FR2508581A1 - PNEUMATIC OR HYDRO PNEUMATIC CYLINDER PISTON ASSEMBLY, SUCH AS A DAMPER, COMPONENT OF AN ELASTIC FORCE LEG FOR A VEHICLE OR GAS SPRING - Google Patents
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Abstract
DISPOSTIF DU TYPE COMPRENANT UN CYLINDRE 1 A L'INTERIEUR DUQUEL EST MENAGEE UNE CAVITE 1A CONTENANT UN FLUIDE SOUS PRESSION. LE FLUIDE SOUS PRESSION COMPREND AU MOINS UN COMPOSANT QUI, A L'INTERIEUR D'UNE PLAGE DE TEMPERATURES DE FONCTIONNEMENT, POSSEDE UNE PHASE GAZEUSE ET UNE PHASE LIQUIDE. EN FONCTION DE LA VARIATION DU VOLUME PARTIEL DE LA TIGE DE PISTON CONTENUE A L'INTERIEUR DE LA CAVITE, LE VOLUME DE LA PHASE LIQUIDE VARIE. DE CE FAIT, LA PRESSION AGISSANT SUR LA TIGE DE PISTON DEMEURE CONSTANTE. APPLICATION A LA REALISATION D'AMORTISSEURS, DE JAMBES DE FORCE ELASTIQUES POUR VEHICULES, OU DE RESSORTS A GAZ.DEVICE OF THE TYPE INCLUDING A CYLINDER 1 INSIDE WHICH IS PROVIDED A CAVITY 1A CONTAINING A PRESSURIZED FLUID. THE PRESSURIZED FLUID CONSISTS OF AT LEAST ONE COMPONENT WHICH, WITHIN AN OPERATING TEMPERATURE RANGE, HAS A GASEOUS PHASE AND A LIQUID PHASE. DEPENDING ON THE VARIATION OF THE PARTIAL VOLUME OF THE PISTON ROD CONTAINED INSIDE THE CAVITY, THE VOLUME OF THE LIQUID PHASE VARIES. THEREFORE THE PRESSURE ACTING ON THE PISTON ROD REMAINS CONSTANT. APPLICATION TO THE REALIZATION OF SHOCK ABSORBERS, ELASTIC LEGS FOR VEHICLES, OR GAS SPRINGS.
Description
"Ensemble cylindre-piston pneumatique ou hydro-pneumatique,"Pneumatic or hydro-pneumatic cylinder-piston assembly,
tel qu'amortisseur, composant d'une jambe de force élasti- as a shock absorber component of an elastic strut
que pour un véhicule ou ressort à gaz" only for a vehicle or gas spring "
La présente invention a pour objet un ensemble cylin- The present invention relates to a cylindrical assembly
dre-piston. Un tel ensemble comprend un cylindre possédant un axe dre-piston. Such an assembly comprises a cylinder having an axis
et deux parois d'extrémité, à l'intérieur duquel est ména- and two end walls, inside which is
gée une cavité Une tige de piston traverse au moins l'une des parois et est déplaçable le long de l'axe du cylindre de A piston rod passes through at least one of the walls and is displaceable along the axis of the cylinder of
l'intérieur vers l'extérieur de la cavité entre deux posi- inside to the outside of the cavity between two posi-
tions extrêmes Un système de guidage et d'étanchéité de la extreme conditions A system for guiding and sealing the
tige de piston est disposé à proximité de l'une des extré- piston rod is arranged near one of the ends
mités du cylindre pour guider avec étanchéité la tige de piston à travers la paroi considérée Un fluide à une pression supérieure à la pression atmosphérique est contenu dans la cavité Ce fluide comprend une phase gazeuse La pression of the cylinder to guide sealingly the piston rod through the wall considered A fluid at a pressure greater than the atmospheric pressure is contained in the cavity This fluid comprises a gaseous phase The pressure
exercée par ce fluide agit sur la tige de piston, de maniè- exerted by this fluid acts on the piston rod,
re à contraindre celle-ci vers l'une de ses positions ex- to force it towards one of its ex-
trêmes. Des ensembles à cylindre et piston de ce type sont bien connus et sont notamment décrits dans le brevet US 4 270 635 Ils peuvent être utilisés par exemple, comme treme. Cylinder and piston assemblies of this type are well known and are described in US Pat. No. 4,270,635. For example, they can be used as
amortisseurs ou comme composants d'une jambe de force élas- shock absorbers or as components of an elastic strut
tique dans des véhicules automobiles, ou comme ressorts à in motor vehicles, or as springs in
gaz verrouillables ou non verrouillables. lockable or non-lockable gases.
Dans les dispositifs connus de ce type, des gaz tels que l'azote, sont utilisés, qui sont uniquement en phase gazeuse sur la totalité de la plage de températures de In known devices of this type, gases such as nitrogen are used, which are only in the gas phase over the entire temperature range of
fonctionnement La plage habituelle de température de fonc- The usual operating temperature range
tionnement est de l'ordre de 700 C à + 1001 C, de manière à satisfaire pour des ressorts à gaz inclus dans des moteurs tion is of the order of 700 C to + 1001 C, so as to satisfy for gas springs included in engines
de véhicules pouvant être utilisés aussi bien dans des con- vehicles that can be used both in
ditions polaires que dans des conditions tropicales. polar conditions only in tropical conditions.
La pression des gaz employés habituellement, même à The pressure of the gases usually used, even at
température constante, est dépendante du volume partiel va- constant temperature, is dependent on the partial volume
riable de la tige de piston contenue dans la cavité, ce volu- of the piston rod contained in the cavity, this volume
me partiel variant lorsque la tige de piston est déplacée Part me varying when the piston rod is moved
entre ses positions extrgmes.between its extreme positions.
Un premier but de l'invention est de fournir un dis- A first object of the invention is to provide a
positif à cylindre et piston du type décrit ci-dessus, positive cylinder and piston of the type described above,
dans lequel la pression à l'intérieur de la cavité est in- wherein the pressure inside the cavity is
dépendante du volume partiel et variable de la tige de pis- ton contenue dans la cavité, de telle sorte que la force résultant directement ou indirectement du gaz présuré et dependent on the partial and variable volume of the piston rod contained in the cavity, so that the force resulting directly or indirectly from the renneted gas and
agissant sur la tige de piston demeure constante. acting on the piston rod remains constant.
Un autre but de l'invention est de fournir un ensem- Another object of the invention is to provide a set of
ble à cylindre et piston qui présente une haute fiabilité. Cylinder and piston bleed which has a high reliability.
Cohformément à l'invention, le fluide contenu dans la According to the invention, the fluid contained in the
cavité du cylindre comprend au moins un composant possè- cylinder cavity comprises at least one component which possesses
dant une phase gazeuse et une phase liquide, à Ilintérieur a gaseous phase and a liquid phase, inside
d'une plage déterminée de températures de fonctionnement. a certain range of operating temperatures.
Le dispositif selon l'invention est d'un intérêt par- The device according to the invention is of particular interest
ticulier pour toutes les applications dans lesquelles la especially for all applications in which the
température normale de fonctionnement est à peu près cons- normal operating temperature is approximately
tante Le champ d'application recouvre notamment le mobi- The scope covers in particular the mobility
lier et par exemple les chaises et fauteuils à hauteur va- bind and for example the chairs and armchairs at high va-
riable, ainsi que les bureaux qui sont fréquemment équipés as well as offices that are frequently equipped
de ressorts à gaz compensant le poids d'éléments de régla- of gas springs offsetting the weight of regulating
ge en hauteur.height.
Dans un tel domaine dtapplication, la température est In such a field of application, the temperature is
toujours de l'ordre de 201 C, correspondant à la tempéra- always in the order of 201 C, corresponding to the temperature
ture normale dans des pièces de séjours, bureaux ou simi- normal use in living rooms, offices or similar
laires. Dans de telles conditions, la pression agissant sur la tige de piston demeure toujours sensiblement constante lar. Under such conditions, the pressure acting on the piston rod remains substantially constant
indépendamment de la position de la tige de piston relati- regardless of the position of the relative piston rod
vement au cylindre Ceci est particulièrement vrai pour des configurations dans lesquelles la section transversale de la tige de piston est relativement importante comparée à la section transversale de la cavité, et o elle est par exemple supérieure à 20 % de la section transversale de This is particularly true for configurations in which the cross section of the piston rod is relatively large compared to the cross section of the cavity, and where it is for example greater than 20% of the cross-section of the piston.
la cavité.the cavity.
Dans de tels dispositifs, lorsque l'on utilise les gaz traditionnels, il se produit une variation considérable In such devices, when traditional gases are used, considerable variation occurs.
de pressionmême dans des conditions de température cons- even under constant temperature conditions.
tante.aunt.
Lorsque l'on utilise tuli gaz conformément à I'inven- When using tuli gas in accordance with the
tion, une partie plus ou moins importante du fluide est condensée ou liquéfiée, mais la pression agissant sur la tige de piston est toujours la mime et correspond à la tion, a more or less important part of the fluid is condensed or liquefied, but the pressure acting on the piston rod is always the same and corresponds to the
pression de vapeur à la température considérée. vapor pressure at the temperature under consideration.
Dans la mesure o du fluide s'échappe à l'extérieur de la cavité, la pression à l'intérieur de cette dernière As the fluid escapes outside the cavity, the pressure inside the cavity
demeure inchangée à la température considérée aussi long- remains unchanged at the temperature considered as long-
temps qu'une quantité de fluide suffisante est contenue dans la cavité pour maintenir une phase liquide à l'intérieur time that a sufficient amount of fluid is contained in the cavity to maintain a liquid phase inside
de cette dernière De ce fait, une fonction correete du dis- Consequently, a corre-
positif est maintenue pendant une longue période, même s'il se produit une perte de petites quantités de fluide Il faut également noter que la pression régnant à l'intérieur positive is maintained for a long time, even if there is a loss of small amounts of fluid It should also be noted that the pressure prevailing inside
de la cavité est maintenue en-dessous d'une pression maxi- the cavity is kept below a maximum pressure of
male considérée, qui est tolérable dans les dispositifs de ce type Une augmentation inhabituelle de température considered, which is tolerable in devices of this type An unusual increase in temperature
peut intervenir même si le dispositif est normalement dis- can intervene even if the device is normally
posé dans une pièce à une température de 20 C Il est né- placed in a room at a temperature of 20 C It is ne-
cessaire que, lors d'une augmentation inhabituelle des tem- necessary that, during an unusual increase in
pératures, la construction mécanique du ressort à gaz, et plus particulièrement le cylindre et le système de guidage et d'étanchéité puissent résister à la pression supérieure temperatures, the mechanical construction of the gas spring, and more particularly the cylinder and the guiding and sealing system can withstand the higher pressure
qui en résulte.resulting.
Avantageusement la plage de températures de fonction- Advantageously, the operating temperature range
nement s'étend entre 50 C et + 100 C, et peut selon les cas être réduite de manière à être comprise entre 20 C et + 50 C ou entre 10 C et + 300 C. En outre le fluide possède mune tension de vapeur d'au moins 1,5 bar à l'intérieur de la plage de temp 6 ratures de fonctionnement, cette tension de vapeur pouvant être selon les cas d'au moins 1,5 bar A 30 C, d'au moins 2 bars O C, d'au moins 2 bars à 20 C, d'au moins 5 bars à 20 C, d'au moins 10 bars à 20 C, d'au moins 15 bars t 20 C et de moins de 150 bars ' 600 C, de moins de 150 bars A 100 C, de 1, moins de 100 bars à 60 o C, detmoins de 100 bars à 100 C, de It can be reduced between 20 ° C and + 100 ° C and can be reduced to between 20 ° C and + 50 ° C or between 10 ° C and + 300 ° C. at least 1.5 bar within the operating temperature range, this vapor pressure possibly being at least 1.5 bar at 30 ° C, at least 2 bars OC, at least 2 bar at 20 C, at least 5 bar at 20 C, at least 10 bar at 20 C, at least 15 bar at 20 C and less than 150 bar at 600 C, less than 150 bar at 100 C, 1, less than 100 bar at 60 o C, less than 100 bar at 100 C,
moins de 50 bars à 50 C ou de moins de 50 bars aà 100 C. less than 50 bars at 50 C or less than 50 bars at 100 C.
Selon un autre aspect de l'invention la phase fluide du liquide existe dans toutes les positions de la tige de piston entre ses deux positions extrêmes, la pression du dit fluide agissant sur la tige de piston étant constante According to another aspect of the invention, the fluid phase of the liquid exists in all the positions of the piston rod between its two extreme positions, the pressure of said fluid acting on the piston rod being constant.
a une température prédéterminée, indépendamment de la po- at a predetermined temperature, regardless of the
sition de ladite tige de piston.sition of said piston rod.
Les gaz qu'il est le plus intéressant d'utiliser dans The gases it is most interesting to use in
ce dispositif sont ceux qui ont une pression de condensa- this device are those which have a condensing pressure
tion (correspondant à la tension de vapeur) qui est suffi- (corresponding to the vapor pressure) which is sufficient
sante pour créer une force suffisante à la température d'une health to create sufficient strength at the temperature of a
pièce, c'est-à-dire à environ 1 C Ces conditions sont rem- piece, that is to say about 1 C These conditions are
plies par certains hydrocarbures et hydrocarbures halogén&s. folded by certain hydrocarbons and halogenated hydrocarbons.
Ces gaz peuvent être des gaz de synthèse. These gases can be synthesis gases.
Il est essentiel que les gaz mis en oeuvre soient iner- It is essential that the gases used are inert-
tes compte-tenu des composants mécaniques et des composants considering mechanical components and components
d'étanchéité du dispositif.sealing of the device.
A titre d'exemples de fluide pouvant être utilisé, peu- As examples of a fluid that can be used,
vent être cités l'exfluorure de soufre (SF 6) et le difluo- Sulfur exfluoride (SF 6) and difluorobromide
romonochlorométhane (C Hci F 2).romonochloromethane (C Hci F 2).
De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide Anyway the invention will be well understood using
de la description qui suit en référence au dessin sclénmati- of the following description with reference to the sclemen-
que annexé représentant à titre d'exemple non limitatif, that annexed representative by way of non-limiting example,
une forme d'exécution de ce dispositif, vu en coupe longi- an embodiment of this device, seen in longitudinal section.
tudinale: Le dispositif représenté au dessin comprend un cylindre ( 1) à l'intérieur duquel est ménag 6 e une cavité-(la) Une tige de piston ( 2) s'étend à l'intérieur et à l'extérieur The device shown in the drawing comprises a cylinder (1) inside which a cavity (a) is formed. A piston rod (2) extends inside and outside.
de la cavité, traversant un système de guidage et d'étan- of the cavity, passing through a system of guidance and
chléité ( 20) A l'intérieur de La cavit 6 (la), la tige de piston est équipée d'tlun piston ( 3) divisant celle-ci en (6) Within the cavity 6 (1a), the piston rod is equipped with a piston (3) dividing the piston
deux chambre de travail ( 17) et ( 1 i 8) Une valve ( 4) coopè- two working chambers (17) and (1 i 8) A valve (4) cooperates with
re avec des éléments d'étanchéité ( 15) et ( 21) de manière à séparer les chambres de travail ( 17) et ( 18) l'une de l'autre, et à séparer l'itntérieur de la tige de piston de la chambre de travail ( 18) Le piston (I) est combiné avec with sealing elements (15) and (21) so as to separate the working chambers (17) and (18) from each other, and separating the interior of the piston rod from the working chamber (18) The piston (I) is combined with
une tige de manoeuvre ( 5) coopérant avec un levier d'ac- an operating rod (5) cooperating with a lever of ac-
tionnement ( 6) traversant une ouverture ( 7) ménagée dans (6) passing through an opening (7) in
la tige de piston ( 2).the piston rod (2).
Un passage ( 16) traverse le piston ( 3) Dans la posi- A passage (16) passes through the piston (3) in the position
tion représentée, les chambres de travail ( 17) et ( 18) sont séparées l'une de l'autre par le clapet ( 4) de la valve, qui est maintenu dans la position représentée sous l'effet de la pression interne de la chambre de travail ( 18) Quand la tige d'actionnement ( 5) est déplacée vers le bas, le clapet ( 4) est également déplacé de telle sorte que le passage ( 16) met en communication les chambres de travail ( 17 et 18) Lorsque le passage ( 16) est fermé la tige de shown, the working chambers (17) and (18) are separated from each other by the valve (4) of the valve, which is held in the position shown under the effect of the internal pressure of the valve. working chamber (18) When the actuating rod (5) is moved downwards, the valve (4) is also displaced so that the passage (16) communicates the working chambers (17 and 18) When the passage (16) is closed the rod of
piston ( 2) et le piston ( 3) se trouvent dans un état sta- piston (2) and the piston (3) are in a steady state
tionnaire par rapport au cylindre ( 1) Lorsque le passage ( 16) est ouvert, la tige de piston ( 2) est déplacée vers le haut, comme représenté au dessin, du fait de la pression interne régnant dans les chambres de travail ( 17) et ( 18), agissant sur la tige de piston ( 2) La force agissant sur la tige de piston ( 2) est égale au produit de la pression relative to the cylinder (1) When the passage (16) is open, the piston rod (2) is moved upwards, as shown in the drawing, due to the internal pressure in the working chambers (17) and (18), acting on the piston rod (2) The force acting on the piston rod (2) is equal to the product of the pressure
interne régnant dans la cavité (la) par la section transver- inside the cavity (la) through the transverse section
sale de la tige de piston ( 2) définie par son diamètre ex- dirty piston rod (2) defined by its diameter ex-
térieur. La cavité (la) est remplie d'un fluide sous pression TER AL. The cavity (la) is filled with a fluid under pressure
comportant une phase gazeuse ( 22) et une phase liquide ( 23). having a gaseous phase (22) and a liquid phase (23).
Le volume de la phase liquide ( 23) est défini par la position The volume of the liquid phase (23) is defined by the position
de la tige de piston ( 2) à l'intérieur du cylindre ( 1). of the piston rod (2) inside the cylinder (1).
Lorsque la tige de piston ( 2) est déplacée vers l'extérieur, une certaine quantité de vapeur supplémentaire est évaporée à partir de la phase liquide ( 23) Lorsque la tige de piston ( 2) est déplacée vers l'intérieur du cylindre une certaine When the piston rod (2) is moved outward, a certain amount of additional steam is evaporated from the liquid phase (23) When the piston rod (2) is moved towards the inside of the cylinder some
quantité de fluide est condensée.amount of fluid is condensed.
Dans la forme d'exécution représentée au dessin, l'ex- In the embodiment shown in the drawing, the
trémité inférieure du cylindre repose sur une embase ( 24)Y, elle-même équipée de pattes ( 25), tandis que l'extrémité lower end of the cylinder rests on a base (24) Y, itself equipped with legs (25), while the end
libre de la tige de piston est équipée à son extrémité su- free of the piston rod is equipped at its end su-
périeure d'un plateau ( 26) dont la hauteur est à régler. upper plate (26) whose height is to adjust.
Exemple 1Example 1
La cavité (la) est remplie d'hexafluorure de soufre (F 56) La temp 6 rature de fonctionnement est de 20 C La The cavity (la) is filled with sulfur hexafluoride (F 56). The operating temperature is 20 ° C.
pression de vapeur de la phase gazeuse est de 21,2 bars. vapor pressure of the gas phase is 21.2 bar.
Le diamètre de la tige de piston est de 2 cm La section de la tige de piston est de 3,14 cm La force agissant sur la tige de piston est de 652, 7 N Ceci signifie que la The diameter of the piston rod is 2 cm The section of the piston rod is 3.14 cm The force acting on the piston rod is 652, 7 N This means that the
tige de pistoln est contrainte vers l'extérieur par une for- piston rod is constrained outward by
ce de 652,7 N, et peut être poussée vers l'intérieur par application vers le bas d'une force de 652,7 N, lorsque 652.7 N, and can be pushed inward by downward application of a force of 652.7 N, when
le passage ( 16) est ouvert Cette force demeure constan- the passage (16) is open This force remains constant
te durant toute la course de la tige de piston ( 2) du fait qu'il demeure toujours une phase liquide ( 23) à l'intérieur de la cavité et que la pression correspond toujours à la during the entire stroke of the piston rod (2) because there is still a liquid phase (23) inside the cavity and the pressure always corresponds to the
tension de vapeur de SF 6 a la température de 20 C. SF 6 vapor pressure at the temperature of 20 C.
Exemple 2Example 2
Le dispositif possède la même forme et les mêmes di- The device has the same shape and the same di-
mensions que celui décrit précédemment La cavité est rem- mensions than that previously described The cavity is replaced by
plie de difluoromonochlorométhane (CHC 1 F 2) La température de fonctionnement est de 20 C La tension de vapeur à cette température est d'environ 9,47 bars La force agissant sur la tige de piston est de 991,35 N. difluoromonochloromethane plaice (CHC 1 F 2) The operating temperature is 20 C The vapor pressure at this temperature is about 9.47 bar The force acting on the piston rod is 991.35 N.
Exemple 3Example 3
Le fluide contenu dans le cylindre est du butène-( 1) (C 4 H 8) La température de fonctionnement est d'environ 400 C La tension de vapeur agissant sur la tige de piston The fluid contained in the cylinder is butene- (1) (C 4 H 8) The operating temperature is about 400 C The vapor pressure acting on the piston rod
est de l'ordre de 5 bars.is of the order of 5 bars.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux It goes without saying that the invention is not limited to
seules formes d'exécution de ce dispositif, décrites ci- only embodiments of this device, described below.
dessus à titre d'exemples, elle en embrasse, au contraire, as examples, it embraces, on the contrary,
toutes les variantes de réalisation et de mise en oeuvre. all the variants of implementation and implementation.
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