FR2772446A1 - Ressort a gaz - Google Patents
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Abstract
Le ressort à gaz (1) comprend un cylindre (7) rempli en gaz sous pression, un piston (15) sur une tige de piston (13) et subdivisant le cylindre (7) en deux chambres de travail (17; 19), et une valve de commutation (21) dépendante de la direction de déplacement dans le piston (15). En parallèle est branchée une valve de surpression (33) comprenant un ressort (35) et un corps de valve (37). Dans une première plage de course un by-pass contourne les valves de commutation (21) et de surpression (33), suivie d'une plage de course sans by-pass, et le ressort à gaz (1) étant arrêté dans cette dernière plage; La force du ressort (35) de la valve de surpression (33) dépend de la température, plus élevée lorsque la température de service augmente, grâce à quoi la force pour ouvrir la valve de surpression (33) augmente dans la même mesure.
Description
La présente invention concerne un ensemble à piston-et-cylindre, appelé
"ressort à gaz", qui comprend un cylindre avec un remplissage fluide, constitué au moins partiellement d'un gaz sous pression, tel qu'un piston agencé sur une tige de piston dans le cylindre subdivise le cylindre en deux chambres de travail, et une valve de commutation dépendante de la direction de déplacement est agencée dans le piston, avec une valve de surpression, comprenant un ressort et un corps de valve, branchée en parallèle à cette valve de commutation, de telle façon que dans une première plage de course du piston un by-pass contourne la valve de commutation et la valve de surpression, et une plage de course exemple de by-pass suit la première plage de course, le
ressort à gaz étant arrêté dans la plage de course exempte de by-pass.
Du document DE 33 01 544 AI est connu un ensemble à piston-et-
cylindre avec la structure d'un ressort à gaz que l'on emploie afin d'ouvrir des volets capables de basculer vers le haut, par exemple des portes de hayon dans un véhicule. La particularité du ressort à gaz
reside dans le fait que l'on établit deux plages angulaires d'ouverture.
Dans une première plage angulaire d'ouverture, le ressort à gaz se déploie automatiquement sous la force de la pression qui agit sur la section de la tige de piston, jusqu'à ce que le piston atteigne l'extrémité d'une gorge de by-pass, laquelle relie les deux chambres de travail qui sont séparées par le piston dans la deuxième plage angulaire
d'ouverture.
Dans la zone de la deuxième plage angulaire d'ouverture, l'échange de fluide est influencé par une valve de surpression constituée par un ressort hélicoïdal et par un joint de valve. Lors de l'utilisation, la valve de surpression peut être ouverte par une force extérieure additionnelle, comme par exemple la force exercée par l'utilisateur à la main, grâce à quoi le volet se laisse déplacer dans la deuxième plage angulaire d'ouverture. Dès que l'on laisse le volet, le joint de valve précontraint par un ressort referme une ouverture de valve. Le coussin de gaz comprimé dans la chambre de travail éloignée de la tige de piston maintient le volet dans la position désirée dans la deuxième plage angulaire d'ouverture. Si le volet doit être déplacé plus loin, on doit alors employer à nouveau un
effort manuel.
Un problème fondamental, propre à tous les ressorts à gaz, c'est que la force de déploiement dépend très fortement de la température. Pour ce problème, on connaît de nombreuses solutions possibles. Une possibilité consiste par exemple à maintenir la température du gaz dans le ressort à gaz à une valeur de consigne au moyen d'un chauffage électrique. Le document DE 44 21 773 Ai décrit un tel système. Un inconvénient fondamental, c'est que la complexité de l'appareillage et la
dépense d'énergie sont considérables.
Le document DE 694 01 158 T2 décrit un ressort à gaz à auto-blocage avec une valve de by-pass dépendante de la température. La valve de by-pass dépendante de la température contient un ressort à bilame dont la force élastique augmente lorsque la température décroît et précontraint alors une valve dans la direction de fermeture. Selon la température, la valve en question est ouverte plus ou moins fort sous la pression de service dans la chambre de travail du côté de la tige de piston, grâce à quoi la force de déploiement du ressort à gaz doit être
maintenue plus ou moins constante.
L'objectif de la présente invention, c'est de réaliser un ensemble à piston et cylindre, réalisé sous la forme d'un ressort à gaz, avec deux plages d'ouverture de telle façon que la force de maintien du ressort à gaz soit indépendante de la température dans la plage dans laquelle le mouvement de déploiement de la tige de piston être déclenché ou
poursuivi à la main.
Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par le fait que le ressort de la valve de surpression présente une force élastique dépendante de la température, présentant une force élastique plus élevée lorsque la température de service augmente, grâce à quoi la force de pression nécessaire pour l'ouverture de la valve de surpression augmente de la même valeur. La force de pression nécessaire pour ouvrir la valve de surpression dépend de la température. Plus la température est élevée, plus importante est également la force de
pression dans la direction d'ouverture de la valve de surpression.
Cependant, la force de pression qui agit dans la direction de déploiement de la tige de piston augmente dans la même mesure. Par conséquent, il s'établit un comportement de même sens entre les forces de pression et les forces élastiques actives, ce qui mène à ce que la force manuelle nécessaire selon les circonstances en fonctionnement est constante et avant tout que la force de maintien du ressort à gaz devient également constante et indépendante de la température. Dans l'état de la technique, on devait s'assurer de disposer également sous des températures de service élevées d'une force de maintien suffisante dans la position d'arrêt intermédiaire, avec pour conséquence qu'il était nécessaire d'appliquer une force manuelle très élevée pour surmonter la position d'arrêt intermédiaire à basse température. Grâce à la solution
conforme à l'invention ce problème ne se pose plus.
En vue d'une réalisation simple et économique, le ressort dépendant de la température est formé par un ressort à bilame. On peut renoncer à une énergie externe, ou bien à des dispositifs de commande, puisque grâce à une conception judicieuse des composants on réalise une compensation en température et par conséquent une compensation en
force dans la plage habituelle de température entre - 40 C et + 80 C.
Selon une autre réalisation structurelle, le piston comporte un tronçon en douille avec un fond, et ce fond a une section de passage susceptible d'être recouverte par le corps de valve de la valve de surpression. On peut réaliser un siège de valve avec une faible complexité de production. On prévoit que le tronçon de douille dans le piston présente un élément obturateur sur lequel s'appuie le ressort de la valve de surpression. Ainsi, le tronçon de douille forme un boîtier pour la valve de surpression. En particulier lorsque la valve de surpression et l'élément obturateur sont agencés dans la direction axiale de l'ensemble
à piston-et-cylindre, on peut monter le piston d'une manière commode.
Le ressort de la valve de surpression est souvent soumis, tout comme les autres composants de l'ensemble à piston-et-cylindre, à des vibrations plus ou moins fortes, en particulier dans un véhicule. De plus, à cause des variations de température il peut se produire des dilatations en longueur, qui modifient la position du ressort. Afin d'assurer la position de montage du ressort de la valve de surpression,
l'élément obturateur présente un guidage en forme de fente.
Puisque le ressort présente une section sensiblement en forme de U, l'élément obturateur forme une autre surface de guidage pour l'un des bras du ressort, qui porte le corps de valve, en direction du bras. La
liberté de déplacement du ressort est ainsi déjà limitée dans un axe.
Additionnellement, le guidage en forme de fente présente une surface de butée sur laquelle le bras du ressort vient en appui sous des températures extrêmement basses. On doit éviter que le ressort en forme de U devienne si fortement incurvé que le corps de soupape
tombe hors de la position prévue.
Pour atteindre que l'écoulement du fluide à travers le piston soit le plus court possible et autant que possible exempt de zones en coin, l'élément obturateur présente une communication de fluide vers la chambre de
travail éloignée de la tige de piston.
En cas de besoin on peut exploiter l'avantage que l'élément obturateur présente une plaquette d'obturation, laquelle constitue une surface de
butée pour une butée en pression.
Afin de simplifier la fabrication du piston, le piston est enfilé sur un tenon de la tige de piston et fixé sur celui-ci, et l'on réalise dans le piston une ouverture de réception pour le tenon de la tige de piston, un tronçon de cette ouverture représentant une chambre antérieure pour la valve de surpression. On économise alors la dépense supplémentaire pour la réalisation d'une chambre antérieure de valve. La liaison entre le piston et le tenon de piston n'a même pas besoin d'être étanche à la pression, du fait qu'une petite fuite ne représente aucune influence sur
le comportement de l'ensemble à piston-et-cylindre en service.
L'invention sera expliquée plus en détail dans la description qui va
suivre des figures; ces figures montrent: figure 1, une représentation d'une situation de montage donnée à titre
d'exemple;
figure 2, une représentation de principe de l'ensemble à piston-et-
cylindre;
figure 3, une représentation de détail du piston de l'ensemble à piston-
et-cylindre; figure 4, une représentation de détail de l'élément obturateur; et figure 5, un diagramme force/course de l'ensemble à piston-et-cylindre
selon la présente invention.
La figure 1 montre une application donnée à titre d'exemple d'un ensemble à piston-et-cylindre (1) sous la forme d'un ressort à gaz, que l'on appellera par la suite à ressort à gaz (1), sur un volet de hayon (3) dans une automobile (5). Le volet de hayon présente au moins une plage angulaire d'ouverture cal 1, qui est parcourue de façon autonome et indépendamment d'une force manuelle FHand, sous la force de déploiement FG. du ressort à gaz. A la fin de la première plage angulaire d'ouverture, le volet reste immobile. Le but de cette caractéristique, c'est qu'il n'est d'une part pas exclu, dans des garages de faible hauteur, que le volet de hayon vienne buter au plafond du garage, ou bien encore qu'une personne de petite taille ne puisse plus atteindre la poignée pour refermer le volet de hayon. Pour des personnes de grande taille, subsiste la possibilité de pouvoir ouvrir le volet de hayon plus loin, jusqu'à un angle d'ouverture désiré dans une deuxième plage angulaire d'ouverture, en appliquant la force manuelle FHad. On peut également concevoir le ressort à gaz de telle manière que la deuxième plage angulaire d'ouverture soit réalisée sous forme d'un arrêt intermédiaire simple au niveau d'un point d'arrêt, et de la faire suivre d'une autre plage angulaire d'ouverture dans laquelle le ressort à gaz parcourt à nouveau de façon autonome un déplacement de déploiement
sans force manuelle.
La figure 2 montre le ressort à gaz 1 sous une représentation en coupe.
Le ressort à gaz 1 comprend un cylindre 7 avec un fond 9 à l'extrémité.
L'extrémité ouverte du cylindre est refermée de façon étanche à la pression par un guidage de tige de piston 11, qui reçoit une tige de piston 13 axialement mobile. A la tige de piston est fixé un piston 15 qui subdivise le cylindre 7 en deux chambres de travail 17 et 19. Le piston 15 dispose de deux valves. Une valve de commutation 21 comprend une bague de piston 23, agencé axialement mobile dans une gorge annulaire 25 du piston, et en contact de friction contre la paroi intérieure du cylindre 7. En fonction de la position de commutation à l'intérieur de la gorge annulaire du piston on libère ou on bloque une liaison d'écoulement 27 entre les chambres de travail. Si la bague de piston est appliquée contre une paroi latérale supérieure 29 de la gorge, la liaison d'écoulement est ouverte, et par contre si le piston est appliqué contre la paroi latérale inférieure 31 de la gorge, cette liaison
est fermée.
Une valve 33 est réalisée sous forme de valve de surpression, comprenant une section de valve DB susceptible d'être obturée, et un corps de valve 37 précontraint par un ressort de compression 35. Le ressort de compression est réalisé sous forme de ressort à bilamne qui exerce entre une force élastique FFede, qui augmente lorsque la
température du gaz dans le cylindre augmente.
Ainsi, on obtient le comportement de fonctionnement suivant, indépendamment de la température:
Dans un premier tronçon de la longueur du cylindre 7, une gorge de by-
pass 39 est ménagée dans la paroi intérieure, eft la longueur de cette gorge est proportionnelle à l'angle d'ouverture cxl. La pression du gaz dans le cylindre, qui agit sur la section de la tige de piston 13 de diamètre DK, fait déployer la tige de piston indépendamment de la position de commutation des deux valves à 29 et 33, jusqu'à atteindre l'extrémité de la gorge de by-pass. Ensuite, la tige de piston reste immobile, puisque la liaison d'écoulement via la gorge de by-pass est interrompue, la valve de commutation 29 est également refermée, puisque la bague de piston 23 vient en contact contre la paroi latérale inférieure de la gorge après un déplacement de déploiement, en raison de la force de friction qui agit entre la bague de piston et la paroi intérieure du cylindre, et le corps de valve est précontraint par le ressort contre la section de valve DB. Pour une poursuite du déplacement de déploiement, la tige de piston est tirée hors du cylindre au moyen d'une force manuelle additionnelle sur le volet, suite à quoi la valve de surpression 33 est ouverte en raison de la montée en pression dans la chambre de travail 17. À un tronçon 41 dépourvu de gorge se raccorde une autre gorge de by-pass 43, qui amène le ressort à gaz à se déployer de façon autonome, tout comme à l'intérieur de la première de gorge de by-pass. Dans la direction de rétraction, la bague de piston 23 est déplacée jusqu'en contact contre la paroi latérale supérieure de la gorge, sous la force de friction provenant de la paroi intérieure du cylindre, en raison de quoi la liaison d'écoulement 27 devient libre. Il peut se produire un échange de fluide entre les deux chambres de travail 17 et 19, et la tige
de piston peut être rétractée.
La figure 3 montre le piston 35 sur la tige de piston 13, sous forme d'un élément individuel, et à la différence de la figure 2, on emploie un ressort de compression 35 agencé en direction axiale. La décision relative à l'orientation du ressort de compression dépend de façon
déterminante du diamètre du cylindre 7.
Comme on le voit, le piston comprend une partie principale avec un tronçon de douille 45 en partant d'un fond 47. Dans le fond 47 est ménagée une section de passage DB susceptible d'être obturée par le corps de valve 37. Le corps principal de piston possède une ouverture de réception dans laquelle on peut introduire un tenon 49 de la tige de piston. Sur ce tenon de la tige de piston est ménagé un rétrécissement 51, de sorte que la paroi qui forme l'ouverture de réception peut être partiellement enfoncée par pressage dans le rétrécissement, grâce à quoi on établit une liaison par coopération de formes. L'ouverture de réception est plus profonde que la profondeur d'introduction du tenon de la tige de piston, de sorte qu'il existe entre le fond 47 et la face frontale du tenon de la tige de piston une chambre antérieure de valve 52, à la limite de la section de passage DB, qui présente des raccords radiaux 53 dans la gorge annulaire 25 du piston. Dans le tronçon de douille 45 du piston 15 est agencé un élément obturateur 55, lequel est également fixé sur le piston par l'intermédiaire d'une liaison à coopération de formes. A l'élément d'obturation appartient une plaquette d'obturation 57 sur laquelle est réalisé un tenon de maintien 59 pour le ressort de compression 35, réalisé en forme de U. Par conséquent, le ressort de compression est fixé à son bras inférieur 35a. Le bras vertical 35b est appliqué contre le tronçon de douille 45, et l'on doit tenir compte du fait que le ressort de compression est réalisé en matériau en bande plane et le tronçon de douille est réalisé sous forme cylindrique, de sorte que la distance apparente entre le bras vertical 35b et le tronçon de douille n'existe
qu'en raison de la représentation de la figure.
La description qui va suivre se rapporte aux figures 4a à 4c. L'élément
obturateur comporte également un tronçon de centrage 61, sensiblement en forme de demi-cercle, dont la surface d'obturation supérieure 63 est appliquée contre le fond 47. Le tronçon de centrage possède, dans la région du bras transversal supérieur 35c du ressort de compression 35, un évidement 65 en forme de fente, qui présente une première surface de guidage 67, afin de guider le bras transversal 35c du ressort de compression dans le sens radial. En outre, des parois latérales 69 et 71 assurent un guidage du ressort de compression en direction transversale. Une surface de butée 73 a pour rôle que le ressort de compression ne puisse pas se déformer trop fort vers l'intérieur sous des températures extrêmement basses, et que le corps de
valve tombe depuis le ressort de compression.
Comme déjà décrit en se rapportant à la figure 2, le fluide traverse le piston par l'intermédiaire de la valve de surpression 33. Dans la figure 3, on peut voir que le fluide peut s'écouler vers l'intérieur du tronçon de douille. Entre le tronçon de douille et la chambre de travail éloignée de la tige de piston, il existe au moins une liaison de fluide 75 (figure 4c) dans la région de la plaquette d'obturation 57. L'élément obturateur peut être fabriqué par exemple à l'aide de techniques de moulage. Par conséquent, les liaisons de fluide 75 sont ménagées au niveau de la
bordure de la plaquette d'obturation, afin de simplifier le démoulage.
Par ailleurs, la plaquette d'obturation massive convient également comme butée pour une butée de pression 77 (voir la figure 2) dans la
chambre de travail inférieure du ressort à gaz.
La figure 5 est destinée à montrer clairement le comportement de fonctionnement du ressort à gaz. Le diagramme présente un axe horizontal sur lequel est reportée la course s de la tige de piston. L'axe vertical indique la valeur de la force F qui est exercée par le ressort à gaz en fonction de la course s de la tige de piston. Le point Pi correspond à la tige de piston déployée, laquelle est rétractée en partant du point 1 jusqu'au point 2. À partir du point 3, la tige de piston est à nouveau déployée, et la différence de force entre les points P2 et P3 dépend entre autres de la friction à l'intérieur du ressort à gaz. À la sortie supérieure de la gorge de by-pass 39 on atteint le point 4. Au point 4, il peut encore juste se produire un échange de fluide entre les chambres de travail 17 et 19, mais par contre la valve de commutation 21 et la valve de surpression 33 sont fermées au point 5. Dans la chambre de travail supérieure 17 il s'établit une pression plus élevée que dans la chambre de travail inférieure 19. La différence de pression Ap entre les chambres de travail 17 et 19 se calcule comme suit: (1) Ap = FFeder/(("/4) x DB2) dans laquelle: FFder = force du ressort 35 dans la valve de surpression 33, et
DB = diamètre du passage dans la valve de surpression 33.
À partir de la différence de pression Ap, on peut calculer la force de déploiement réduite Frd entre le point 4 et le point 5 (2) Fred = Ap x 7/4 x (Dzyl2- DK2) dans laquelle: D2l = diamètre intérieur du cylindre 7 du ressort à gaz, et
DK = diamètre de la tige de piston 13.
Dans l'équation (2), si l'on remplace Ap par le contenu de l'équation (1), il en résulte:
(3) Fred = FFeder X ((Dzyl2- DK2)/DB2).
En outre, entre la force de déploiement réduite Fred, la force de déploiement FAUS lorsque les valves 21 et 33 sont fermnées, et la force de déploiement FGa lorsque les valves 21 et 33 sont ouvertes (voir figure 5), s'applique la relation suivante: (4) Fred = FGas - FAUS Si l'on met sur le même plan les équations (3) et (4), on obtient la relation:
(5) FFeder X ((Dzy2 - DK2)/DB2)= FGas - FAUS.
Si l'on considère les forces au niveau du volet lorsque les valves 21 et 33 sont fermées, on obtient alors la condition suivante pour l'équilibre des forces: (6) FAus = FG - FHand dans laquelle: FG = force du poids, par exemple du volet de véhicule, et FHand = force manuelle pour surmonter la position d'arrêt du ressort à gaz. Dans l'équation (5) si l'on remplace le terme FAUS par le contenu de l'équation (6), il en résulte alors:
(7) FFeder x ((Dzyl2- DK2)/DB2)= FGaS - FG + FHand.
Les valeurs de FFeder et FGa sont dépendantes de la température, dans le sens que les deux forces augmentent ou diminuent de façon proportionnelle. La force de poids FG est une constante dans l'équation
(7). Par conséquent, la force manuelle FHaid est également constante.
Claims (10)
1. Ressort à gaz (1) comprenant un cylindre (7) avec un remplissage en fluide, lequel est constitué au moins partiellement par un gaz sous pression, un piston (15) agencé sur une tige de piston (13) dans le cylindre (7) subdivisant le cylindre (7) en deux chambres de travail (17; 19), et une valve de commutation (21) dépendante de la direction de déplacement étant agencée dans le piston (15), et à cette valve de commutation est branchée parallèlement une valve de surpression (33) constituée par ressort (35) et par un corps de valve (37), de sorte que dans une première plage de course du piston (15) un by-pass contourne la valve de commutation (21) et la valve de surpression (33), avec à la suite une autre plage de course exempte de by-pass, et le ressort à gaz (1) étant arrêté dans la plage de course exempte de by-pass; caractérisé en ce que le ressort (35) de la valve de surpression (33) présente une force élastique dépendant de la température, qui présente une force plus élevée lorsque la température de service augmente, grâce à quoi la force de pression nécessaire pour ouvrir la valve de surpression (33)
augmente dans la même mesure.
2. Ressort à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort dépendant de la température (35) est formé par un ressort à
bilame.
3. Ressort à gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (15) comprend un tronçon de douille (45) avec un fond (4,7), ledit fond (47) présentant une section de passage (DB) qui peut être
recouverte par le corps de valve (37) de la valve de surpression (33).
4. Ressort à gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tronçon de douille (45) dans le piston (15) comprend un élément obturateur (55), sur lequel s'appuie le ressort (35) de la valve de
surpression (33).
5. Ressort à gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément obturateur (55) présente un guidage en forme de fente (65)
pour le ressort (35) de la valve de surpression (33).
6. Ressort à gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ressort (35) présente une section sensiblement en forme de U, et l'élément obturateur (55) présente une autre surface de guidage (67) pour un bras (35c) du ressort (35), qui porte le corps de valve (37), en
direction du bras (35c).
7. Ressort à gaz selon la revendication 5, caractérisé en ce que le guidage en forme de fente (65) présente une surface de butée (73) sur laquelle le bras du ressort (35) vient en contact pour des températures
extrêmement basses.
8. Ressort à gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément obturateur (55) présente une liaison de fluide (75) vers la
chambre de travail (19) éloignée de la tige de piston.
9. Ressort à gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément obturateur (55) comporte une plaquette d'obturation (57) qui
présente une surface de butée pour une butée de pression (77).
10. Ressort à gaz selon le l'une des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que le piston (15) est enfilé sur un tenon (49) de la tige de piston (13), et est fixé à ce tenon, et dans le piston (15) est ménagée une ouverture de réception pour le tenon de la tige de piston, un tronçon de cette ouverture représentant une chambre antérieure (52) pour la valve de
surpression (33).
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