Brevet FR2013841A1 — publié le 19700410

la présente invention concerne des dispositifs pneumatiques à piston et cylindre destinés à être utilisés dans un appareil de percussion ou pour conférer une force d'accélération Dans la présente demande, les termes "pneumatique" et "air",lorsque le contexte le permet,doivent être considérés comme couvrant des gaz en plus de l'air proprement dit. Un appareil de percussion pneumatique typique , qui est actuellement disponible, comprend un cylindre pneumatique communiquant avec un réservoir d'air comprimé, et un piston fonctionnant dans le cylindre, le piston étant fixé à une soupape dont la surface est sensiblement inférieure à celle du piston ; au bout d'un court laps de temps, pendant que la pressiqn de l'air contenu dans le réservoir au-dessus du piston augmente et que la pression de l'air au-dessous du piston diminue jusqu'à la différence correcte, la soupape et le piston se déplacent et permettent à l'air de s'échapper du réservoir par l'ouverture de la soupape et d'accélérer le piston pour produire ainsi la course de percussion du piston et de sa tige. L'air provenant du réservoir et situé au-dessus du piston s'échappe pour permettre la course de retour du piston.Cet appareil limite la dimension de l'ouverture de la soupape, du fait que plus l'ouverture est grande, moins la différence de pression est importante et plus la résistance à l'accélération est grande, et il limite également la dimension du réservoir qui peut être utilisée d'une façon économique, étant donné qu'à chaque opération , l'air comprimé restant dans le réservoir est perdu et que l'échappement et le remplacement de cet air sont la cause d'un retard avant l'exécution de l'opération suivante par conséquent, l'accélération et la percussion qui peuvent être produites par un volume d'air donné à une pression donnée et la distance sur laquelle l'accélération peut se produire sont limitées. Suivant la présente invention, un réservoir d'air comprimé et un cylindre pneumatique sont reliés par un passage commandé par une soupape, un élément étant disposé entièrement ou en partie dans le réservoir pour actionner la soupape et pour favoriser ainsi un écoulement immédiat de l'air comprimé à travers le passage commandé par la soupape dans le cylindre pneumatique de façon à soumettre un piston situé dans le cylindre pneumatique à une forte accélération. Autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif,mais nullement limitatif, des formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins La figure 1 est une coupe transversale d'un dispositif de percussion à cylindre et piston,à ressort de rappel, avec un circuit pneumatique associé représenté schématiquement ; et la figure 2 est une vue analogue d'un dispositif de percussion à rappel pneumatique. En se référant à la figure 1, le dispositif comporte un cylindre 5 dans lequel un piston 6 et une tige 7 de piston peuvent être animés d'un mouvement de va-et-vient entre un corps 8 de soupape prévu à l'extrémité supérieure du cylindre et un bouchon d'extrémité 9 situé à l'extrémité inférieure, la tige de piston pouvant coulisser dans un orifice ménagé dans le bouchon d'extrémité. Un ressort amortisseur 10 s'appuie contre le bouchon d'extrémité 9 et un faible ressort de rappel 11 entoure la tige de piston et agit entre le bouchon d'extrémité 9 et le c8té inférieur du piston 6. Le ressort 11 exerce une force juste suffisante pour garantir le retour du piston 6 jusqu'à la position interne. la tige 7 de piston serait reliée en pratique à un marteau ou autre outil approprié. Un réservoir 15 d'air comprimé est disposé au-dessus du corps 8 de soupape et est coaxial au cylindre 5, son diamètre étant identique à celui de ce dernier. le réservoir communique avec le cylindre et le piston par un passage circulaire 16 ménagé dans le corps de soupape et commandé par une soupape 17. Cette dernière est portée par une tige 18 qui passe à travers le réservoir 15 et présente un piston 19 à son autre extrémité. le piston 19 se trouve dans un passage 20 d'un bouchon d'extrémité 21 et ne peut pas sortir du passage lorsque la soupape est ouverte, du fait qu'une bague 22 de la tige 18 vient en contact avec une butée 23 portée par une barre diamétrale 27 comportant un guide 24 dans lequel la tige 18 peut coulisser. L'air, de préférence a une pression réglée, est admis continuellement dans le réservoir par un passage d'entrée 30 et peut être également admis dans une chambre 31 située au-dessus du piston 19 par l'intermédiaire d'un distributeur inverseur 32. le rapport entre les surfaces du piston 19 et de la soupape 17 exposées à l'air du réservoir est tel que la force exercée vers le haut sur le piston 19 est légèrement supérieure à la force exercée vers le bas sur la soupape 17 et maintient ainsi normalement la soupape 17 en position fermée. L'air peut s'échapper de la région située au-dessus du piston 6 dans le cylindre 5 par un passage 33 ménagé dans le corps 8 de soupape sis la commande d'une soupape 34. Cette dernière contient un piston libre 35 dont le centre d'une face, lorsqu'il est dans la position de gauche ou fermée, est soumis à la pression d'air régnant dans le passage 33, et dont la totalité de l'autre face, dans la même position, est soumise à la pression d'air régnant dans une conduite 36 reliée au distributeur 32.La différence est telle qu'une pression convenablement faible appliquée à cette dernière face, lorsque l'air contenu dans la conduite 36 et dans la chambre 31 est évacué, maintient la soupape 34 en position fermée à l'encontre d'une plus forte pression dans le passage 33, jusqu'à ce que le piston 19 et la soupape 17 aient été soulevés pour fermer cette soupape 17. Sur le dessin, l'appareil est représenté dans sa position de repos. Pour que le piston 6 effectue une course, le distributeur 32 est actionné au moyen de son plongeur 37 pour relier la soupape 34 et la chambre 31 à la source d'air. Ceci déplace immédiatement le piston libre 35 , de façon à fermer hermétiquement le passage d'échappement 33 et il en résulte alors un mouvement descendant du piston 19 qui ouvre la soupape 17. Dès que la soupape 17 est ouverte, l'air comprimé contenu dans le réservoir jaillit à travers le passage 16 et agit sur le piston 6, en le propulsant ainsi le long du cylindre 5 pour effectuer la course de percussion. Pendant la course, l'air situé dans le cylindre 5 au-dessous du piston 6 est chassédans un passage 38. Il est préférable que la percussion se produise lorsque le piston 6 a atteint sa plus grande vitesse et avant qu'il touche le ressort amortisseur 10 qui ralentit le piston 6 en cas d'utilisation incorrecte. A ce moment, le plongeur 37 est relâché et le distributeur 32 change de position sous l'influence de son ressort et relie la conduite 36 et la chambre 31 à l'échappement. La pression régnant dans le réservoir 15 déplace le piston 19 et la soupape 17 vers le haut pour la fermer,en empêchant ainsi que l'air s'échappe du réservoir et en permettant une augmentation de sa pression. le piston 35 se déplace ensuite jusqu'à la position représentée sur le dessin et l'air situé au-dessus du piston 6 passe par le passage 33 et s'échappe par une série annulaire d'orifices 39 de la soupape 34 , et le ressort 11 déplace le piston 6 vers le haut jusqu'à la position interne. La figure 2 montre une variante dans laquelle la course de retour du piston 6 est effectuée par l'air comprimé au lieu d'un ressort de rappel. Ainsi, le ressort 11 de la forme de réalisation de la figure 1 est supprimé et le passage 38 est relié à un distributeur inverseur 45 destiné à être actionné par la pression régnant dans la conduite 36 par l'intermédiaire d'une conduite de branchement 46 comportant un étranglement 47. les éléments d'étanchéité prévus autour du piston 6 et du bouchon d'extrémité 9 sont également modifiés et le piston 19 coulisse dans un cylindre 50 s'étendant entre le bouchon d'extrémité 21 et la barre 25. Cette dernière modification supprime la bague 22 et la butée 23 et pourrait être également utilisée dans la forme de réalisation de la figure 1, si on le désire. Au cours du fonctionnement de la forme de réalisation de la figure 2, le réservoir est de nouveau alimenté constamment en air comprimé par le passage d'admission 30 , et pour effectuer une course de percussion, le distributeur 32 est actionné et il actionne lui-même les soupapes 34 et 17, comme précédemment décrit. le distributeur 45 n'est pas actionné immédiatement, étant donné que l'étranglement 47 ralentit l'accumulation de la pression dans la conduite 46 jusqu'à ce que la course de percussion soit terminée , après quoi cette pression actionne le distributeur 45. L'air comprimé est ainsi admis sous le piston 6 pour qu'il effectue sa course de retour et ensuite le distributeur 32 est relaché pour fermer la soupape 17 et évacuer l'air situé situé au-dessus du piston 6 par le passage 33 et la soupape 34. Ensuite, l'échappement de l'air à travers l'étranglement 47 réduit suffisamment la pression dans la conduite 46 pour que le distributeur 45 change de position sous l'action de son ressort, de façon que l'air situé sous le piston 6 dans le cylindre 5 soit relié à l'échappement et que le dispositif soit prêt à effectuer la course suivante. le clapet de retenue indiqué dans la conduite d'échappement du distributeur 45 peut être nécessaire pour retenir au-dessous du piston 6 une pression juste suffisante pour le maintenir dans la position interne à l'encontre des forces externes, comme la pesanteur. On se rend compte que les opérations successives se produisent très rapidement en pratique et qu'elles peuvent se répéter d'une fa e çon continue jusqu'à/qu'elles soient interrompues par un élément manuel quelconque. Dans une telle disposition, le distributeur 32 pourrait être inversé par un dispositif automatique aux instants appropriés du cycle de fonctionnement. Il convient de noter que lorsque la soupape 17 est actionnée,indépendamment du piston 6, le réservoir n'est pas relié à l'échappement pour permettre la course de retour du piston 6 et par suite, l'air comprimé contenu dans le réservoir n'est pas gaspillé.En outre, le remplissage du réservoir n'occasionne aucun retard et cette disposition permet d'utiliser un plus grand réservoir et si on le désire un plus grand passage entre le réservoir et le cylindre 5, et cela permet ainsi de produire une accélération et une percussion encore plus grandes que celles qui pourraient être obtenues d'une façon économique avec les propositions antérieures. Dans une variante applicable à l'une ou l'autre des formes de réalisation ci-dessus, le passage d'échappement 33 et la soupape 34 peuvent être supprimés, l'air se trouvant au-dessus du piston 6 s'échappant par un passage longitudinal ménagé dans la tige 18 de soupape. Ce passage peut nécessiter la présence d'un clapet sphérique de retenue et/ou un étranglement pour empêcher un écoulement rapide de l'air dans le passage avant que la soupape 17 s'ouvre et pour empêcher la production pendant 11 échappement d' une contre pression suffisante pour que la soupape 17 ne puisse pas s'appuyer correctement contre son siège. De nombreuses autres modifications sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple , le piston 19 pourrait se trouver dans le réservoir 15 au lieu du passage 20, et la soupape 17 pourrait s'appuyer contre le coté réservoir du corps de soupape au lieu du e8té cylindre. lorsqu'telle se trouve du coté cylindre, la soupape 17 pourrait toucher le piston 6 dans la position de repos du dispositif, et lorsqu'elle se trouve du côté réservoir, elle pourrait être déplacée en position ouverte par l'air s'échappant de la région située au-dessus du piston 19 par suite du mouvement ascendant dudit piston et de la soupape 17, sous l'effet de la pression du réservoir.La course de retour du piston 6 pourrait être effectuée par un autre moyen quelconque, si on le désire, à la place du ressort ou du rappel pneumatique décrits, à condition que cet autre moyen oppose peu ou pas de résistance à une accélération ultérieure du piston 6, et le piston 6 et sa tige pourraient être des éléments séparés, non reliés. De plus, l'appareil pourrait être utilisé pour conférer une accélération directement à un objet faisant saillie dans le cylindre, et dans ce cas on utiliserait alors qu'un piston sans tige. On pourrait atteindre le même but en utilisant une tige de piston tubulaire. Dans d'autres variantes, l'alimentation constante en air du réservoir pourrait s'effectuer par un orifice ménagé dans le corps 8 de soupape, au lieu du bouchon d'extrémité 21, le réservoir pourrait avoir un diamètre plus grand ou plus petit que le cylindre 5, ou bien le réservoir pourrait être agencé autour du cylindre en prévoyant un ou plusieurs orifices appropriés entre eux. le corps 8 de soupape pourait également comporter une soupape incorporée équi valent à la soupape 34. Si on le désire, la vitesse de rappel du piston 6 peut être réglée en limitant le débit d'échappement et dans le cas du rappel pneumatique en limitant la pression utilisée. Normalement la pression appliquée au réservoir et celle appliquée à la chambre 31 seraient identiques, mais on peut utiliser des pressions différentes si on le désire. Bien qu'on utilise une pression pneumatique dans les formes de réalisation décrites pour ouvrir la soupape 17, on pourrait l'effectuer par un dispositif mécanique ou autre dispositif externe comme un système de came approprié en owtre la soupape peut titre normalement maintenue en position fermée ou peut être déplacée pour être mise en position fermée par un ressort et/ou autre dispositif mécanique à la place ou en plus des différentes forces agissant sur le piston 19 et la soupape 17,qui sont dues à la pression régnant dans le réservoir, ou bien le passage 20 pourrait être isolé du réservoir 15 et le piston pourrait être actionné par un moyen différent de la pression régnant dans le réservoir. La tige 7 du piston peut avoir un grand diamètre pour former une masse importante et fournir une résistance mécanique, et elle peut occuper une grande proportion de la zone disponible dans le cylindre et réduire ainsi le volume d'air dans ce dernier et par suite,la pousse vers l'intérieur exercée sur le piston. En outre, le ressort amortisseur 10 peut être supprimé et il n'est pas utile que la course de percussion amène le piston près de l'extrémité externe du cylindre ; le cylindre peut avoir une longueur supplémentaire , de sorte que si l'air y est emprisonné et ne s'en échappe pas,il peut jouer le rôle d'un amortisseur pour absorber le choc en cas d'utilisation incorrecte et/ou le rôle d'un ressort pneumatique,en produisant aussi une pression d'air suffisante pour effectuer la course de retour du piston. On se rend également compte qu'on pourrait utiliser une grande diversité de distributeus et de circuits pour exécuter la succession voulue des opérations. REVENDICATIONS 1. Dispositif pneumatique à piston et cylindre comprenant un réservoir d'air comprimé et un cylindre pneumatique reliés ensemble par un passage commandé par une soupape, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des éléments (18,19) disposés entièrement ou en partie dans le réservoir (15) pour actionner la soupape (17) et favoriser ainsi un écoulement immédiat de l'air comprimé à travers le passage (16) commandé par une soupape dans le cylindre pneumatique (5), de façon qu'un piston (6) situé dans le cylindre pneumatique soit soumis à une grande accélération. 2. Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que lesdits éléments comprennent une tige (18) de soupape faisant saillie depuis le côté réservoir de ladite soupape (17), des éléments (19,31,32) étant prévus pour déplacer la tige et pour ouvrir ainsi la soupape,afin de permettre ledit écoulement de l'air à travers le passage (16) dans le cylindre (5). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits éléments comprenent un piston (19) situé du côté réservoir de la soupape (17), des éléments (31, 32) étant prévus pour déplacer ce piston et pour ouvrir la soupape,afin de permettre l'écoulement de l'air à travers le passage (16) dans le cylindre (5). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le piston (19) est déplacé par l'application à son extrémité éloignée du cylindre (5) d'une pression suffisante pour le déplacer à l'encontre de la pression régnant dans le réservoir (15), afin d'ouvrir la soupape (17). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un dispositif élastique (11) a pour effet de ramener le piston (6) dans le cylindre (5) jusqu'à sa position initiale après une course de travail. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le piston (6) est ramené dans le cylindre (5) jusqu'à sa position initiale par pression pneumatique après une course de travail. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un orifice d'échappement (33) est destiné à laisser échapper l'air pendant la course du retour du piston (6) dans le cylindre (5), et en ce qu'un élément (34) est prévu pour fermer hermétiquement l'orifice d'échappement pendant la course de travail du piston. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce que la soupape (17) est agencée pour s'ouvrir vers et dans le cylindre (5). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédEites, caractérisé en ce que la soupape (17) est agencée pour s'ouvrir vers et dans le réservoir (15). 10.Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soupape (17) comporte une tige tubulaire (18) à travers laquelle l'air peut s'échapper depuis le cylindre (5) pendant la course de retour du piston (6) dans ledit cylindre. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à régler le débit d'air à travers la tige tubulaire (18).