FR3030665A1 - Piston a galet monobloc et procede associe - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un piston (1) à galet de roulement (120) adapté pour recevoir un galet (120) et pour coulisser dans un cylindre (2) selon un axe de coulissement (C-C'), ledit piston (1) comprenant un corps (110) ayant une surface de guidage (111) ; une partie supérieure (110a), présentant un évidement en berceau (112) adapté pour recevoir le galet de roulement (120) ; au moins un élément de centrage (130) pour maintenir le centrage du galet (120) dans le piston (1), et, de plus, le corps (110), l'au moins un élément de centrage (130) et la partie supérieure (110a) sont constitués d'une seule et même pièce venue de matière et en ce que l'angle d'ouverture (δ) de l'évidement en berceau (112) est supérieur à 180°.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine des pistons et en particulier les pistons à galets.

Notamment, l'invention trouve avantageusement utilisation dans les machines hydrauliques à pistons radiaux. ETAT DE L'ART On appelle « piston à galet » un piston adapté pour coulisser dans une chambre complémentaire selon un axe longitudinal et qui porte à l'une de ses extrémités un galet monté à rotation autour d'un axe transversal à l'axe longitudinal et qui repose sur une pièce associée. Les pistons à galet sont notamment utilisés dans des appareils hydrauliques. Certains de ces appareils ont un bloc cylindres comprenant une pluralité de cylindres répartis radialement comprenant chacun un piston à galet venant prendre appui sur une came lobée. La rotation relative du bloc cylindres par rapport à la came lobée induite par une pression hydraulique appliquée dans les cylindres entraîne un arbre ou inversement, c'est-à-dire que la rotation relative induite mécaniquement permet de générer une pression de fluide. De tels appareils sont décrits par exemple dans les documents FR 2 651 836 et FR 2 955 903. En référence aux figures la et lb annexées qui représentent respectivement un piston complet assemblé et les différentes pièces composant un piston avant leur assemblage, un piston 1 comprend généralement un corps A110 comprenant une surface de guidage cylindrique A111 centrée sur un axe longitudinal de coulissement C-C'. Le corps A110 assure l'étanchéité dans le cylindre associé 2, par exemple grâce à un segment annulaire 151 engagé dans une rainure ou gorge complémentaire 150 à la base du corps A110 (figure 2). La partie supérieure A110a du corps a une forme d'un évidement en berceau A112 pour loger un galet 120 destiné à rouler sur une came lobée 3. Les pistons 1 suivent la forme de la came 3 lors d'un déplacement relatif à rotation du bloc cylindre par rapport à la came 3 et effectuent ainsi des mouvements de va-et-vient à l'intérieur de leur cylindre 2 selon l'axe de coulissement C-C'.

Différentes ajouts techniques ont permis de faire évoluer le piston 1. Afin de permettre le centrage du galet 120 dans le piston, sur l'axe C-C', le brevet FR 2 561 836 propose des éléments de centrage A130 placés sur les faces latérales du corps A110 et orthogonaux à l'axe de roulement R-R' des galets 120. Ces éléments de guidage A130 accompagnent le piston 1 dans son déplacement selon l'axe de coulissement C-C' et empêchent la translation du galet 120 selon son axe de roulement R-R'. En outre, selon un mode de réalisation, une rainure A131 de guidage prévue sur la surface extérieure des éléments de centrage A130 permet à une agrafe (non représentée) fixée dans le bloc cylindres de venir d'engager dans la rainure de guidage A131 et ainsi d'empêcher la rotation du piston selon son axe de coulissement CC' Pour maintenir le galet 120 en position dans le piston, le document FR 2 899 650 présente un coussinet A140 de forme complémentaire au berceau A112 du piston 1 et qui vient se loger au fond de celui-ci. Le coussinet A140 est réalisé dans un ou plusieurs matériaux limitant les frottements pour favoriser le roulement du galet 120. Les bords supérieurs de l'évidement A112 et du coussinet A140 ont des surfaces d'arrêt ou de retenue A113, A141, qui consistent en une déformation de la paroi des bords supérieurs vers l'intérieur. Actuellement, la réalisation du berceau A112 se fait par une opération de reprise d'usinage supplémentaire dans une direction transversale à l'axe du piston. Mais cette technique combinée à la présence nécessaire des éléments de guidage A130 pour positionner le galet implique une complexité et des coûts de fabrication élevés : éléments nécessitant plusieurs usinages, assemblages supplémentaires, ébavurages robotisés et manuels, etc.

L'invention vise à pallier certains de ces problèmes tout en gardant une résistance et usure comparable à l'art antérieur. PRESENTATION DE L'INVENTION Pour cela, l'invention présente un piston à galet de roulement adapté pour recevoir un galet et pour coulisser dans un cylindre selon un axe de coulissement, ledit piston comprenant : o un corps ayant une surface de guidage, o une partie supérieure, présentant un évidement en berceau adapté pour recevoir le galet de roulement, o au moins un élément de centrage pour maintenir le centrage du galet dans le piston, et dans lequel le corps, l'au moins un élément de centrage et la partie 15 supérieure sont constitués d'une seule et même pièce venue de matière et en ce que l'angle d'ouverture de l'évidement en berceau est supérieur à 180°. Un tel piston représente une simplification importante des procédés. 20 L'ouverture supérieure à 180° permet de supprimer des étapes de fabrication, notamment de supprimer l'opération de reprise d'usinage transversale pour réaliser le berceau (complexe)' et peut être réalisé à l'aide de procédé utilisant une seule étape de compression uniaxiale. 25 Le piston comprend en outre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - Le piston comprend en outre au moins un bras, adapté pour coulisser dans le cylindre et empêcher la rotation du piston, dans lequel le bras présente une aile interne située à l'intérieur de 30 l'encoche de l'évidement et une aile externe située à l'extérieur du corps du piston, les deux aile étant reliée par âme de liaison à cheval sur le bord de l'évidement, - l'aile interne comprend des moyens d'attache sous la forme : o d'une forme en harpon qui se verrouille dans l'encoche de l'évidement, et/ou o d'un cran adapté pour se clipser dans un perçage effectué sur le corps du piston, au niveau de l'encoche, - l'aile externe comprend une accroche et un ressort est fixé à l'accroche de l'aile externe du bras, - le corps comprend une rainure périphérique adaptée pour recevoir un anneau d'étanchéité et le diamètre du corps entre la partie supérieure et la rainure est supérieur au diamètre du corps de l'autre côté de la rainure, afin d'éviter tout contact de cette région avec le cylindre, - le diamètre du piston est rétréci aux extrémités du piston, c'est-à-dire au niveau du haut et de l'autre extrémité, afin d'optimiser les contraintes de pression en utilisation, - le piston est réalisé par frittage. En outre, l'invention propose aussi un ensemble comportant un piston tel que décrit précédemment, un galet de roulement et un coussinet adapté pour être fixé au fond de l'évidement et pour être intercalé entre le fond de l'évidement et ledit galet, ledit coussinet permettant de faciliter le roulement du galet dans l'évidement. L'ensemble peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - le galet présente un angle d'ouverture, c'est-à-dire l'angle couvert par la partie du galet qui est à l'air libre, compris entre 135 et 145°, - l'évidement comprend au moins une encoche sur sa périphérie et le coussinet présente au moins une languette de forme complémentaire à l'encoche de l'évidement, de façon à bloquer ledit coussinet en rotation, - l'évidement présente un trou borgne et le coussinet comprend un plot de forme complémentaire audit trou borgne, adaptée pour se loger dans ledit trou borgne afin de limiter les déplacements dudit coussinet.

L'invention propose aussi un appareil hydraulique comprenant une came lobée et un bloc-cylindres comprenant une pluralité de cylindres et une pluralité d'ensembles tel que précédemment décrit, chaque ensemble étant logé dans un cylindre, le galet pouvant venir au contact de la came lobée. En outre il est possible que chaque cylindre et chaque piston possèdent des éléments à compléments de forme s'étendant parallèlement à l'axe de coulissement, l'un étant en creux et l'autre en saillie respectivement sur l'un du piston ou du cylindre pour empêcher la rotation du piston dans le cylindre lors du coulissement du piston selon l'axe de coulissement.

Conjointement, l'invention présente un procédé de fabrication d'un piston pour machine hydraulique à pistons radiaux, à l'aide d'un appareillage de mise en forme comprenant au moins deux éléments mobiles en translation l'un par rapport à l'autre et d'une matière, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mise en place de la matière dans l'appareillage de mise en forme, - application par l'appareillage d'une force de compression uniaxiale selon un axe de compression, aucue autre force n'étant exercée sur la matière, et un des éléments mobiles comprenant une saillie hémicylindrique dirigée selon l'axe de compression, permettant de créer un évidement semi-cylindrique dans la matière.

Le procédé peut comprendre les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - pour le procédé : o l'appareillage comprend une matrice, o la matière est une poudre métallique, o le procédé comprend une étape de chauffe de la poudre métallique, le procédé correspondant à un frittage, - pour le procédé: o l'appareillage comprend une matrice et un pilon, o la matière est un métal ferreux, o le procédé comprend une étape de chauffe du métal, l'étape d'application de la force de compression étant une frappe rapide, 20 le procédé correspondant à un estampage, - pour le procédé : o l'appareillage comprend une matrice et une contre-matrice, o la matière est un métal non-ferreux, 25 o le procédé comprend une étape de chauffe du métal, l'étape d'application de la force de compression étant une compression lente et effectuée à l'aide d'une presse hydraulique, le procédé correspondant à un matriçage, 30 - Le procédé comprend une étape d'usinage, - Le procédé comprend une étape d'opération de durcissement, - Le procédé comprend une étape d'équipement du piston à l'aide d'un coussinet et d'un galet, - l'étape d'ajout d'un coussinet est effectuée par pulvérisation d'un revêtement sur l'évidement, - le procédé comprend une étape d'ajout d'un galet, - l'étape d'ajout d'un coussinet dans laquelle le galet est inséré dans un coussinet par pressage et dans laquelle le galet et le coussinet sont ensuite enchassés dans le piston 1, - le coussinet est maintenu en place par une étape de sertissage, grâce à une réserve de matière présente sur les bords de l'évidement. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - Les figures la et lb représentent un piston conforme à l'art antérieur respectivement en position assemblée et à l'état éclaté avant assemblage, - La figure 2 représente un piston connu de l'état de la technique dans son cylindre, - Les figures 3a, 3b, 3b', 3c, 3d représentent différents modes de réalisation du piston conforme à des modes de réalisation de l'invention, - Les figures 4a, 4b, 4c, 4d représentent différents modes de réalisation d'un coussinet conforme à l'invention, - Les figures 5a, 5b représentent un mode de réalisation conforme à l'invention comportant un bras, - La figure 6 représente l'angle d'ouverture du galet vis-à-vis de l'évidement ou d'un certain mode de réalisation du coussinet, - La figure 7 représente le schéma général d'un dispositif permettant un procédé de fabrication du piston conforme à l'invention, - Les figures 8a, 8b, 8c représentent un mode de réalisation de fixation du coussinet selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le piston 1 Les figures 3a, 3b, 3c, 3d représentent différents modes de réalisation du corps 110 d'un piston 1 conforme à l'invention, certains comprenant en vue assemblée ou éclatée le galet 120 et le coussinet 140. Le corps 110 comprend une surface de guidage 111, une partie supérieur 110a présentant un évidement en berceau 112, et une partie inférieure 110b, située à l'opposé de la partie supérieure 110a. La surface de guidage 111 est cylindrique, centrée sur un axe longitudinal de coulissement C-C', de préférence cylindrique de révolution autour de l'axe C-C'. Elle permet de guider le piston 1 dans un cylindre 2 complémentaire selon l'axe de coulissement C-C', comme mentionné précédemment. La partie inférieure du corps 110 peut comprendre, sur une surface inférieure 190, un sillon 191 de préférence circulaire et centré par rapport à l'axe de coulissement C-C'. L'évidement en berceau 112 est adapté pour recevoir un galet 120. A cette fin de préférence l'évidement 112 à la forme d'une cavité cylindrique de révolution autour d'un axe de roulement R-R' orthogonal à l'axe longitudinal de coulissement C-C' et sécant de celui-ci. Cette cavité est ouverte sur l'extrémité axiale du corps 110, c'est-à-dire qu'elle ne couvre pas 360° autour de l'axe R-R', mais l'évidement 112 n'est pas à bords convergents, c'est-à-dire qu'il couvre une ouverture angulaire supérieure à 1800. Autrement dit, l'évidement en berceau 112 ne se referme pas sur lui. Le galet 120 possède un diamètre extérieur complémentaire, au jeu requis près, du diamètre intérieur de la cavité formant l'évidement 112. Il est engagé dans cette cavité formant l'évidement 112 et tourne sur lui-même selon l'axe de roulement R-R'. Le corps 110 comprend en outre au moins un élément de centrage 130 pour maintenir le centrage du galet 120 dans le piston 1, c'est-à-dire pour interdire que le galet 120 ne sorte axialement par translation selon l'axe de roulement R-R' de l'évidement 112, sur la surface latérale cylindrique du corps. Les éléments de centrage 130 sont situés dans la partie supérieure 110a, sur deux emplacements de l'évidement en berceau 112 opposés diamétralement par rapport à l'axe de coulissement C-C', afin d'empêcher une translation du galet selon l'axe de roulement R-R'.

Dans un mode de réalisation (figure 3a, 3c, 3d), chaque élément de centrage 130 atteint l'extrémité de la partie supérieure 110a du corps 110, c'est-à-dire que la cavité formant l'évidement 112 débouche dans un plan orthogonal à l'axe de coulissement C-C'.

Dans un autre mode de réalisation (figure 3b), la cavité qui forme l'évidement 112 est par ailleurs elle-même ouverte sur ses extrémités axiales selon l'axe de roulement R-R', c'est-à-dire qu'elle débouche sur la surface de guidage 111 du corps 110 en deux ouvertures 132 diamétralement opposées de part et d'autre de l'axe C-C'. La forme de ces deux ouvertures 132 est circulaire et le centre du cercle et le mettre que celui de l'évidement en berceau 112, c'est-à-dire l'axe de roulement R-R'. Le galet 120 possède alors sur ses extrémités axiales selon l'axe de roulement R-R' deux orillons 121, de forme cylindrique, positionnés au centre sur les extrémités circulaires (figure 3b'). Les orillons 121 sont adaptés pour rouler sur les ouvertures 132 du corps 110.

Le corps 110, la partie supérieure 110a, l'au moins un élément de centrage 130 sont selon l'invention constitués d'une seule et même pièce venue de matière. La surface extérieure des éléments de centrage 130 complète la forme cylindrique de la surface de contact 110 pour former un cylindre complet dont les génératrices sont parallèles à l'axe de coulissement. Préférablement, l'ensemble forme un cylindre de section circulaire. Différents procédés de fabrication, notamment le frittage, permettent d'obtenir de telles pièces et seront détaillés par la suite (cf. infra). Tous les procédés ont en commun une étape de frappe de la pièce dans une seule direction. Il s'agit de l'évidement en berceau 112 dont l'angle d'ouverture 15 est supérieur à 180° qui autorise l'utilisation de tels procédés, lorsque ledit évidement est orienté dans le sens de frappe (selon un axe similaire à l'axe de coulissement C-C'). Cela signifie que toute section de la pièce est incluse dans la précédente lorsque l'on approche des extrémités de l'évidement 112. En effet, il ne serait pas possible de démouler la pièce si l'évidement était inférieur à 180°. Ces procédés diminuent la fabrication des pièces et simplifient les opérations de retour et d'usinage.

Afin de permettre le roulement du galet 120 dans l'évidement en berceau 112, un coussinet 140 est disposé dans ledit évidement 112, entre le piston 1 et le galet 120, limitant ainsi les frottements. Le coussinet 140 peut quant à lui présenter des bords convergents pour que l'angle d'ouverture 15' du galet 120 soit inférieur à 180° et soit ainsi maintenu en place dans l'évidement (cf. infra). Plusieurs modes de réalisation du piston 1 vont être décrits. Ces alternatives ne seront pas toujours décrites pour chacun des modes de réalisation mais l'homme du métier saura distinguer sans ambiguïté les combinaisons possibles. Etanchéité Le corps 110 comprend une rainure ou gorge annulaire périphérique 150, située préférablement au niveau de la partie inférieure 110b (voir figure 4a par exemple). La rainure 150 est adaptée pour recevoir un joint ou anneau d'étanchéité (non représenté et généralement dénommé « segment »), destiné à reposer à coulissement sur la surface interne du cylindre associé et ainsi isoler le cylindre 2 en deux parties lorsque le piston 1 est installé.

Forme en rétrécissement Le corps 110 du piston 1 peut présenter un diamètre constant sur toute sa longueur le long de l'axe de coulissement C-C' en dehors du berceau 112 et de la gorge 150 précitée (voir figures).

II peut aussi présenter un diamètre variable. Le diamètre du corps 110 au niveau de la partie inférieure 110b, typiquement en deçà de la rainure périphérique 150, peut ainsi être inférieur au diamètre au-delà de la rainure périphérique 150, c'est-à-dire vers la partie supérieure 110a (voir figure 4c par exemple). De cette façon, la partie du corps 110 en deçà de la rainure 150, plus fragile, n'est pas en contact avec le cylindre 2. Cette forme en rétrécissement peut être réalisée par les procédés précédemment mentionnés (cf. supra et infra).

Forme en tonneau En outre, la forme du corps 110 du piston 1 peut aussi être rétréci aux extrémités axiales selon l'axe de coulissement C-C' du piston 1, en partie supérieure 110a et partie inférieure 110b, afin d'optimiser les contraintes de pression en utilisation (non représenté sur les figures). Mode de réalisation de l'évidement par trou borgne Dans ce mode de réalisation, représenté sur les figures 3a et 4a, l'évidement en berceau 112 comprend un trou borgne 160 qui débouche axialement selon l'axe de coulissement C-C' sur le corps 110. Le trou borgne 160 est préférablement cylindrique et circulaire. L'évidement en berceau 112 comprend alors la cavité hémicylindrique centrée selon l'axe de roulement R-R' et le trou borgne 160. Complémentairement, le coussinet 140 comprend un plot 141, adapté pour se loger à l'intérieur du trou borgne 160. Le plot 141 est de taille et de forme complémentaire au trou borgne 160. Il peut être réalisé par sertissage à l'aide d'un coup de poinçon. Une fois installé, le coussinet 140 est ainsi bloqué dans l'évidement en berceau 112, ce qui l'empêche d'être entrainé en rotation par le galet 120 lorsqu'il roule sur la came 3. Toute forme de trou borgne 160 et forme complémentaire de plot 141 permettant de bloquer le coussinet 140 conviennent. On privilégiera la plus simple de réalisation. Dans un mode de réalisation particulier, le coussinet 140 est formé d'une coquille hémicylindrique de forme complémentaire à l'évidement en berceau 112, et le plot 141 est un fût tubulaire cylindrique en saillie sur la partie extérieure convexe de ladite coquille. Préférablement, le trou borgne 160 et le plot 141 sont situés au centre du piston 1 (sur l'axe de coulissement C-C') et du coussinet 140 respectivement (voir figure 4a).

Le trou borgne 160 est particulièrement adapté pour être réalisé par le procédé de fabrication de l'évidement en berceau. En effet, celui-ci n'empêche pas le démoulage.

Mode de réalisation de l'évidement avec languette Dans ce mode de réalisation représenté sur les figures 3c, 4b, 4c, le corps 110 comprend au niveau de sa paroi qui ferme axialement selon l'axe de roulement R-R' l'évidement en berceau 112 au moins une encoche 115 à la périphérie, située préférablement selon l'axe de rotation R-R' du galet 120. Préférablement, une deuxième encoche 115 est située à l'opposé de la première encoche 115. Les deux encoches 115 sont ainsi diamétralement opposées par rapport à l'axe de coulissement C-C'. Chaque encoche 115 consiste en un évidement supplémentaire, dont la profondeur est sensiblement égale à celle du maximum de l'évidement en berceau 112. Le coussinet 140 comprend une languette 142 de forme complémentaire à chaque encoche 115, adaptée pour s'insérer dans ladite encoche 115 et empêcher la rotation du coussinet 140. La languette 142 est ainsi préférablement centrée sur la partie hémisphérique du coussinet 140 (voir figure 4b). A l'inverse, un mode de réalisation avec l'élément de guidage 130 comprenant un bossage ou gaudron situé à l'intérieur de l'évidement 112 et un coussinet 140 présentant une encoche est possible. Plus généralement, entre l'élément de guidage 130 à l'intérieur de l'évidement et le coussinet 140, on peut prévoir des moyens d'immobilisation complémentaire.

Dans une autre forme du mode de réalisation avec languette, représenté en figure 4d, le corps 110 comprend, au niveau de sa paroi qui ferme l'évidement en berceau 112 orthogonalement par rapport à l'axe de roulement R-R', au moins une encoche 116 située au sommet de l'évidement du berceau 112, sur sa périphérie. Préférablement, une deuxième encoche 116 est située à l'opposé de la première encoche 116, symétriquement par rapport à l'axe de coulissement C-C'. L'encoche 116 consiste en un léger retrait de matière au niveau de la partie supérieure 110a, à l'endroit où l'évidement rejoint l'extrémité du piston 1. Le coussinet 140 comprend une languette 143 de forme complémentaire à l'encoche 116 adapté pour s'insérer dans ladite encoche 116 et à empêcher la rotation du galet 120.

Par conséquent, la languette 143 est centrée sur la partie du coussinet 140 située au sommet de l'évidement 112 en berceau. De la même façon, les encoches 115, 116, tout comme le bossage, 5 peuvent avantageusement être réalisées par le même procédé que précédemment décrit. Celles-ci n'empêchent pas le démoulage. Mode de réalisation avec le bras 10 Lorsque le piston 1 comprend au moins une encoche 115 précédemment décrite, c'est-à-dire typiquement selon l'axe de roulement R-R', le piston 1 peut comprendre un bras 170, adapté pour coulisser dans le cylindre 2 et solidaire du piston 1. Ce bras 170 empêche la rotation du piston 1 dans le cylindre 2 et peut en outre maintenir le coussinet 140 en place. 15 Pour cela, en référence à la figure 5a, le bras 170 comprend une aile interne 171 située à l'intérieur de l'encoche 115 de l'évidement 112, et une aile externe 172 située à l'extérieur du corps 110 du piston, sur la surface de guidage 111 préférentiellement. Ces deux ailes 171, 172 sont reliées entre elles par une âme de liaison 173 disposé à cheval sur le 20 bord de l'évidement 112. Le bras 170 a la forme générale d'un « U » inversé. Les deux ailes 171 et 172 sont formées d'éléments allongés parallèles entre eux et qui s'étendent dans une direction longitudinale parallèle à l'axe C-C'. Ils possèdent de préférence, au moins pour l'aile externe 172, une section constante sur toute leur longueur. 25 D'une forme complémentaire à l'aile externe 172, le cylindre 2 comprend une rainure de guidage dans laquelle s'insère l'aile externe 172 et dans laquelle cette dernière peut coulisser pour permettre la translation selon l'axe de coulissement C-C'. 30 Préférablement, le piston comprend deux bras 170, disposés à l'opposé l'un de l'autre, c'est-à-dire diamétralement opposés par rapport à l'axe de coulissement C-C', et le cylindre 2 comprend deux rainures de guidage complémentaires également diamétralement opposées par rapport à l'axe C-C'. Les bras 170 et le coussinet 140 peuvent être issus d'une même pièce de métal (feuille pliée).

Dans le mode de réalisation avec le bras 170, soit le coussinet 140 présente la languette 142 pour le maintenir en place, soit l'aile interne 171 du bras 170 comprend des moyens d'attache 174 qui permettent de maintenir le coussinet 140 en place (figure 5a, 5b), soit les deux combinés (figure 4c, 4d).

Ces moyens d'attache 174 peuvent prendre la forme : - d'un renvoi vers l'encoche 115 de type harpon 174a qui bloque le moyen 174 en place dans l'encoche, ne nécessitant pas de forme particulière sur la partie piston (non échappement de la pièce par arc-boutement simple), et/ou - d'un cran 174b présent sur l'aile interne 171 qui se déporte en direction de l'aile externe ; ce cran 174b qui coopère avec un percement 174c dans le piston 1. Le percement 174c est réalisé par perçage traversant. Il s'agit de la seule étape de reprise d'usinage dite transversale pour le piston 1. L'élasticité du cran 174b permet de clipser et maintenir le bras 170 en place. Le clipsage est ensuite effectué par une presse à bras. Le coussinet 140 peut être souple. De cette façon, si le coussinet 140 se referme sur lui-même, de sorte que l'angle d'ouverture du galet 15' est inférieure à 180°, le galet 120 est maintenu en place.

D'une façon indépendante, le bras 170 peut comprendre une accroche 175 sur l'aile externe 172. En effet, dans le cas de machine hydraulique à pistons radiaux rétractables, pour permettre un mode en roue libre, les pistons 1 comprennent un ressort 180 (voir figure 5b notamment) qui permet de les maintenir à l'intérieur de leur cylindre 2 respectif, sans contact avec la came 3. La présence d'un ressort 180 n'est pas limitée au mode de réalisation avec le bras 170 (voir figure 2 par exemple, où le ressort 180 est attaché à la base inférieure du piston 1 grâce au sillon 191 qui peut l'accueillir). Dans le cas présent (figure 5b), le ressort 180 peut être accroché à l'accroche 175. Préférablement, on dénombre une accroche 175 sur 5 chaque bras 170. L'accroche 175 peut faire l'objet de différents modes de réalisation. Il peut s'agir par exemples d'une saillie ou crochet placé sur l'extrémité de l'aile externe 171 du bras 170, opposé à l'âme de liaison 173. 10 Mode de réalisation sans le bras Afin d'empêcher la rotation du piston 1 dans le cylindre 2, le piston 1 (qui n'a alors pas de bras 170), peut comprendre une rainure de guidage sur la surface de guidage 111 (similairement à la rainure de 15 guidage 131 du piston de la figure 2 mais non représenté sur les figures suivantes). Cette rainure a une direction parallèle à l'axe de coulissement C-C'. D'une façon complémentaire, la paroi intérieure du cylindre 2 comprend un élément en saillie, fixe, apte à coulisser dans ladite rainure 131. Il s'agit d'une inversion par rapport au mode de 20 réalisation avec le bras 170. Par généralement, le piston 1 et le cylindre 2 possèdent des éléments à complément de forme de type rainure/nervure ou tenon/mortaise s'étendant parallèlement à l'axe de coulissement C-C', l'un étant en 25 creux et l'autre en saillie respectivement sur l'un du piston 1 ou du cylindre 2. Forme du coussinet 140 30 Selon les machines hydrauliques utilisées, le galet 120 est toujours maintenu au contact de la came 3 ou bien il en est parfois éloigné.

Dans le premier cas, le galet 120 est maintenu dans l'évidement 112 grâce au contact avec la came lobée 3 et n'a donc pas besoin d'être emprisonné dans la forme de la partie supérieure 110a ou du coussinet 140. Par conséquent, dans ce cas il n'existe pas de contrainte particulière d'angle d'ouverture 15' du galet 120, qui peut être supérieur à 1800, à l'instar de l'angle d'ouverture 15 de l'évidement 112. Dans ce cas le coussinet 140 n'ont préférablement pas de bords convergents. L'angle d'ouverture du galet 15' (voir figure 6) correspond à l'angle défini par les droites passant par le centre C du galet 120 (situé sur l'axe de rotation R-R') et les extrémités de l'évidement 112 et/ou du coussinet 140. Il s'agit par conséquence de l'angle dans lequel le galet 120 est « libre » ou en d'autres termes l'angle par lequel le galet émerge et est accessible à l'extérieur de l'évidement 112 et/ou du coussinet 140. Lorsqu'il est calculé avec les bords de l'évidement 112, il est égal à l'angle d'ouverture 15 de l'évidement 112. Il s'agit d'un cas particulier. Dans le second cas (galet 120 éloigné de la came 3), il est en revanche nécessaire que l'angle d'ouverture 15' du galet 120 soit inférieur strictement à 180°. La plage d'angle est définie par les valeurs 130° et 150°, avec préférablement une valeur comprise entre 135 et 145°. Dans ce cas le coussinet 140 a des bords convergents. Plus l'angle 15' est proche de 180°, plus l'assemblage du piston 1, du coussinet 140 et du galet 120 est aisé. En revanche, le galet 120 est tenu de façon plus précaire à l'intérieur de l'évidement 112. Quand l'angle est inférieur à 130°, le galet 120 est maintenu de façon fiable mais il y a un risque de contact entre le coussinet 140 et/ou la partie supérieure 110a et/ou le coussinet 140 avec la came 3. En revanche, il devient plus difficile d'assembler les éléments : le diamètre du galet 120 devient largement supérieur à l'espace disponible au niveau des extrémités du coussinet 140.

L'insertion est effectuée selon différentes façons qui seront explicitées dans la partie procédé. Le piston 1 peut aussi comprendre une pastille de frottement (non représentée sur les figures), située entre le galet 120 et chaque élément de centrage 130 afin de limiter les frottements entre le galet 120 qui tourne selon l'axe de roulement R-R' et l'élément de centrage 130 fixe dans le référentiel du piston 1.

Procédé de fabrication Pour la fabrication d'un piston 1 dont les éléments sont venus de matière, comme explicité précédemment, plusieurs modes de réalisation sont envisageables. En particulier, le corps 110 dont la surface de guidage 111, l'au moins une surface de guidage 113 sont réalisés en étant venus de matière. Pour ce faire, le procédé P utilise une matière P10 et un appareil de mise en forme P20. La figure 7 (vue en coupe définie par le plan comprenant les axes de rotation R-R' et de compression K-K') illustre le principe général et sera utilisée pour illustrer les différents modes de réalisation.

Les procédés ont en commun de comprendre une étape de compression selon un unique axe K-K', qui est colinéaire à l'axe de coulissement C-C', de sorte que l'évidement en berceau 112 ouvert au moins 180° puisse être réalisé. L'appareil de mise en forme P20 comprend plusieurs outils de compression axiale P21, P22 mobiles en translation l'un par rapport à l'autre, qui peuvent comprendre chacun différentes formes permettant le moulage des éléments mentionnés précédemment, tel que le trou borgne 160, les encoches 115, 116. Dans le mode de réalisation de la figure 7, on peut voir : - sur l'outil de compression P22, une saillie cylindrique P221 permettant de faire le trou borgne 160, un méplat P222 permettant de faire l'encoche 116, et le semi-cylindre P223 permettant de faire l'évidement en berceau 112, - sur l'outil de compression P21, un anneau saillant P211 permettant de préparer la gorge annulaire 150, une saillie circulaire P212 permettant de faire le sillon 191 pour accueillir le ressort 180.

D'autres éléments n'apparaissent pas sur la figure 7 (hors plan) : on peut citer éventuellement sur l'outil P22 au moins une saillie axiale, permettant de faire l'encoche 115. A l'inverse, il peut s'agit d'une saillie axiale sur l'outil P21 permettant de faire le bossage (cf. infra) pour immobiliser le coussinet 140.

Seules les formes perpendiculaire à l'axe de compression K-K' (donc à l'axe de coulissement C-C') ne peuvent être effectuées. C'est pourquoi le piston décrit précédemment présente essentiellement des caractéristiques non perpendiculaires à l'axe de compression K-K' (telles qu'un évidement 112 d'angle d'ouverture 15 supérieur à 180°).

Mode de réalisation par frittage La matière P10 est une poudre métallique et l'appareil de mise en forme P20 comprend une matrice.

La poudre métallique P10 est insérée dans la matrice P20, qui comprend un outil de compression unixiale P21, P22, puis la poudre métallique P10 est agglomérée par compression dans une seule direction. Pour ce faire la matrice P20 comprend une chambre de section constante dans laquelle est insérée la poudre P10 et l'outil de compression comprend un piston P22 de section complémentaire de la chambre déplacé à translation dans la chambre après insertion de la poudre contre une butée P21 obturant l'extrémité opposée de la chambre, ou deux pistons P21 et P22 de section complémentaire de la chambre déplacés dans des sens opposés vers le centre de la chambre pour comprimer la poudre 30 P10. L'agglomérat ensuite obtenu est sorti puis chauffé pour cohésionner les particules. Ce procédé correspond à un frittage.

On comprend que tous les éléments mentionnés précédemment (trou borgne 160, encoche 115, 116, évidement en berceau 112, sillon 180) peuvent être réalisés par ce procédé. L'un des avantages d'un tel procédé réside dans la porosité du matériau, qui permet d'insérer un lubrifiant et de fabriquer ainsi des coussinets auto-lubrifiants. Dans un mode de réalisation, le coussinet est attaché par clipsage avec le cran du moyen d'attache 174.

Mode de réalisation par estampage La matière P10 est un métal sous forme d'ébauche, de préférence ferreux et l'appareil de mise en forme P20 comprend une matrice P21 et un pilon P22.

L'ébauche est insérée dans la matrice P20 puis le pilon P22 frappe l'ébauche selon une unique direction pour la déformer. L'excédent de l'ébauche, appelé bavure, peut rejoindre un logement de bavure prévu dans la matrice. L'ébauche peut être préchauffée avant d'être insérée dans la matrice, facilitant ainsi la déformation. Ce procédé correspond à un estampage. Une étape d'usinage est ensuite effectuée, pour enlever notamment la bavure.

Mode de réalisation par matriçage La matière P10 est un métal sous forme d'ébauche, de préférence non-ferreux et l'appareil de mise en forme P20 comprend une matrice P21 et une contrematrice P22.

Ce procédé correspond à un matriçage. L'ébauche est insérée dans la matrice P21 puis la contrematrice P22 vient comprimer lentement l'ébauche selon une direction, à l'aide d'une pression hydraulique.

Mode de réalisation par moulage par injection (MIM - metal injection molding) La matière P10 est une poudre métallique à laquelle a été ajouté un liant et l'appareil de mise en forme P20 est une matrice. La poudre P10 avec le liant est injectée puis deliantée dans un four sous atmosphère contrôlée. La pièce est ensuite frittée à une température supérieure à 1000°C.

Etapes supplémentaires Suite à la première étape de fabrication du piston brut, il est nécessaire d'usiner certains éléments.

En particulier, les surfaces de guidage 111, qui frottent contre le cylindre 2, doivent être usinées et rectifiées, pour garantir une bonne précision de la pièce. Cet usinage permet notamment de rétrécir les extrémités du piston ainsi qu'il l'a été mentionné (cf. supra).

La gorge annulaire périphérique 150 peut aussi être usinée de la sorte. Des étapes de durcissement obtenues par traitement thermique ou incluant une étape de traitement thermique sont effectuées. Ensuite, le segment d'étanchéité 151 est posé. Alternativement, le 25 segment d'étanchéité 151 peut être posé après le coussinet 140 ou bien le coussinet 140 et le galet 120. Ces deux étapes sont effectuées indifféremment. Le coussinet et le galet 30 Une fois le piston 1 prêt, le coussinet 140 doit être ajouté. Il existe pour cela plusieurs modes de réalisation.

Le coussinet 140 peut être formé par pulvérisation d'un revêtement type résine plastique sur quelques dixièmes d'épaisseur sur la surface de l'évidement 112. Il peut aussi être formé par une technique dite de fabrication additive, par ajout de matière de frottement (régule ou bronze) Alternativement, le coussinet 140 peut être rigide et formé de manière à épouser l'évidement 112. Alternativement, le coussinet 140 peut être souple pour être inséré dans l'évidement 112. Dans le mode de réalisation avec le bras 170, le coussinet 140 et le bras 170 sont insérés par pressage dans l'évidement 112 et viennent se verrouiller à l'aide des moyens 174. Selon le type de coussinet 140 utilisé, l'angle d'ouverture du galet 15' peut être inférieur à 180°. Dans le cas d'un angle d'ouverture 15' d'au moins 180 pour le galet 120, le galet 120 est mis en place après la pose du coussinet 140. Inversement, dans le cas d'un galet 120 maintenu en place par le coussinet 140, le galet 120 est mis en place dans le coussinet 140 20 auparavant par pressage (« press fit » en anglais) et ensuite les deux sont enchassés dans l'évidement 112 du piston 1. Le piston 1 peut comprendre des réserves de matière 117 au niveau du bord de l'évidement 112 (figure 8a). De cette façon, lorsque le coussinet 140 est posé (figure 8b), un sertissage peut être réalisé à 25 l'aide d'un poinçon sur chaque réserve de matière, qui est déformée pour venir couvrir l'extrémité du coussinet 140 et le bloquer dans l'évidement 112 (figure 8c). Cette technique est avantageuse pour un coussinet 140 rigide. Elle permet d'obtenir un piston 1 assemblé, c'est à dire comprenant le segment et le coussinet qui ne se démontent pas. Un 30 tel piston est alors prêt à l'emploi.

Une fois le coussinet installé, le galet 120 est mis en place dans l'évidement 112. Pour que le galet soit inséré, l'angle d'ouverture de l'évidement 112 doit être au moins temporairement supérieur à 1800. Par la suite, et selon les modes de réalisation souhaités du piston, le coussinet 140 est rabattu légèrement au-dessus du galet 120 pour diminuer l'angle d'ouverture aux valeurs désirées, par exemple pour former un logement à bords convergents adaptés pour maintenir le galet 120 en place sur le piston 1 (dans le cas où le galet 120 ne reste pas en contact avec la came 3).

En récapitulatif (non limitatif), il y a l'étape de réalisation du piston 1 à l'aide d'une compression uniaxiale , puis une étape d'usinage, une étape de durcissement et une étape de pose du coussinet 140 avec le galet 120 ainsi que le segment 151 juste avant ou après.

Ces étapes permettent l'obtention d'un piston 1 équipé et prêt à être utilisé.

Claims (24)

1. REVENDICATIONS1. Piston (1) à galet de roulement (120) adapté pour recevoir un galet (120) et pour coulisser dans un cylindre (2) selon un axe de coulissement (C-C'), ledit piston (1) comprenant : o un corps (110) ayant une surface de guidage (111), o une partie supérieure (110a), présentant un évidement en berceau (112) adapté pour recevoir le galet de roulement (120), o au moins un élément de centrage (130) pour maintenir le centrage du galet (120) dans le piston (1), et le piston (1) étant caractérisé en ce que le corps (110), l'au moins un élément de centrage (130) et la partie supérieure (110a) sont constitués d'une seule et même pièce venue de matière et en ce que l'angle d'ouverture (ô) de l'évidement en berceau (112) est supérieur à 180°.
2. 2. Piston (1) selon la revendication 1, comprenant en outre au moins un bras (170), adapté pour coulisser dans le cylindre (2) et empêcher la rotation du piston (1), dans lequel le bras (170) présente une aile interne (171) située à l'intérieur de l'encoche (115) de l'évidement (112) et une aile externe (172) située à l'extérieur du corps (110) du piston (1), les deux aile (171, 172) étant reliée par âme de liaison (173) à cheval sur le bord de l'évidement (112).
3. 3. Piston (1) selon la revendication 2, dans lequel l'aile interne comprend des moyens d'attache (174) sous la forme : - d'une forme en harpon (174a) qui se verrouille dans l'encoche (115) de l'évidement (112), et/ou- d'un cran (174b) adapté pour se clipser dans un perçage effectué sur le corps (110) du piston (1), au niveau de l'encoche (115).
4. 4. Piston (1) selon la revendication 3, dans lequel l'aile externe comprend une accroche (175) et un ressort (180) est fixé à l'accroche (175) de l'aile externe du bras (172).
5. 5. Piston (1) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel dans lequel le corps (110) comprend une rainure périphérique (150) adaptée pour recevoir un anneau d'étanchéité et le diamètre du corps (110) entre la partie supérieure (110a) et la rainure (150) est supérieur au diamètre du corps (110) de l'autre côté de la rainure (150), afin d'éviter tout contact de cette région avec le cylindre (2).
6. 6. Piston (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le diamètre du piston (1) est rétréci aux extrémités du piston (1), c'est-à-dire au niveau du haut et de l'autre extrémité, afin d'optimiser les contraintes de pression en utilisation.
7. 7. Piston (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est réalisé par frittage.
8. 8. Ensemble comportant un piston (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, un galet de roulement (120) et un coussinet (140) adapté pour être fixé au fond de l'évidement (112) et pour être intercalé entre le fond de l'évidement (112) et ledit galet (120), ledit coussinet (140) permettant de faciliter le roulement du galet (120) dans l'évidement (140).
9. 9. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel le galet (120) présente un angle d'ouverture (6'), c'est-à-dire l'angle couvert parla partie du galet (120) qui est à l'air libre, compris entre 135 et 145°.
10. 10.Ensemble selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel l'évidement comprend au moins une encoche (115, 116) sur sa périphérie et le coussinet (140) présente au moins une languette (142, 143) de forme complémentaire à l'encoche (115, 116) de l'évidement (112), de façon à bloquer ledit coussinet (140) en rotation.
11. 11.Ensemble selon l'une des revendications 8 à 9 dans lequel l'évidement (112) présente un trou borgne (160) et le coussinet (140) comprend un plot (141) de forme complémentaire audit trou borgne (160), adaptée pour se loger dans ledit trou borgne (160) afin de limiter les déplacements dudit coussinet (140).
12. 12.Appareil hydraulique comprenant une came lobée (3) et un bloc-cylindres comprenant une pluralité de cylindres (2) et une pluralité d'ensembles selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, chaque ensemble étant logé dans un cylindre (2), le galet (120) pouvant venir au contact de la came lobée (3).
13. 13.Appareil hydraulique selon la revendication 12, dans lequel chaque cylindre (2) et chaque piston (1) possèdent des éléments à compléments de forme s'étendant parallèlement à l'axe de coulissement (C-C'), l'un étant en creux et l'autre en saillie respectivement sur l'un du piston (1) ou du cylindre (2) pour empêcher la rotation du piston (1) dans le cylindre (2) lors du coulissement du piston (1) selon l'axe de coulissement.
14. 14.Procédé de fabrication d'un piston (1) selon la revendication 1 pour machine hydraulique à pistons radiaux, à l'aide d'un appareillage de mise en forme (P20) comprenant au moins deux éléments mobiles en translation l'un par rapport à l'autre (P21,P22) et d'une matière (P10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mise en place de la matière dans l'appareillage de mise en forme, - application par l'appareillage d'une force de compression uniaxiale selon un axe de compression (K-K'), aucune autre force n'étant exercée sur la matière, et un des éléments mobiles (P22) comprenant une saillie hémicylindrique (P223) dirigée selon l'axe de compression (K-K'), permettant de créer un évidement senni-cylindrique (112) dans la matière (P10).
15. 15.Procédé selon la revendication 14, dans lequel : - l'appareillage (P20) comprend une matrice (P21), - la matière (P10) est une poudre métallique, - le procédé comprend une étape de chauffe de la poudre métallique, le procédé correspondant à un frittage.
16. 16.Procédé selon la revendication 14, dans lequel : - l'appareillage (P20) comprend une matrice (P21) et un pilon (P22), - la matière (P10) est un métal ferreux, - le procédé comprend une étape de chauffe du métal, l'étape d'application de la force de compression étant une frappe rapide, le procédé correspondant à un estampage.
17. 17.Procédé selon la revendication 14, dans lequel : - l'appareillage (P20) comprend une matrice (P21) et une contre-matrice (P22), - la matière (P10) est un métal non-ferreux, - le procédé comprend une étape de chauffe du métal, - l'étape d'application de la force de compression étant une compression lente et effectuée à l'aide d'une presse hydraulique), , 3030665 28 le procédé correspondant à un matriçage.
18. 18.Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 17, comprenant une étape d'usinage. 5
19. 19.Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 18, comprenant une étape d'opération de durcissement.
20. 20.Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 19, 10 comprenant une étape d'équipement du piston (1) à l'aide d'un coussinet (120) et d'un galet (120).
21. 21.Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 20, dans lequel l'étape d'ajout d'un coussinet (140) est effectuée par 15 pulvérisation d'un revêtement sur l'évidement (112).
22. 22.Procédé selon la revendication 21, comprenant une étape d'ajout d'un galet (140). 20
23. 23.Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 20, dans lequel l'étape d'ajout d'un coussinet (140) dans laquelle le galet (120) est inséré dans un coussinet (140) par pressage et dans laquelle le galet (120) et le coussinet (140) sont ensuite enchassés dans le piston 1. 25
24. 24.Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 23, dans laquelle le coussinet (120) est maintenu en place par une étape de sertissage, grâce à une réserve de matière (171) présente sur les bords de l'évidement (112). 30