Brevet FR2007941A1 — publié le 19700116

i 2007941 La présente invention concerne un vibrateur pour béton. Dans un vibrateur pour béton du type décrit dans le brevet américain SPITLEE 2.808.238 accordé au même titulaire que la présente invention, il est désirable de réduire autant que possible l'importance du glissement qui s'opère entre le béton et la surface extérieure du boîtier du vibrateur, quand le vibratoir est immergé et décrit une orbite à grande vitesse à l'intérieur d'une masse de1 béton, f|e sorte qu'une poussée ou une énergie maximale se trouve appliquée par le vibrateur au béton, afin de combler rapidement toutes les bulles d'air ou cavités existant à l'intérieur du béton. En conséquence, les boîtiers des vibrateurs ont reçu, lors de leur fabrication, diverses configurations autres que la configuration cylindrique ordinairement utilisée. On a utilisé, par exemple, un boîtier dont la section droite offrait extérieurement une configuration en forme de carré, et un boîtier cylindrique pourvu de nervures longitudinales, étant donné que les faces planes du boîtier ou ses nervures exerçaient sur le béton une poussée sensiblement plus grande, durant le mouvement orbital à grande vitesse du boîtier, que ne l'aurait fait un boîtier cylindrique. S'il est vrai que toute surface plane d'un boîtier de forme polygonale, ou d'une nervure longitudinale appliquée à un boîtier cylindrique est apte à transmettre au béton une poussée additionnelle durant la moitié environ du mouvement orbital décrit par cette surface plane, le glissement du béton se produit néanmoins durant le reste de la course orbitale. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Suivant l'invention, le vibrateur destiné à rendre compacte une matière composée de béton ou une matière similaire, comportant un boîtier tubulaire de forme allongée, un poids excentré supporté de manière à tourner à l'intérieur dudit boîtier, un dispositif de •fermeture à une extrémité dudit boîtier, et un dispositif d'entraînement connecté audit poids à l'autre extrémité dudit boîtier, afin d'entraîner en rotation le poids en question, est caractérisé en ce que le boîtier possède une série de surfaces concaves faiblement incurvées, réparties sur sa périphérie, et s'étendant dans une direction longitudinale, de manière à constituer sa surface extérieure, et en ce que le mouvement orbital dudit boîtier a pour effet de faire converger vers la matière adjaeente les forces issues de chaque surface, et canalise un écoulement ascendant de la matière adjacente à chaque surface." 69 14491 2 2007941 Il en résulte que, durant la presque totalité de la course orbitale de chaque surface concave, le mouvement"orbital décrit à grande vitesse par cette surface provoque un déplacement de la portion de béton adjacente suivant un trajet orbital correspon-5 dant, moyennant un glissement minimal entre le béton et la surface, de sorte que les vides ou les poches d'air existant dans le béton se trouvent rapidement comblés, Suivant une fo^pie de réalisation préférée de l'invention, le vibrateur pour béton met également en oeuvre un nouveau type de 10 boîtier obtenu par extrusion et présentant une masse relativement faible, ce qui permet de réduire la.masse du rotor ou du poids excentré nécessaire à la mise sur orbite présentant une amplitude prédéterminée dudit boîtier. Sn outre, des paliers à aiguilles présentant une masse réduite sont utilisés pour supporter le rotor, 15 et, du fait de la masse plus faible du rotor, ces paliers se trouvent soumis à des efforts moindres, ce qui "en accroît la durée de vie. La masse relativement faible du boîtier et des autres organes non rotatifs autorise également, avec le même rotor et la même vitesse de rotor un mouvement orbital de plus grande amplitude, ce 20 qui a pour effet d'appliquer à l'intérieur du béton une proportion d'énergie plus importante. Le boîtier obtenu par extrusion peut être formé d'aluminium, de titane, d'acier, ou d'autres matières appropriées et, s'il est constitué d'une matière tendre comme l'aluminium, on lui applique 25 un revêtement dur approprié. La fabrication par extrusion conforme à la présente invention permet d'obtenir un boîtier présentant une faible épaisseur dans les régions où l'abrasion entraîne une usure très faible. D'autres caractéristiques et avantages d'un vibrateur pour bé-30 ton construit conformément à l'invention ressortiront de la description suivante, en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, ainsi que .des revendications finales. Dans ces dessins : - la Fig. 1 représente en élévation un vibrateur pour béton 35 conforme à l'invention, vu en arrachement, avec coupe longitudinale /partielle suivant I-I de la' Fig. 2. - la Fig. 2 est une coupe transversale du vibrateur, opérée,• d'une manière générale, suivant 2-2 de la Fig.^1. - la Fig. 3 est une cçupe .transversale partielle à .grande échel-'40" le "dû boîtier représenté Fig. 1 et 2, et montrant les forces 69 14491 3 2007941 convergentes exercées sur le béton adjacent à chaque surface longitudinale du boîtier; et - la Fig. 4 est une coupe transversale partielle d'une forme modifiée du boîtier. 5 On va maintenant décrire, en référence aux Fig. 1 à 4, une forme d'exécution préférée de l'invention. .Le vibrateur représenté Fig. 1 est communément appelé vibrateur du type ^ crayon ", du fait qu'il possède une configuration allongée et mince particulièrement appropriée à son immersion dans du 10 béton fraîchement coulé entre des "coffrages muraux régulièrement espacés, entre lesquels sont disposées des armatures d'acier. Le vibrateur comprend un boîtier tubulaire allongé 15 obtenu par extrusion,, possédant sur toute sa longueur une section droite de configuration uniforme, et présentant un alésage cylindrique 16, 15 ainsi que des surfaces cylindriques 17 et 18 d'un diamètre légèrement plus grand, qui sont adjacents aux extrémités opposées de l'alésage 16. Les surfaces 17 et 18 rejoignent les parties extrêmes correspondantes 19 et 21 du boîtier 15, qui sont taraudées intérieurement. 20 Gomme représenté Fig. 2, le boîtier 15 présente la forme d'une mince paroi en acier obtenue par extrusion. Le boîtier 15 possède une surface extérieure constituée par des surfaces concaves 25 réparties à sa périphérie, et disposées de manière longitudinale, chacune d'elles présentant un rayon de courbure R correspondant, 25 d'une manière générale, au diamètre D d'un cercle circonscrit au boîtier. Les faces concaves 25 uniformément réparties sont réunies les unes aux autres de manière à constituer des nervures 28 légèrement arrondies disposées à la périphérie du boîtier, et s'étendant dans une direction longitudinale. Les nervures 28 ont des 30 rayons de courbure qui sont faibles relativement aux rayons de courbure des faces'concaves 25. Un rotor 30 est supporté, en vue de sa rotation à l'intérieur du boîtier 15, et comporte une portion cylindrique pesante 32 excentrée par rapport à l'axe du boîtier 15 et reliant des portions 35 " cylindriques de tourillons 33 et 34 définissant un axe de rotation déporté ou excentré par rapport à l'axe du cylindre pesant 32. Un bouchon 35 est vissé dans la partie terminale 19 du boîtier 15; il comporte une partie cylindrique 36, qui s'emboîte dans la surface cylindrique 17, " et ^ possède un" alésage cylindrique intérieur 37 40 ' 'destirié à ^contenir un palier à aiguilles 40 monté, sur la portion 69 14491 4 2007941 de tourillon 33 du rotor 30. Un goujon 41 est enfoncé à la presse dans un orifice 42 prévu à l'intérieur de l'extrémité du tourillon 33, et comporte une tête trempée 44, qui est en contact avec une bille en acier trempé 45 supportant la poussée du rotor, cette 5 bille étant logée dans une cavité 46 en forme de cône ménagée dans le bouchon 35«- Un accouplement tubulaire 50 est vissé dans l'extrémité opposée du boîtier 15, et possède une portion cylindrique 51, qui coulisse à l'intérieur de la surface 18, et comporte elle-même un 10 alésage cylindrique 52 destiné à recevoir un autre palier à aiguilles 40 monté sur le tourillon 34 du ressort 30. Un joint étan-che élastique 55, de forme annulaire, est également logé à l'intérieur de l'alésage 52; il prend appui contre un épaulement radial 56 et coulisse (à frottement doux) sur le tourillon 34, de manière 15 à emprisonner une quantité prédéterminée d'huile logée dans le boîtier 15 au cours de l'assemblage, et destinée à lubrifier les paliers 40. L'extrémité opposée de l'accouplement 50 possède un taraudage 58 destiné à recevoir l'extrémité filetée d'un arbre flexible représenté schématiquement en 59, l'autre extrémité de 20 cet arbre étant connectée à un moteur électrique à grande vitesse 60. Un accouplement tubulaire d'entraînement 65 est logé à l'intérieur de l'accouplement 50; une de ses extrémités est, connectée à l'arbre flexible, à l'intérieur de l'assemblage 59, et son au-25 tre extrémité est pourvue d'un alésage cylindrique 66, qui reçoit un organe de transmission cylindrique correspondant 68 faisant partie intégrante du rotor, 30. Une goupille transversale 70 réunit de manière rigide l'accouplement 65 à l'élément d'entraînement 68 du rotor, et transmet ainsi le couple moteur de l'assem-30 blage prévu pour l'arbre 59 au rotor 30. Une rondelle annulaire de feutre 71 entoure l'accouplement 65 de l'arbre, et sert à empêcher la poussière et autres matières étrangères de venir en contact avec le joint d'huile 55. Le fonctionnement du vibrateur conforme à l'invention ressort 35 de la Fig. 3, qui montre les lignes de force appliquées au béton par le boîtier 15. - Ainsi, quand le boîtier est immergé dans le béton frais et que le rotor 30 est entraîné en rotation à grande vitesse par le moteur de commande 60, tournant par exemple à 3.000 tours/minute, 40 le boîtier se déplace sur son orbite à une vitesse correspondante. 69 14491 5 2007941 Chacune des surfaces extérieures 25 de forme concave engendre à son tour des forces convergentes dans une direction généralement radiale. Ces forces sont dirigées vers le béton adjacent, à ^intérieur duquel leur action s'exerce. La courbure concave des sur-5 faces 25 sert à empêcher le béton de s'échapper comme dans le ca? d'une tête dans laquelle la surface présente un® forme cylindrique, cylindrique nervurée, ou plate. En fait, les surfaces 25 se comportent, d'une manière générale, comme les aubes recourbées d'une roue de turbine du type PELTON, et transmettent efficacement-10 au béton de l'énergie provenant du boîtier 15 parcourant son orbite. Gela s'accomplit,, au prix d'un glissement minimal entre chacune des surfaces 25 et le béton, du fait de la courbure de ces surfaces. Gomme la matière soumise à l'action du vibrateur se trouve empêchée, dans une certaine mesure, de se déplacer latéralement, 15 elle tend à s'élever au-dessus d'elle-même, ce qui a pour résultat d'accroître l'énergie qui lui est appliquée. Le vibrateur conforme à l'invention exerce aussi une action de pompage résultant du fait que les canaux respectifs délimités par les surfaces concaves 25 allant de la base au sommet du vibrateur 20 sont soumises à des oscillations d'amplitude progressivement décroissante de la base au sommet, puisque le vibrateur est supporté à son sommet ou au voisinage de ce dernier. H en résulte que le béton et l'air entraîné se meuvent dans une direction ascendante généralement verticale sous l'action des faces concaves 25 en 25 forme de canal, et cela équivaut à une action de pompage qui favorise l'élimination de l'air, et accélère la circulation à l'intérieur du mélange de béton. Cette action de pompage est mise immédiatement an évidence quand on immerge dans de l'eau un vibrateur fabriqué conformément à l'invention. Des jets d'eau distincts 30 jaillissent des divers côtés du vibrateur, au droit de chacune des surfaces 25, et se dirigént vers le haut et vers l'extérieur, parcourant (à partir du vibrateur), une distance qui peut atteindre plusieurs triples décimètres. Le boîtier 15 en acier mince obtenu par extrusion procure aus-35 si plusieurs avantages importants. Ce mode de construction conduit à la formation d'une paroi relativement mince, comme indiqué par les flèches 75, dans les régions d'épaisseur minimale, c'est-à-dire au centre de chaque surface 25. Une paroi mince est admissible en 75, puisque l'usure due à l'abrasion tend à se concen-40 trer sur les nervures 28, où l'épaisseur de la paroi du boîtier 69 14491 2Q07941 est maximale. Cette usure est minimale en 75, là où 1'épaisseur du boîtier est la plus faible. A titre d'exemple, un boîtier de vibrateur du type " crayon " construit conformément à la présente invention, comportant sept 5 surfaces 25 de même grandeur et d'écartement angulaire uniforme, avait vn rayon de courbure de 38,10 mn snr chaque ""-ce, alors que le diamètre D du cercle circonscrit au tcîtier était de .34,92 ras» L'épaisseur minimale de la paroi du boîtier, mesurée en 75, était de 1,98 jfam. 10 Quand le Loïtier est constitué par de l'acier, l'épaisseur minimale de la paroi mesurée en 75 est- de préférence de 2,54 mm mais peut être plus faible. Cette épaisseur est sensiblement moindre que 1*épaisseur de paroi d'un boîtier usuel en acier usiné de forme cylindrique mesurant 31,75 mm de diamètre. L*épaisseur d'un 15 tel boîtier peut atteindre 3,8 mm. L'épaisseur minimale de paroi, telle que définie ci-dessus, ne croît pas nécessairement avec le diamètre du boîtier de vibrateur. Par exemple, dans des vibra-teurs plus importants, utilisant un boîtier possédant un diamètre du cercle circonscrit D de 70 mm ou plus, l'épaisseur minimale de 20 paroi d'un boîtier en acier obtenu par extrusion demeurerait de préférence égale à 2,55 mm ou moins, cette épaisseur étant mesurée en 75. Si l'on utilise des matériaux plus tendres, tels que de l'aluminium, on peut augmenter l'épaisseur de la paroi; afin d'obtenir une résistance suffisante sans accroître le poids Si' l'on se réfère à nouveau à l'exemple, spécifique donné ci-dsssus, le boîtier 15 construit conformément à l'invention possédait une longueur totale de 244 mm et pesait 7 kg. Un boîtier . 30 usuel correspondant de forme cylindrique, exécuté en acier usiné, et mesurant 31,75 mm de diamètre pesait 1C,9 kg. Dans cet exemple, le boîtier conforme à la présente invention représente une réduction de 36 % pour le poids du boîtier comparé au boîtier usuel correspondant. D'autres réductions du poids global peuvent 35 être réalisées du fait que les paliers 40 supportant le rotor sent du type à aiguilles, ce qui est possible puisque la charge appliquée à ces paliers a été réduite conformément à la réduction ■ du poids du boîtier. En outre les contraintes de travail plus faibles ont rendu possible un allongement de la durée de service 40 des paliers 40 supportant le rotor. 69 14491 7 2007941 La Fig. 4 représente une section droite d'un boîtier 15' en aluminium, dont la surface extérieure a été pourvue d'un revêtement 80 constitué par une matière dure résistant à l'usure, telle que du nickel ou un alliage nickel-cuivre. De tels revêtements 5 peuvent fournir une surface dure et résistante à l'usure qui soit satisfaisante; ils peuvent présenter une dureté ROCKWELL de 65-échelle C et sont capables de résister à l'abrasion et de procurer au boîtier une longue durée de vie, tout en préservant la configuration désirée pour la surface. Le boîtier de la Fig. 1+ obte-10 nu par extrusion d'aluminium peut être préféré en raison de son prix de fabrication relativement plus bas, si on le compare aux boîtiers des Fig. 1 et 2 obtenus par extrusion d'acier, ainsi que de la possibilité de nouvelles réductions de poids. En variante, on peut substituer du titane à l'aluminium, auquel cas le revête-15 ment extérieur serait rendu superflu en raison de la dureté de ce matériau. Le vibrateur du type " crayon M représenté Fig. 1 est particulièrement bien adapté à son emploi entre coffrages à béton, l'espace peut être limité en raison de la présence d'armatures (fers 20 ronds à béton et matériaux similaires). H est alors particulièrement important que le vibrateur puisse tasser efficacement et complètement le béton dans les espaces disponibles. Limportante fourniture d'énergie opérée par le vibrateur conforme à la présente invention offre un avantage particulier là où l'espace est li-25 mité, et où il n'est pas toujours possible d'insérer la tête du vibrateur dans différentes positions à l'intérieur du coffrage. Alors que -le dispositif décrit ci-dessus constitue une forme de réalisation préférée de l'invention, il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée à cette forme précise de réalisa-30 tion, et que des modifications- peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention, qui est définie dans les revendications suivantes. 69 14491 REVENDICATIONS 2007941 1 - Vibrateur destiné à rendre compacte une matière composée de béton ou une matière similaire, comportant un boîtier tubulaire de forme allongée, un poids excentré supporté de manière à tourner à 5 l'intérieur dudit boîtier, un dispositif de fermeture à une extrémité dudit boîtier, et - un dispositif d'entraînement connecté audit poids à travers l'autre extrémité de ce boîtier, afin d'entraîner en rotation le poids en question, caractérisé en ce que le boîtier possède une série de surfaces concaves faiblement incurvées, espa-10 cées à sa périphérie, et s'étendant dans une direction longitudinale, de manière à constituer sa surface extérieure, et en ce que le mouvement orbital dudit boîtier a pour effet de faire converger vers la matière adjacente des forces issues de chaque surface, et canalise un écoulement ascendant de matière adjacente à chaque sur-15 face. 2 - Vibrateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque surface possède un rayon de courbure constant approximativement égal au diamètre d'un cercle circonscrit audit boîtier. 3 - Vibrateur conforme à la revendication 1, caractérisé en 20 outre en ce que le boîtier comprend au moins sept surfaces concaves uniformément réparties. 4 - Vibrateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit boîtier comprend un tube obtenu par extrusion, tube dont la section droite présente sur toute sa longueur une configura- 25 tion uniforme. 5 - Vibrateur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ledit boîtier possède sur toute sa longueur une épaisseur de paroi sensiblement uniforme. 6 - Vibrateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce 30 que lesdites surfaces concaves sont réunies par des. nervures dont le rayon de courbure est relativement faible par rapport au rayon de courbure desdites surfaces. 7 - Vibrateur conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le boîtier est en acier formé par extrusion. 35 8 - Vibrateur conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi dudit boîtier est de 2,55 mm ou moins dans la région desdites surfaces concaves située entre les nervures. 9 - Vibrateur conforme à la revendication 6, caractérisé en ce 40 que ledit boîtier est formé par extrusion d'aluminium, et en ce 69 14491 9 ?u'un revêtement constituant une surface dure est appliqué, à l'extérieur dudit boîtier, sur les surfaces concaves et sur les nervures, afin d'en empêcher l'usure par abrasion.