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"Perfectionnements aux coupelles d'étan- chéité applicables plus particulièrement aux cylindres à manoeuvre hydraulique." ---------- --------------------------------
L'invention se rapporte à des coupelles d'étan- chéité, et bien qu'elle puisse recevoir de nombreuses applica.tio'ns, a été plus particulièrement destinée à des cylindres à manoeuvre hydraulique, notamment à des cy- lindres de roue d'un mécanisme de freinage hydraulique qui se trouve couramment employé sur des véhicules au- tomobiles.
L'invention a trait plus particulièrement à une coupelle en caoutchouc ou analogue, reliée de telle façon aux organes de cylindre de roue susceptibles de se dépla- cer l'un par rapport à l'autre (le cylindre et le piston) qu'une ferm'eture étanche du mécanisme est assurée tout en empêchant un échappement du liquide de manoeuvre à l'exté- rieur ainsi qu'une entrée d'air dans le mécanisme de frei- nag e.
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Un des buts principaux de l'invention consiste à donner une coupelle d'étanchéité qui aura une vie plus longue que les coupelles antérieures et dans laquelle les risques de déchirure seront réduits au minimum.
Les caractéristiques principales de l'invention consistent en ce que la coupelle a une paroi de dimension telle qu'elle ne pourra pas fléchir sous l'effet d'une dépression qui se produit quand on a lâché la pédale de manoeuvre de frein ; coupelle est pourvue d'une paroi sensiblement conique, de sorte que la pression interne agit de façon à vaincre la friction entre la paroi externe latérale de la coupelle et la paroi du cylindre ; di- mensions convenables sont données au coin notamment à l'endroit de jonction de la paroi latérale et du fond arrondi ayant la forme de coupole ;et perfectionnement est introduit dans les dimensions du fond de la coupelle qui sont choisies en fonction des dimensions de cette cou- pelle.
Les buts et avantages ci-dessus et encore d'autres apparaitront de la description qui suit.
Dans les dessins qui sont annexés:
La Figure 1 est une vue en coupe au travers de l'un des cylindres de roue, dans lequel une paire de coupelles d'étanchéité perfectionnées sont conjuguées avec une paire de pistons montés dans ledit cylindre ;
La Figure 2 est aussi une coupe au travers d'une coupelle à laquelle est appliquée la présente invention, mais d'une taille plus petite que celle montrée sur la Figure 1;
La'Figure 3 est une vue schématique;
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La Figure 4 est un diagramme montrant les variantes successives de la coupelle et les variations des proportions pour de différentes tailles;
La Figure 5 est un autre diagramme; et
La Figure 6 est encore un autre diagramme.
En se référant aux dessins, 11, 13 et 13 montrent un cylindre de roue, les pièces 13 étant vissées dans le boitier 11 de façon à encastrer entre lesdits organes les brides annulaires 15 des coupelles d'étanchéité en caoutchouc.
Les coupelles ont des parois latérales 17 qui se terminent par des parties arrondies en forme de coupole 19. Les pa- rois latérales de la coupelle sont disposées au voisinage des parois internes des pièces 13,13 et les coupoles 19 s'appliquent contre les faces concaves 21 des pistons 23 montés de façon à pouvoir coulisser dans les pièces 13.
Ces pistons ont des extrémités rétrécies 25 qui se projet- tent au travers des ouvertures 27 prévues dans les extré- mités fermées des pièces 13. Dans les extrémités rétré- cies 25 sont prévus des trous dans lesquels s'engagent li- brement les vis 28, dont les extrémités externes s'engagent avec les mâchoires de façon à ce que ces vis ne puissent pas tourner par rapport aux mâchoires, comme montré de façon som- maire en 2929. Des écrous de réglage 31 sont vissés sur les vis. Ces écrous sont destinés à s'engager avec les ex- trémités des pièces 13 et déterminer ainsi la limite de re- trait des mâchoires. Ces écrous sont également engagés par les extrémités de piston 25.
Lorsque les pistons sont dé- placés vers l'extérieur par le fait de l'expansion de cou- pelles en caoutchouc qui se produit sous l'action du liquide mis sous pression, les extrémités des pistons poussent vers l'extérieur les écrous qui par l'intermédiaire des vis 28 poussent les mâchoires au contact du tambour. En faisant
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tourner l'un de ces écrous, la vis est déplacée en direction axiale de façon à régler le jeu des mâchoires, la vis ne pou- vant pas tourner par rapport à la mâchoire.
Il a été trouvé que la coupelle a une durée plus longue si le rayon extérieur de la coupole est plus grand que le rayon de la paroi latérale et si le rayon extérieur de la coupelle à l'endroit de jonction de la paroi latérale à la coupole est plus petit que le rayon de la paroi latérale.
L'expérience a montré que ces caractéristiques appliquées à la coupelle sont avantageuses, la coupelle conformément à la présente invention étant en outre caractérisée par les traits suivants:
En premier lieu, il a été trouvé que non seulement les meilleurs résultats sont obtenus avec les rayons énoncés comme ci-dessus, mais que l'épaisseur de la coupelle du côté de la paroi ainsi que du côté de la coupole a une grande im- portance. Lorsque l'on lâche les freins, le piston du maitre- cylindre peut retourner en position de repos plus rapidement que les pistons du cylindre de roue. Ceci a comme résultat de produire un certain deg.ré de dépression dans le système.
Si les parois en caoutchouc ne sont pas suffisamment épaisses pour résister à la variation de la pression, elles peuvent fléchir et être retirées du contact des parois métalliques.
Un jeu est ainsi créé, qui devra être rattrapé au commence- ment de la course prochaine de la pédale et du piston prin- cipal. Ceci a comme résultat d'augmenter la course de la pédale pour produire une application efficace des freins.
Afin de remédier à cet inconvénient, les parois de la partie latérale ainsi que de la coupole doivent être suffisamment épaisses pour qu'elles ne puissent pas fléchir sous l'effet d'une dépression qui peut se produire lors du retour du piston
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principal. Il a été trouvé que ces inconvénients sont éliminés si les parois résistent à une dépression de 0,211 Kg par centimètre carré, l'épaisseur requise en pratique pour résister à une telle dépression dépendant évidemment des caractéristiques du caoutchouc. Il est intéressant de noter d'après la Figure 4 que les coupelles A et B ont des parois minces et que ces parois fléchissent sous l'effet de la dépression. La coupelle C cependant ne fléchit pas du fait des parois plus courtes et du fait que le coin est renforcé.
On doit en outre noter que lorsque les pistons 25 retournent en position de repos, ils compriment légérement les coupelles en caoutchouc, de sorte que lors du fonction- nement, le caoutchouc est tantôt comprimé, tantôt détendu en passant par une phase neutre. Lorsque la coupelle est comprimée, il a été trouvé qu'une tendance existe à pousser vers l'intérieur le caoutchouc dans le centre de la coupole, à moins que la paroi de la coupelle ait une épaisseur suffi- sante pour empêcher cet effet. La longueur de la coupelle lorsqu'elle n'est pas soumise à une pression est suffisante pour que le piston respectif dépasse légèrement la tête du cylindre.
Les ressorts de rappel ramènent les pistons en arrière, de façon à ce qu'ils soient dans le même plan que les têtes du cylindre, et en ce faisant appliquent une légère compression au caoutchouc, qui est suffisamment raide afin qu'il ne puisse pas fléchir sous l'effet de cette com- pression. Cette structure a pour but d'augmenter la lon- gueur possible de la course sans endommager le caoutchouc.
Pour tenir compte de l'allongement axial du ca- outchouc et de la friction entre la paroi de la coupelle et la paroi du cylindre, la coupelle en caoutchouc a une
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paroi latérale dont l'épaisseur augmente progressivement de l'endroit voisin de la bride de fixation vers le fond ayant la forme de coupole. Les essais de durée de ces coupelles ont démontré d'une façon probante l'avantage de cette structure.
Les raisons d'une durée plus longue de ces cou- pelles peuvent être expliquées comme suit :
La paroi latérale est étirée sous l'action de la pression qui agit sur le fond de la coupelle et qui pousse ce fond en direction axiale. La paroi latérale peut être considérée comme étant constituée par plusieurs bandes an- nulaires marquées 1,2, 3 sur la Figure 3. Si ces bandes étaient d'une épaisseur uniforme, et s'il n'y avait pas de friction, rallongement axial de chaque bande aurait été le même. Etant donné le fait que chaque bande cependant est étirée en direction axiale de la même valeur à partir de sa position de repos, la bande 2 ne sera pas seulement soumise à une augmentation de longueur a mais sera en outre étirée d'une longueur a du fait de l'allongement de la bande 1.
De même la bande 3a sera étirée de a et en outre de 2a du fait de l'allongement des bandes 1 et 2. La pression uni- forme qui agit sur la paroi latérale produit un frottement entre la paroi latérale extérieure de la coupelle et la paroi du cylindre et étant donné qu'un àllongement de plus en plus grand a lieu dans chaque bande successive, il est nécessaire qu'une force axiale plus grande compense un frottement plus fort. En donnant à la surface interne de la paroi de la coupelle une forme sensiblement conique à partir de la bride de fixation, de sorte que l'épaisseur de cette paroi aug- mente vers la coupole, la pression rencontre la surface conique, et fournit une composante axiale, qui augmente
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au fur et à mesure que la distance augmente de la bride de fixation jusqu'à la coupole.
Cette composante axiale croissante est suffisante pour tenir compte du frottement additionnel qui résulte du déplacement axial de plus en plus grand de bandes successives du caoutchouc le long de la paroi cylindrique.
Les caractéristiques du caoutchouc au coin, la jonction de la tête à la paroi latérale forment l'objet d'un procédé donné par la présente invention. Pour obte- nir de meilleurs résultats, l'allongement du caoutchouc doit être confiné à la paroi latérale et non au fond de la coupelle ou au coin de celle-ci. Dans les formes anté- rieures,lorsqu'une pression hydraulique a été appliquée, le centre de la coupole suivait le piston, de sorte que le coin de la coupelle et l'extrémité attenante de la paroi latérale avaient tendance à se dégager de la paroi du cy- lindre. Une pression additionnelle exercée après que les mâchoires ont été amenées au contact du tambour, n'augmen- tait pas de façon sensible le déplacement des pistons. Ces pressions accrues augmentaient la friction de la paroi la- térale et s'opposaient à l'extension de la paroi latérale.
La coupelle était ramenée progressivement au contact de la paroi du cylindre et finalement une extension locale se produisait au coin de la coupelle. Dans les coupelles an- térieures qui avaient une épaisseur uniforme, le fond de la coupelle s'allongeait lui-même, de sorte qu'une partie de la coupole était déplacée de façon à ce qu'elle s'engage avec la paroi du cylindre. Ce déplacement était apparent par le fait que le fond de la coupelle devenait râpé dans une région très voisine de la paroi latérale. Le renfor- cement du fond et du coin de la coupelle a été trouvé comme
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une solution de cet inconvénient. Ces changements du fond et du coin s'accommodent très bien de la structure conique de la paroi interne latérale, comme cela apparait de l'examen des dessins.
Lorsque le fond est renforcé, sa tendance à s'étirer est supprimée. Le renforcement du coin donne plus de matière à l'endroit où le caoutchouc a tendance à se râper, et la partie du fond attenante à la paroi latérale ne peut pas s'échapper au delà du coin pour faire partie de la paroi latérale. Ce renforcement du coin donne un rayon plus long à l'intérieur. Lorsque le rayon interne est court, une ten- dance existe à ce qu'une déchirure se produise juste à l'en- droit opposé à la région où le caoutchouc devient râpé à l'extérieur.
Le renforcement du coin de la manière montrée, qui donne à la paroi interne un rayon long et une forme qui n'ad- met pas de changement.brusque d'épaisseur empêche la formation d'efforts internes localisés. Ceci a de l'importance parce que nécessairement la paroi interne est bien plus petite que la paroi externe et par conséquent, la tension ou l'effort lors du fonctionnement est plus grand. Il doit être également noté que le frottement entre le liquide et la paroi interne est né- gligeable., tandis que le frottement entre la paroi externe et le cylindre est considérable, du fait de haute pression et de l'extension du caoutchouc. La paroi externe et la paroi in- terne ont par conséquent une tendance à se déplaça* l'une par rapport à l'autre en direction axiale lorsqu'une pression est appliquée au liquide.
Un rayon plus grand du coin et une épaisseur qui augmente progressivement remédient à l'incon- vénient qui peut résulter de ce fait.
Il est rappelé que la pression appliquée au fond de la coupelle doit étirer la paroi latérale et ceci sans dé-
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placer le fond de la coupelle par rapport à la paroi laté- rale. Ce déplacement est empêché par un renforcement du fond et des endroits formant le coin. Etant donné que la surface latérale est directement proportionnelle au rayon, tandis que la surface du fond est proportionnelle au carré du rayon, on remarquera que pour des petites tailles de la coupelle, il faut que la coupole soit très épaisse, tandis que pour des coupelles de grand diamètre, la pression totale, du fait de la grande surface du fond, est suffisante pour étirer la paroi latérale lorsque la pression par unité de surface est suffisamment basse pour éviter le danger du déplacement du fond par rapport à la surface latérale.
Pour cette raison, les coupelles à petit diamètre sont pourvues d'une tête re- lativement épaisse ainsi que d'un coin épais. Dans les tailles plus grandes, le coin doit être épais pour les raisons énoncées, mais la partie centrale de la tête peut être faite plus mince sans affecter d'une façon défavorable le fonctionnement. En fait, il est avantageux de faire cet endroit plus mince parce que cela augmente la surface interne et diminue par conséquent l'extension par unité de surface tout en empêchant qu'une ex- tension localisée se produise.
Il a été trouvé que les coupelles fabriquées confor- mément aux conceptions inventives décrites ont une durée beaucoup plus longue que les coupelles antérieures. Les ca- ractéristiques essentielles de ces coupelles consistent dans la section conique donnée à la paroi latérale interne, le ren- forcement du fond et du coin, et l'emploi d'un fond relative- ment plus mince dans le cas de coupelles à grand diamètre.
Ces caractéristiques sont réalisées en variant l'intérieur de
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la coupelle, c'est-à-dire que les modifications de l'épais- seur ont lieu en variant la paroi interne, l'extérieur ayant le rayon court au coin et le fond un rayon long, comme décrit ci-dessus.
Une illustration de l'invention est présentée sur la
Figure 4, où. en A et B sont montrées deux des premières cou- pelles. Chacune a une paroi uniforme; l'une a un coin mauvais indiqué par une flèche où une déchirure a tendance à se pro- duire. En outre, l'endroit du coin a tendance à se coller à la paroi, apparemment du fait qu'il n'y a pas suffisamment de traction axiale pour vaincre le frottement coulissant.
Cette coupelle n'avait pas une épaisseur suffisante et avait , tendance à fléchir sous l'effet de dépression. La coupelle marquée B utilisait une coupole ayant la forme sphérique et avait également tendance à fléchir. Cette forme du fond a été associée avec un piston ayant un bord mince qui avait tendance à couper le caoutchouc.
La coupelle C dérive des coupelles A et B et est caractérisée principalement par son contour extérieur. Le fond a la forme de coupole et la longueur axiale de la cou- pelle est diminuée ; lepiston à bord aigu est supprimé. Les avantages inhérents à un rayon extérieur relativement long du fond et au rayon relativement court du coin en comparaison avec le rayon de la paroi latérale sont incorporés dans cette coupelle. Cette forme a donné une durée plus longue que cha- cune des coupelles antérieures. Lors des essais de durée, cette coupelle a été endommagée à l'endroit marqué par une flèche où le caoutchouc était râpé.
Une modification a été apportée dans la structure des grandes coupelles par rapport à celle des petites coupelles, du fait du rapport entre la surface du fond et la surface de
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la paroi latérale, dans ces deux catégories de coupelles.
Dans une petite coupelle D, le fond a été fait plus épais que dans une grande coupelle E, et ceci a été fait en modi- fiant l'intérieur de la coupelle. Ceci a été trouvé néces- saire dans le cas de la petite coupelle pour obtenir la du- rée de la vie de la coupelle C. Dans ces deux formes, l'en- droit voisin du fond et de la paroi a finalement été crevé.
Le coin a été renforcé dans la petite et la grande coupelle, ce'qui a donné les coupelles marquées F et G. Ces coupelles F et G sont également pourvues d'une paroi ayant un côté conique. Dans la coupelle F, le fond et le coin sont tous les deux renforcés et dans la coupelle G (de grande taille) l'endroit près du coin est uniquement renforcé, puisqu'il a été trouvé qu'il n'est pas nécessaire de donner une grande épaisseur au fond.
Les coupelles H et 1 correspondent à deux tailles ayant un diamètre respectif de 26,99 mm et de 33,34 mm. Ces coupelles comportent les caractéristiques de la coupelle F ainsi qu'un fond complètement renforcé. Dans les coupelles J et K sont incorporés les principes de la coupelle G, dans laquelle la partie centrale du fond a une épaisseur réduite.
Les essais montrent que pour des dimensions plus grandes, il est mieux de donner au fond la forme montrée sur les dessins, mais que pour des coupelles de diamètre plus faible, voisin de 33,34 mm, il importe peu si le fond a ou n'a pas une épaisseur réduite.
Pour des coupelles ayant- un diamètre maximum comme la coupelle L, les meilleurs résultats sont obtenus en ré- duisant l'épaisseur du fond comme montré sur les dessins.
L'explication de l'invention décrite dans le para- graphe précédent peut être dûe au rapport entre la paroi
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latérale et la paroi du fond. Dans une coupelle ayant une paroi du fond sensiblement égale à la paroi latérale, la réduction au centre du fônd ne semble pas affecter la durée de la coupelle. Des coupelles ayant des diamètres de plus en plus petits exigent des fonds progressivement plus épais, de sorte que la pression par unité de surface, nécessairement plus grande, comme cela se produit dans le cas de coupelles plus petites, ne peut pas chasser le caoutchouc du fond dans la paroi latérale. Des coupelles ayant des diamètres de plus en plus grands permettent de réduire l'épaisseur du fond et cette réduction de l'épaisseur est avantageuse comme expliqué ci-dessus.
La partie du fond ayant une épaisseur réduite peut avoir un contour circulaire dont le centre coïn- cide avec le centre du fond et un rayon tel pour constituer une région d'épaisseur réduite, égale à l'excès de la paroi latérale qui dépasse la paroi totale du fond.
La Figure 6 est destinée à illustrer ces caracté- ristiques des coupelles. Elle est destinée à montrer que là où la paroi latérale est sensiblement égale à la paroi du fond, il n'est pas nécessaire que l'épaisseur de la paroi du fond soit différente de l'épaisseur de la paroi latérale.
Ceci est montré sur le diagramme qui se rapporte à une cou- pelle ayant un diamètre voisin de 31,75 mm. Dans le cas de coupelles ayant une plus petite taille, la surface du fond décroit plus vite que la surface latérale et par conséquent des fonds plus épais sont nécessaires. Dans des coupelles ayant un diamètre de plus en plus grand, la surface de fond augmente plus vite que la surface latérale, de sorte que la partie centrale du fond peut avoir une épaisseur réduite.
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Le diagramme montré sur la Figure 5 montre plu- sieurs coupelles de différentes formes qui correspondent à de différentes tailles. Les coupelles qui ont la durée la plus longue sont reliées par un trait. De ce diagramme, il résulte également que dans le cas de coupelles ayant un diamètre voisin de 33,34 mm, une durée sensiblement égale est obtenue dans le cas où l'épaisseur de la partie centrale de la coupelle a été réduite ou non.
Bien que l'invention ait été décrite en se référant à plusieurs va,riantes, les principes décrits peuvent rece- voir d'autres nombteuses applications qui apparaitront à tout homme de l'art tout en restant dans le cadre de la présente invention.