Brevet FR2008085A1 — publié le 19700116

L'invention concerne un marteau pour outils à percussion du type dans lequel un piston moteur logé dans : une chambrè;: dé travail entraîne par un fluide sous pression un marteau-piston"qui transmet son'énergie cinétique à un outil à percussion. L'invention est 5 applicable en particulier à des perforatrices portatives actionnées par des moteurs à combustion interne,.jnais elle peut être employée également avec d'autres types de marteaux, indépendamment de la nature de la source'id'énergië.i ' -/ . ' \. \ ■* *■ * ! - *■ ' «• f ». » Dans un mécanisme à marteau déjà connu et destiné à une perfo-10 ratrice actionnée par un moteur à combustion interne, les gaz de combustion agissent directement sur. .le marteau-piston de.-la perforatrice, le marteau-piston:et un piston de moteur intérieur1'étant disposés dans un cylindre dans lequel le marteau-piston absorbe sous la forme d'énergie cinétique l'énergie produite par la combus-15 tion. Après avoir frappé un outil à percussion, le marteau-piston revient vers le piston-du moteur à combustion interne sous l'action d'une pression supérieure à-la pression atmosphérique, qui agit dans une chambre située sous le marteau-piston. Mais la vitesse de retour et la longueur de la course de retour du marteau-piston dé-20 pendent au moins partiellement de la dureté du matériau soumis à l'outil à percussion et du recul de.l'outil. Cela implique que le marteau-piston n'est pas toujours correctement placé par rapport au piston moteur au début de la combustion,. &t cela,se produit spéciâ- /V9.ri3.Dl6 lement quand le matériau traité à une duret^ Il en résulte un 25 fonctionnement irrégulier du moteur. La position de la bougie d'allumage est un autre inconvénient des perforatrices connues, car elle doit être placée dans la paroi latérale de la chambre de combustion, ce qui rend celle-ci dissymétrique et nuit à la combustion, qui devient incomplète-. L'a vites-30 se du moteur doit alors rester faible, ce qui est mauvais pour le rendement de l'outil. ■ ' ' Un objet de l'invention est un marteau pour outils à percussion qui évite ces inconvénients du recul de l'outil et qui peut être utilisé à une vitesse beaucoup plus élevée que celle qu'on 35 peut obtenir avec les perforatrices portatives habituelles, en particulier avec celles qui sont actionnées par des moteurs à combustion interne. Suivant l'invention, un mécanisme à marteau est caractérisé par : un-marteau mobile par rapport au marteau-piston dans la direc-40 tion du mouvement de celui—ci, une première butée contenue dans le 69"14772 2008085 ' mécanismé 'à marteau et limitant le mouvement du marteau7 dans une ■ première dir'ectibn, une chambre* de retour pour le marteau-piston dans laquelle un fluide sous pression agit sur ce marteau-piston • dans une~ deuxième" direction opposée à la première ,* des' moyens, pour 5 ^oili-citeï1 le marteau en direction d'une' position de" repos, sur la "première bu-tée quand le marteau-pistonvfrappë uxi outilla perçus-sibrr, une deuxième butée sur le marteau,* et une troisième butée sur le marteau-piston destinée à coopérer avec la deuxième butée "afin que," lorsque le marteau-piston a 'frappé il" soït entraîné dans i'O "l'a iieukième direction par le fluide so'u's pression de l'a" chambre de retour jusqu'à ce que la troisième butée touche la deuxième, la masse du marteau étant calculée, par rapport à celle du marteau-piston, de façon que le marteau-piston s'arrête dans la deuxième direction quand' la troisième butée touche la deuxième et que l'é-15" nergie cinétique du'marteau-piston a été transmise au marteau, si bien que le marteau-piston atteint toujours des positions extrêmes bien déterminées dans le mécanisme indépendamment du recul de l'outil • • à percussion depuis le matériau traité. Dans un mode' de réalisation préféré, lé marteau est annulaire^ 20- entoure con'centriquement le" marteau-piston, "coopère par glissement avec lui, et définit avec lui la chambre de retour, le fluide sous pression contenu dans cette chambre de retour constituant les moyens pour solliciter le"marteau. Un grand avantage du mécanisme suivant l'invention consiste 25 "surtout dans lé fait qu'on peut choisir là meilleure vitesse de rotation pour le mécanisme a marteau ou le nombre de coups du mar-"teau-piston dé façon que le mécanisme à marteau puisse transmettre la plus grande énergie possible par ùriité de temps, ce qu'on ne pouvait pas faire avec les machines déjà connues-, par suite de leur 30 faible vitesse1 dé' fonctionnement.' L'invention "sera mieux comprise à la lecture de Ta description ci-après et à 1*examen des deësins annexés,' qui représentent un mode dê réalisation d'une perforatrice. ' r""''' La figure' 1 est une vue latérale avec' coupe partielle d'une 35 'përforâtrice possédant un mécanisme à marteau suivant 1'irivëntïon. Lès figurés 2A tft' 2B' sont àes graphiques" mbrftTânt respectivement le mouvement du marteau-piston *et'celui du martéàù annulaire "eix fonction du temps entre les positions extrême s "'supérieure et • inférieure de ces organes. 40 La figure 3 est un graphique qui représente Ta force'de per 69 14772 3 2008085 cussion totale par minute et la force de percussion de chaque coup en fonction du nombre de coups du marteau-ppston ou du nombre de tours du moteur. La perforatrice de la figure 1 comprend un moteur classique 5 à combustion interne qui comporte lui-même des ailettes de refroidissement 1, un cylindre 2, un piston 3, une bougie d'allumage 4, une bielle 5, un volant 27 et un vilebrequin 6. Une bielle 7 pour un piston de compresseur ou piston moteur 8, qui va et vient dans un cylindre de compresseur 9, est articulée au vilebrequin;- la 10 direction de la bielle 7 est opposée à celle de la bielle 5. La paroi du cylindre 9 comporte une ouverture tO pour admettre l'air dans une chambre de compression Tî. Dans cette chambre, la pression varie entre 0 et 15 atmosphères par exemple. La chambre 11 est limitée vers le bas par un marteau-piston 12, et un marteau annulaire 15 13 est disposé concentriquement autour du marteau piston et constitue un pision auxiliaire pour ce marteau-piston. Une chambre de retour 14 est disposée concentriquement entre le marteau-piston 12 et le marteau annulaire 13 et se trouve constamment sous une pression supérieure à la pression atmosphérique qui peut être comprise 20 entre 1 et 1,5 atmosphères environ par exemple. L'air comprimé passe de la chambre 11 à la chambre 14, par exemple par le jeu existant autour du marteau-piston 12. Le marteau-piston 12 est logé dans un carter 21 qui constitue un siège 18 formant une première, butée pour le marteau annulaire 13. Le marteau 13 porte un rebord 25 intérieur 16 qui forme une deuxième butée coopérant avec une troisième butée formée par une bride annulaire extérieure ,15 du marteau-piston 12. Le marteau 13 forme joint étanche avec le marteau-piston en 19. Pendant le mouvement ascendant du marteau-piston, la bride 16 vient en prise avec la butée formée par la bride 15. Le marteau-30 piston est guidé en 17 dans le carter 21. La première butée 18 limite le mouvement descendant du marteau 13. Celui-ci comporte une surface cylindrique 20 de guidage et d'étanchéité, qui coopère avec un passage intérieur du carter 21. De l'air de balayage est envoyé à un conduit 25 drun outil de forage 22 par des passages 23 35 et 24 comme indiqué par les flèches, ou par un passage 29 dans le marteau-piston. Un manchon et un entraîneur rotatif 26 font tourner le foret proprement dit. On va maintenant décrire le fonctionnement d'une perforatrice comportant le mécanisme à marteau suivant l'invention. La figure 40 1 représente le piston du moteur et le piston du compresseur dans 69 14772 4 2008085 leurs positions supérieures extrêmes à l'intérieur des cylindres respectifs, c'est-à-dire dans leurs positions voisines du vilebrequin. G-râce à l'énergie cinétique emmaganisée dans le volant 27, le piston 3 comprime le mélange air-combustible dans le cylindre 2 5 en vue de la combustion suivante. Simultanément, le pjston 8 comprime l'air dans la chambre 11, depuis la pression atmosphérique jusqu'à environ 15 atmosphères» Le marteau-piston 12 commence à descendre dans le cylindre 9 quand la pression dans la chambre 11 dépasse 1 atmosphère, en raison de la surpression d'environ 1 atmca-10 phère qui existe dans la chambre de retour 14 et s'oppose à ee-«otfc— vement descendant. Un peu plus tard-, le marteau 13 revient à la première butée 18, après avoir été projeté vers le haut par le marteau-piston pendant la course ascendante de celui-ci dans la cour-se de travail précédente. Pendant que le marteau-piston descend, il 15 est accéléré par la pression croissante de la chambre 11, et il atteint une vitesse d'environ 10 m/sec quand il frappe l'outil 22. La pression dans la chambre de compression 11 a "alors déjà diminué depuis un maximum d'environ 15 atmosphères jusqu'à quelques atmosphères. La pression dans la chambre 14 est alors d'environ 1,5 20 atmosphère, l'augmentation étant due au fait que le marteau 13 s®sa rête contre la butée 18 avant que le marteau-piston frappe l'outil 22. Pendant le mouvement descendant du piston 8, l'air de balayage passe de la chambre 11 dans le conduit 25 de l'outil 22, par les conduits 23 » 24 ou 29. 25 A peu près en même temps que le marteau-piston frappe l'outil 22, la combustion se produit dans le cylindre 2, ce qui fait remoit-ter le piston 8. Le marteau-piston commence à s'élever quand la pression dans la chambre 11 est tombée au-dessous de 1,5 atmosphère. Pendant la remontée du marteau-piston, la troisième butée de 30 la bride 15 vient toucher la deuxième butée du rebord ro du marteau 13, qui était immobile sur la première butée 18. Les masses du aiar-teau-piston et du marteau annulaire sont choisies l'une par rapport à l'autre de façon à assurer que le marteau-piston s'arrête toujours quand il vient frapper le marteau annulaire indépendamment 35 de l'amplitude du retour de l'outil à percussion sur le matériau traité, tandis que le marteau annulaire continue à s'élever et comprime ainsi l'air dans une chambre 28 formée entre le rebord 16 eir le cylindre. Le marteau 13 s'élève sur une distance qui dépend en partie .. . de l'amplitude du recul. Le marteau annulaire revient 40 au contact de la butée 18 quand le marteau-piston a de nouveau 69 14772 5 2008085 commencé à descendre pendant la course de travail suivante. La position initiale du marteau-piston est donc toujours la même au début de chaque cycle. Les graphiques temps-déplacement des figures 2Â et 2B qui con-5 cernent respectivement le marteau-piston et le marteau annulaire montrent comment le marteau-piston, pendant son mouvement ascendant, vient frapper dans sa position supérieure extrême le marteau annulaire, qui est immobile dans sa position normale ou de repos, et qui est ainsi projeté vers le haut puis atteint sa position supé-10 rieure extrême et revient à sa position normale, où il attend la course suivante du marteau-piston avant que celui-ci ait atteint sa position inférieure extrême, c'est-à-dire la position dans laquelle le choc est transmis à l'outil. Le marteau-piston s'arrête contre le marteau annulaire, et il reste dans cette position supé-15 rieure extrême pendant un temps un peu inférieur au temps nécessaire à la montée et à la descente du marteau annulaire. La position normale ou de repos du marteau-piston se trouve donc à la limite supérieure extrême de son déplacement, tandis que celle du marteau annulaire se trouve à la limite inférieure extrême de son dépla-20 cernent. ' - La figure 3 est un graphique qui montre comment la force de percussion par unité de temps E et la force de percussion par course varient en fonction du nombre de coups du marteau-piston. En faisant varier la distance a comprise entre le piston 8 et le mar-25 teau-piston 12 dans leurs positions supérieures extrêmes, on peut faire varier à la fois la force de percussion par course e_ et la force de percussion totale E. On peut obtenir la valeur optimale de la force de percussion totale E-en choisissant convenablement la distance a. Cette valeur optimale est atteinte non pas quand la 30 force de percussion par course e est maximale,'mais ptiur un nombre de coups un peu plus élevé, comme on le voit sur la figure 3, sur laquelle la droite A représente une distancé a trop faible, la droite B la distance" a correcte, et la droite C" une distance a trop grande. On n'a pas pu atteindre cette vitesse élevéë de fonctionne-35 ment avec les mécanismes à marteau antérieurs 'de ce type, d'ans lesquels le marteau-piston est actionné directement par les' gaz dé combustion du cylindre d'un moteur à combustion interne. L'obtention de la valeur optimale de la force de percussion par minute constitue un grand avantage et est rendue possible par le marteau 40 annulaire, qui joue le rôle d'un marteau-piston auxiliaire. 69 14772 6 2008085 L'invention ne se limite pas,au mode de réalisation décrit et représenté ni aux valeurs indiquées pour les surpressions, les vitesses'des pistons et les courses des pistons, et elle peut subir "toutés'les modifications évidentes à un technicien. 69 14772 7 2008085 REVENDICATIONS 1. Mécanisme à marteau pour outil à percussion, en particulier pour perforatrice portative, du type comportant un piston moteur qui, au moyen d'un fluide sous pression et dans une chambre de tra- 5 vail destinée à ce piston, actionne un marteau-piston qui transmet son énergie cinétique à un outil à percussion, ce mécanisme étant caractérisé en ce qu'il comporte un marteau mobile par rapport au marteau-piston dans la direction du mouvement de celui-ci, une première butée contenue dans le mécanisme et limitant le. mouvement du 10 marteau dans une première direction, une chambre de retour pour le marteau-piston dans laquelle un fluide sous pression agit sur ce marteau-piston dans une deuxième direction opposée à la'première, des moyens pour solliciter le marteau en direction d'une position de repos sur la première butée quand le marteau-piston frappe l'ou-15 til à percussion, une deuxième butée sur le marteau, et une troisième butée sur le marteau-piston et qui coopère avec la deuxième butée afin que, lorsque le marteau piston a frappé, il soit entraîné dans la deuxième direction par le fluide sous pression de la chambre de retour jusqu'à ce que la troisième butée touche la deuxième, 20 la masse du marteau étant calculée, par rapport à celle du marteau-piston, de façon que le marteau-piston s'arrête dans la deuxième direction lorsque la troisième butée touche la deuxième et que l'é- r nergie cinétique du marteau piston est transmise au marteau, si bien que le marteau-piston atteint toujours des positions extrêmes 25 bien déterminées dans le mécanisme, indépendamment du recul de l'outil depuis le matériau traité. 2. Mécanisme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le marteau est annulaire, entoure coaxialement le marteau-piston, coopère avec lui par glissement, et forme avec lui la chambre de 30 retour, et que le fluide sous pression dans cette chambre de retour constitue le moyen pour solliciter le marteau. 3. Mécanisme suivant les revendications 1 et. 2 , caractérisé en ce qu'il comporte un carter pourvu d'un siège annulaire pour le marteau annulaire, ee siège formant la première butée, un rebord 35 intérieur aménagé sur le marteau annulaire formant la deuxième butée, et une bride annulaire extérieure ménagée sur le marteau-piston et formant la troisième butée. 4. Mécanisme suivant la revendication 1 ,- caractérisé en ce que-le piston moteur est un piston de compresseur entraîné par un vile- 40 briquin auquel est articulé le piston d'un moteur à combustion in 69 14772 8 2008085 terne, le piston du compresseur et le piston du moteur étant relié à des manivelles opposées du vilebrequin. 5. Mécanisme suivant la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que la distance comprise entre le marteau-piston et le piston 5 moteur dans leurs positions supérieures extrêmes est choisie de fa çon à produire la force de percussion optimale par unité de temps, par une fréquence déterminée•des chocs du mécanisme à marteau.