communiquant avec ladite première chambre de compression par une ouverture.

Selon une caractéristique additionnelle possible de l'invention, le rapport des sections efficaces du second piston et du premier piston est donné par la formule suivante : $\frac{S₂}{S₁} = \frac{L}{r} tg (γ + φ) tg α,$

dans laquelle :
L est la valeur de la distance séparant le centre de gravité de la porte de l'axe de charnière ;
r est la valeur du rayon nominal de la portion filetée du second piston ;
γ est l'angle d'inclinaison du filet de cette portion filetée ;
φ est le coefficient de frottement du filetage dans le trou taraudé ;
α est la valeur de l'angle que forme l'axe de charnière avec la verticale.
Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles possibles :

l'angle que forme l'axe de la charnière avec la verticale a une valeur de l'ordre de 1 à 2° ;
le dispositif comprend des moyens permettant de faire varier la section de passage du fluide à travers ladite ouverture au cours du pivotement de l'ouvrant ;
ces moyens réalisent la fermeture progressive de l'ouverture lorsque l'ouvrant se rapproche de son ouverture maximale ;
ces moyens consistent en une tige pointeau à extrémité conique s'engageant dans l'ouverture de forme correspondante ;
la tige pointeau est montée au fond du cylindre, suivant l'axe de charnière, tandis que l'ouverture est située au centre du fond du premier piston.

Un tel dispositif est particulièrement adapté pour équiper la portière d'un véhicule automobile, cette application n'étant toutefois pas limitative du domaine technique auquel se rattache l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en présentent un mode de réalisation préférentiel.
Sur ces dessins :

la figure 1 est une vue générale d'un ouvrant articulé sur un dormant autour d'un axe de charnière incliné par rapport à la verticale et équipé d'un dispositif d'arrêt conforme à l'invention ;
la figure 2 est une vue de côté schématique de l'ensemble illustré à la figure 1 ;
la figure 3 est une représentation schématique, en coupe axiale, du dispositif selon l'invention, cette vue étant destinée à en illustrer le principe de fonctionnement ;
la figure 4 est une coupe axiale du dispositif selon l'invention ;
la figure 5 est une vue de dessus partielle de la figure 4, destinée à montrer la liaison en rotation de l'ouvrant avec le dispositif.

Aux figures 1 et 2 on a désigné par les références 1 et 2 respectivement un ouvrant - par exemple une porte - et le pied de porte du dormant.
L'ouvrant 1 est muni, sur l'un de ses bords, d'une paire de chapes 11 s'engageant sur des pattes 21 solidaires du dormant 2 et reliées à celles-ci de manière classique par des axes d'articulation, de manière à constituer des charnières. Selon une caractéristique importante de l'invention, l'axe XX' des charnières forme un angle aigu α par rapport à la verticale ZZ'.
L'angle α a une valeur faible, de l'ordre de 1 à 2°. Son inclinaison est telle que l'ouvrant tend à se refermer naturellement par son propre poids, comme cela est bien connu en soi.
A la figure 2 on a désigné par G le centre de gravité de l'ouvrant 1, et par P son poids.
Le poids P se décompose en une force axiale T parallèle à XX' et en une force transversale F. C'est cette dernière qui assure le mouvement de fermeture de l'ouvrant.
Le rapport entre ces deux forces est $\frac{F}{T} = tg α.$
Le dispositif selon l'invention, désigné par la référence 3, a la forme générale d'un petit boîtier cylindrique, coaxial à XX', et fixé à une console 20 solidaire du dormant 2.
A sa partie haute, l'ouvrant 1 présente une partie 10 en débord qui vient en prise avec la partie supérieure du dispositif 3, comme cela va être expliqué en référence aux figures 4 et 5.
Le dispositif 3 comporte un cylindre 30, d'axe XX' qui possède un fond 31 supporté par la console 20. Ce fond 31 présente un prolongement de section non circulaire (anti-rotation) 32 dirigé vers le bas et s'insérant dans un trou de section complémentaire ménagé dans la console 20. La fixation du cylindre sur la console est assurée par une vis 6 s'engageant dans un trou fileté de l'appendice 32, par l'intermédiaire d'une rondelle 60.
Ce fond 31 est solidaire d'une tige pointeau à extrémité en forme de pointe conique 33 dirigée vers le haut, suivant XX', à l'intérieur du cylindre 30. Sa fonction sera expliquée plus loin.
A l'intérieur du cylindre 30 est guidé en translation axiale, selon XX', un piston 4 de forme générale cylindrique, qui sera désigné par la suite "premier piston".
La paroi extérieure de ce piston présente une gorge circulaire occupée par un joint d'étanchéité annulaire 44, de type connu.
Ce premier piston 4 est creux. Il présente un trou taraudé 40 qui se prolonge vers le bas par un trou lisse de plus petit diamètre 41, lequel est obturé par un fond 42 percé d'une ouverture centrale 43. Le trou taraudé 40, l'alésage 41 et l'ouverture 43 sont coaxiaux, d'axe XX'. L'ouverture 43, de petit diamètre, possède une paroi tronconique s'évasant vers le bas, dont la conicité correspond à celle de la pointe 33 de la tige pointeau.
Le dispositif comporte un second piston 5 qui comprend une portion filetée 50 vissée à l'intérieur du trou taraudé 40 et se prolongeant vers le bas par une portion lisse 52 dont le diamètre correspond, au jeu d'engagement près, à celui de l'alésage 41. La portion 52 porte un joint annulaire d'étanchéité 53, logé dans une gorge.
Un trou 54 permet l'évacuation de l'air lors de la descente du piston 5.
Vers le haut, la portion filetée 50 se prolonge par une tige 51 de section droite carrée (voir figure 5).
Le premier piston 4 est immobilisé en rotation par rapport au cylindre 30 au moyen d'une vis 46 solidaire du cylindre, et se prolongeant vers l'intérieur par un doigt 460 qui s'engage dans une rainure 45 axiale ménagée dans la paroi extérieure du piston 4. Le fond 42 du premier piston 4 délimite avec la partie inférieure du cylindre 30 une première chambre de compression 7.
De manière analogue, la base de la portion 52 du second piston 5 délimite avec la partie inférieure de l'alésage 41 une seconde chambre de compression 8.
Les deux chambres de compression 7 et 8 sont remplies d'un fluide incompressible, tel qu'un liquide hydraulique 9. Ces deux chambres 7 et 8 communiquent normalement l'une avec l'autre via l'ouverture 43.
Le débord 10 de l'ouvrant 1 possède une face inférieure plane 100 qui repose contre la face supérieure 400 du premier piston 4. Ce débord 10 présente une ouverture à contour carré 12 dans laquelle s'engage la tige 51 du second piston 5. L'ouvrant 1 et le second piston 5 sont donc solidaires l'un de l'autre en rotation, autour de l'axe de charnière XX', étant bien entendu que toute autre forme que le carré, assurant la solidarisation en rotation, est possible.
Le sens du filetage 50 est choisi de telle manière que, lorsque l'ouvrant 1 pivote autour de XX' dans le sens de la fermeture, le second piston 5 descend à l'intérieur du premier piston 4.
A la simple observation de la figure 4, on comprend que ce mouvement tend à chasser une partie du liquide 9 se trouvant dans la chambre 8 vers la chambre 7, à travers l'ouverture 43. Cet afflux de liquide dans la chambre 7 tend par conséquent à repousser vers le haut le premier piston 4, et corrélativement l'ouvrant 1 qui est supporté par ce piston.
Il existe bien entendu un certain jeu en translation axiale, selon XX', dans les charnières 11 de l'ouvrant qui autorisent le déplacement en translation, vers le haut ou vers le bas, de l'ouvrant selon XX'.
En référence à la figure 3, nous allons maintenant considérer comment se fait l'équilibre des forces mises en oeuvre dans le dispositif.
Dans le bilan des forces, on négligera le couple de frottement résultant de l'appui du débord 10 contre la face supérieure 400 du premier piston 4, couple qui s'oppose au pivotement de l'ouvrant.
En effet, ce couple est de valeur faible, pouvant être encore réduit par mise en oeuvre dans cette zone d'appui de matériaux anti-friction, à faible coefficient de frottement, voire d'un dispositif de roulement tel qu'un palier à aiguilles.
On désignera par P₁ la pression du fluide incompressible 9 à l'intérieur de la chambre 7, et par P₂ la pression de ce même fluide dans la chambre 8.
En fonctionnement normal, lorsque l'ouverture 43 est dégagée, et que les deux chambres communiquent l'une avec l'autre, on a P₁ = P₂.
On désignera par C le couple exercé par l'ouvrant sur le second piston 5, par l'intermédiaire de la tige à section carrée 51. Si on désigne par F la composante transversale du poids de l'ouvrant P (comme déjà défini plus haut) et par L la distance séparant le centre de gravité G de l'axe XX', on a : C = F x L.
L'application du couple C au second piston 5 va engendrer, au niveau de la portion filetée 50, une force transversale (perpendiculaire à XX') F' et une force axiale (selon XX') T', qui tend à faire descendre le second piston 5.
Ces forces ont les valeurs suivantes :
F' = $\frac{C}{r},$
r étant la valeur du rayon nominal de la portion filetée 50 ;
T' = F' tg (γ + φ), où γ est l'angle d'inclinaison du filet de la portion filetée 50 et φ le coefficient de frottement du filetage dans le trou taraudé 40.
Il s'agit là d'une formule bien connue en visserie.
Le premier piston 4 est soumis à une force axiale T qui correspond comme déjà dit plus haut - à la composante selon XX' du poids P de l'ouvrant 1.
On a désigné par S₁ la surface active (surface projetée dans un plan perpendiculaire à XX') du piston 4, et par S₂ la surface active de la portion 52 du piston 5.
Si on considère que le dispositif est en équilibre, P₁ = $\frac{T}{S₁}$
et P₂ = $\frac{T'}{S₂}$
On peut encore écrire : P2 = $\frac{F'}{S₂}$
tg (γ + φ), ou P₂ = $\frac{C}{S₂r}$
tg (γ + φ)
Lorsque l'ouverture 43 est dégagée, P₁ = P₂.
On a donc $\frac{T}{S₁}$
= $\frac{C}{S₂r}$
tg (γ + φ). Soit, comme T = $\frac{F}{tg α}$
: $\frac{F}{S₁ tg α} = \frac{FL}{S₂r} tg (γ + φ).$
En simplifiant, on obtient : $\frac{S₂}{S₁} = \frac{L}{r} tg (γ + φ) tg α.$
On constate que l'ensemble des paramètres figurant dans la formule ci-dessus sont des constantes, qui ne dépendent pas de l'angle d'ouverture de l'ouvrant.
L'équilibre est ainsi assuré en permanence, pourvu que la relation définie par cette formule entre les différents paramètres soit respectée.
Par conséquent, quel que soit l'angle d'ouverture de l'ouvrant, celui-ci reste en équilibre.
A titre indicatif, on pourra choisir pour ces paramètres les différentes valeurs suivantes :
L = 0,5 m φ = 8°
r = 18 mm α =2°
γ = 5°3'
pas de vis de la portion filetée 50 = 10 mm
Ce dispositif ne contrarie absolument pas les mouvements ordinaires d'ouverture et de fermeture de la porte.
Lorsque l'usager ouvre la porte, il fait tourner le second piston 5 de telle manière que celui-ci se soulève. La portion 52, qui remonte à l'intérieur du piston creux 4, provoque donc l'aspiration du liquide de la chambre 7 vers la chambre 8 (dont le volume croît), à travers l'ouverture 43. Par conséquent le piston 4 descend légèrement dans le cylindre 30, par suite de la diminution de volume de la chambre 7.
Au contraire, lors de la fermeture de la porte, le piston 5 descend et chasse le liquide hydraulique de la chambre 8 vers la chambre 7, dont le volume augmente, provoquant ainsi le soulèvement du piston 4 dans son cylindre et, corrélativement, un léger soulèvement de l'ouvrant.
Le pivotement de l'ouvrant, aussi bien dans le sens de son ouverture que dans le sens de sa fermeture, se fait de manière douce et non brutale, en raison de la viscosité du liquide qui doit s'écouler d'une chambre de compression à l'autre, via l'ouverture 43. En jouant sur le diamètre de celle-ci, on peut freiner plus ou moins ce mouvement.
Par ailleurs, la longueur de la tige pointeau 33 est choisie de telle façon que l'ouverture 43 soit presque complètement obturée lorsque l'ouvrant atteint sa course d'ouverture maximale.
Comme déjà dit, lorsque l'ouvrant 1 pivote vers sa position d'ouverture, le piston 5 remonte tandis que le piston 4 descend. Après une certaine course de descente, l'ouverture tronconique 43 va venir à proximité de l'extrémité conique 33 de la tige pointeau, et la section de passage du liquide à travers l'ouverture va progressivement se réduire. Ainsi, on amortit le mouvement de la porte lorsque celle-ci arrive au voisinage de l'angle maximum, et la fin de l'ouverture n'est pas violente (pas de choc).
Dans un mode de réalisation possible, la position de l'extrémité conique 33 est réglable par rapport au cylindre, ce qui permet d'ajuster l'angle maximum d'ouverture de l'ouvrant.
Il est enfin à noter que l'on pourrait très bien supprimer la charnière 11, 21 supérieure (figures 1 et 2), le dispositif de l'invention pouvant lui-même jouer le rôle de charnière.

Claims

Dispositif d'arrêt pour un ouvrant (1), tel qu'une porte, qui est monté pivotant autour d'un axe de charnière (XX') légèrement incliné par rapport à la verticale (ZZ') de façon à ce qu'il tende à se fermer naturellement sous l'effet de la gravité, caractérisé par le fait qu'il comprend :
- un premier piston creux (4) mobile en translation dans un cylindre (30) suivant ledit axe de charnière (XX'), mais immobilisé en rotation, ce piston (4) supportant le poids de l'ouvrant et délimitant avec le fond (31) du cylindre (30) une première chambre de compression (7) occupée par un fluide incompressible (9) ;

- un second piston (5) présentant une portion filetée (50) vissée dans un trou taraudé (40) formé dans le piston creux (4) et dont l'axe correspond avec l'axe de charnière (XX'), ce second piston (5) étant solidaire en rotation de l'ouvrant (1) et le sens du filetage étant tel qu'il descend en tournant à l'intérieur du piston creux lorsque l'ouvrant se ferme, la base (52) du second piston délimitant avec le fond (42) du premier piston une seconde chambre de compression (8), également occupée par ledit fluide incompressible (9), et communiquant avec ladite première chambre de compression (9) par une ouverture (43).
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le rapport des sections efficaces (S₂) dudit second piston et (S₁) dudit premier piston est donné par la formule suivante : $\frac{S₂}{S₁} = \frac{L}{r} tg (γ + φ) x tg α,$
dans laquelle :
L est la valeur de la distance séparant le centre de gravité de la porte de l'axe de charnière XX' ;
r est la valeur du rayon nominal de la portion filetée (50) du second piston (5) ;
γ est l'angle d'inclinaison du filet de cette portion filetée (50) ;
φ est le coefficient de frottement du filetage dans le trou taraudé (40) ;
α est la valeur de l'angle que forme l'axe de charnière (XX') avec la verticale (ZZ').
Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'angle que forme l'axe (XX') de la charnière avec la verticale (ZZ') a une valeur (α) de l'ordre de 1 à 2°.
Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (33) permettant de faire varier la section de passage du fluide (9) à travers ladite ouverture (43) au cours du pivotement de l'ouvrant (1).
Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens (33) réalisent la fermeture progressive de l'ouverture (33) lorsque l'ouvrant (1) se rapproche de son ouverture maximale.
Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens (33) consistent en une tige pointeau (33) à extrémité conique s'engageant dans l'ouverture (43) de forme correspondante.
Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la tige pointeau (33) est montée au fond (31) du cylindre (30), suivant l'axe de charnière (XX'), tandis que l'ouverture (43) est située au centre du fond (42) du premier piston (4).
Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il équipe la portière d'un véhicule automobile.