Brevet FR2203692A1 — publié le 19740517

La présente invention concerne un appareil agissant par percussion dans lequel la masse frappante, ou percuteur, à déplacement axial libre, et son organe d'entraRnement articulé à un mécanisme à manivelle sont séparés par un coussin d'air se déplaçant d'un mouvement ae va-et-vient, pendanc le cycle de frappe, dans une partie nCd-ane du cylindre, dénG.;;mée zone de déplacement du coussin d'air, l*ait coussin d'air étant joint à l'en- einte intérieure de l'atreil par une cornrunication temporisée assurant un équilibrage l rivé de pression, et ledit percuteur étant logé dans un cylindre à la paroi interne duquel est ménagée au moins une rainure, denommée rainure de transfert, servant de conduite de jonction enjambant le percuteur au cours d'une phase d'équilibrage de pression0 Dans un outil à percussion de ce genre connu par le brevet français 1 132 574, le piston propulseur a la forme d'un cylindre creux se déplaçant axialementO Une telle construction est relativement compliquée à réaliser du fait que le piston propulseur cylindrique exige un guidage extérieur supplémentaire et des surfaces de glissement intérieures pour le piston d'entrat- nement, ce qui double les pertes par frottement et produit un échauffement exagéré de l'appareil. Ire poids de l'appareil est assez élevé, ce qui est un inconvénient, en particulier pour les appareils manuels. On doit en outre signaler une vibration plus forte de l'appareil du fait que les mouvements vibratoires du percuteur sont plus fortement transmis au carter de l'appareil par un piston propulseur mobile axialement en forme de cylindre creux que par un cylindre de guidage immobile axialement. le coussin d'air est enfermé dans le cylindre propulseur. Si donc, au cours d'un perçage vertical où l'appareil est dirigé vers le haut, de l'huile pénètre dans le coussin d'air, le fonctionnement de l'appareil peut etre gêné par suite d'une modification accidentelle du volume du coussin d'air. Un équilibrage ae pression se produit dans les positions extrêmes avant et arrière du cylindre propulseur par des rainures de transfert dont la longueur correspond approximativement à la partie d'étanchéité axiale du percuteur. Pendant l'équilibrage de pression dans la position extrême avant du cylindre propulseur, le coussin d'air se trouve en état de surpression élevée (équilibrage de surpression), de sorte qu'une quantité d'air relativement grande s'échappe du coussin d'air.Cette perte peut à peine être compensée pendant l'quilibrage ae presion en position e-xtrême arr ère (équilibragc de dépression) car la chute de pression entre le coussin d'air et l'enceinte inté- rieure du marteau est plus grande pendant un équilibrage de surpression que pendant un équilibrage de dépression, de sorte qu'il axiste un risque de développement déficitaire du volume du coussin d'air, donc de collision entre le cylindre dentrat- nement et le percuteur pendant la course de frappe dudit cy- cylindre, Dans un autre outil à percussion comparable à celui défini ci-dessus, connu par le brevet français 1 132 574, le percuteur et le piston d'entraSnement sont guidés dans un cylindre immobile axialement. L'équilibrage de pression se fait par des rainures de transfert dont la longueur correspond approximativement à la partie d'étanchéité axiale du piston d'entraSnementO Une couronne de rainures de transfert est située approximativement à hauteur du rebord avant du piston propulseur quand il est au point mort avant. Une autre couronne de rainures de transfert est située à hauteur du rebord avant du piston propulseur quand il est au point mort arrière. Il se produit donc, à chaque cycle de frappe, deux phases d'un équilibrage de pression extrêmement bref équivalant l'une à une chute de la surpression dans le coussin d'air et l'autre à une disparition de la dépression dans le même coussin.Lors de l'équilibrage de pression dans la position extrême arrière du piston propulseur, de l'air est bien aspiré dans le coussin d'air, mais la phase d'équilibrage de pression est beaucoup trop courte pour qu'il puisse en résulter une extension suffisante du coussin d'air. Enfin, avec une telle conformation de l'appareil, dans laquelle l'étanchéité du percuteur et du piston d'entrarnement sont d'ailleurs difficiles à réaliser, cet équilibrage de pression en deux temps est impropre à compenser les pertes normales par fuites du coussin d'air. Ces pertes par fuites peuvent aller jusqu'à provoquer une collision du percuteur avec le piston propulseur lors de l'inversion de mouvement dudit percuteur à partir de sa position extreme arrière. La présente invention a pour objet de perfectionner un appareil à percussion du type défini ci-dessus de façon à éliminer les inconvénients précités et à présenter de meilleures conditions de fabrication en série et, en outre, de façon à en amé liorer notablement la sécurité de fonctionnement et le rendement Ce but est atteint, conformément à l'invention, dans un appareil agissant par percussion du genre défini ci-dessus, par un dispositif dans lequel la zone de déplacement du coussin d'air du cylindre immobile axialement est divisée, par la rainure de transfert, en une section arrière de surpressions et de dépressions extrêmes (section de haute pression) et en une section avant de dépressions et de surpressions réduites (section de basse pression), la limite entre lesdites sections étant située à hauteur de l'entrée arrière de la rainure, et la rainure de transfert ayant une longueur telle qu'au moins pendant la majorité du déplacement du percuteur dans la section de basse pression, le coussin d'air soit en communication avec l'encein -te intérieure du cylindre en avant du percuteur0 Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, la position de l'entrée avant de la rainure de transfert est disposée de façon à être recouverte par le percuteur quand celui-ci se trouve en position de frappe.Une telle disposition améliore le rendement de la frappe car la communication existant déjà entre le coussin d'air et l'enceinte intérieure du cylindre en avant du percuteur est interrompue dès le début du mouvement de retrait du piston propulseur, de sorte que le percuteur amorce son mouvement dès le début du retrait du piston propulseur et se rétracte ainsi plus vite, ce qui a pour conséquence une pression maximale plus élevée dans le coussin d'air au moment de l'inversion de mouvement du percuteur et par conséquent un plus grand rendement de frappe. Il y a avantage à ce que l'ouverture arrière de la rainure de transfert soit disposée de façon à entre recouverte par le piston propulseur se trouvant au point mort avant. L'invention est décrite ci-après en détail au moyen de deux exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale de l'appareil à percussion selon l'invention, représentant le piston d'entraSne- ment au point mort avant et le percuteur en position de frappe - la figure 2 montre l'appareil de la figure 1 lorsque le piston d'entraSnement est au point mort arrière tandis que le percuteur décrit encore son mouvement de retrait ; et - la figure 3 montre une variante de l'appareil selon l'in- vention, dans une position de travail analogue à celle de la figure 1. L'outil percutant 1 est tenu par le porte-outil 2 joint à la face frontale du carter 3 de l'appareil. Un cylindre immobile axialement est monté dans le carter. Une masse frappante, ou percuteur, 8, 10, est logée dans le cylindre 15. Le cylindre propulseur 7, 9 est guidé axialement dans le cylindre 15. Il est joint à la bielle 5 par un axe de piston 6. La bielle est en traSnée, depuis l'arbre de manivelle 4, par le bras de manivelle 4' et le tourillon de manivelle 4". L'arbre de manivelle peut recevoir son couple rotatif d'un moteur quelconque. L'appareil est alimenté en lubrifiant à partir d'un réservoir d'huile 12 recouvert d'un couvercle 13. Dans la paroi interne du cylindre 15 est creusée au moins une rainure de transfert 16 pouvant avoir un tracé hélicoïdal. Le percuteur 8, 10, de même que le piston propulseur 7, 9t sont pourvus chacun d'une bague d'étanchéité 10 ou 9. Pendant la course de frappe, le coussin d'air, plus ou moins volumineux, se déplace d'un mouvement de va-et-vient dans une zone médiane du cylindre 15 (zone de déplacement du coussin d'air a + b). La rainure 16 subdivise cette zone en une section arrière a (section de haute pression) dans laquelle le coussin d'air est soumis à des dépressions et à des surpressions extrêmes, et une section avant b s'y joignant (section de basse pression) dans laquelle le coussin d'air est soumis à des dépressions et à des surpressions modérées. Ces dépressions et surpressions modérées naissent du fait que la rainure a une section transversale (ou que les rainures ont une section transversale totale) permettant une coordination, mais non une égalisation des pressions. La limite entre la section de haute pression a et la section de basse pression b est fixe et cotncide à peu près avec l'accès arrière 16" à la rainure 16. Dans l'exemple représenté, l'accès avant 16' de la rainure 16 est disposé de façon à être recouvert par le percuteur lorsque celui-ci se trouve en position de frappe (figure 1). L'accès arrière 16" de la rainure 16 est disposé de façon à Ùre recouvert par le piston propulseur 7, 9 lorsque celui-ci se trouve à son point mort avant. La longueur de la rainure de transfert 16 surpasse la longueur axiale du percuteur 8, 10. Le node de fonctionnement de l'appareil à percussion selon l'invention est le suivant Dans la position représentée à la figure 1, le piston propulseur 7, 9 est au-point mort avant et le percuteur o, 10 en position de frappe Le coussin d'air 11 est isolé de l'enceinte cylindrique 14 située en avant du percuteur car l'accès 1s' de. la rainure de transfert 16 est recouvert par le percuteur. Le retrait du piston propulseur, qui commence alors, et qui s'effectue à une vitesse croissante, produit dans le coussin d'air Il une dépression amorçant le mouvement de retrait du percuteur. Ce mouvement de retrait s'effectue également à une vitesse croissante. Dès que le bord avant du percuteur dépasse l'accès 16' de la rainure, une partie de l'air contenu dans l'enceinte cylindrique 14 en avant du percuteur est aspirée, de façon escomptée, dans le coussin d'air qui s'accroftt. Ce processus occupe une période de temps close lorsque le bord arrière du percuteur franchit l'accès arrière 16" de la rainure. Malgré une section transversale relativement faible de la, ou des rainures de transfert, ce laps de temps est calculé assez long pour assurer une augmentation suffisante du coussin d'air, entendant ici par ce mot une compensation des pertes d'air survenues au cours de la course avant précédente. Dans la position de travail, représentée à la figure 2, dans laquelle le piston propulseur a atteint sa position arrière extrême, la phase d'équilibrage de pression est terminée mais le mouvement de retrait du percuteur n'est pas encore terminé e Le mouvement de retrait se poursuit du fait de l'énergie cinétique inhérente à la masse du percuteur. Mais le mouvement en avant du piston propulseur commence à ce moment, de sorte que la pression dans le coussin d'air atteint une valeur de pointe amorçant l'inversion de mouvement du percuteur et le poussant vers l'outil avec une vitesse croissante.Au cours de cette course avant du piston propulseur, quelques pertes d'air se produisent dan le coussin a'air du fait que de l'air s'échappe par la rainure lb et de certaines lacunes d'étanchéité des joints du percuteur et du piston propulseur. Ces pertes d'air sont compensées de la façon décrite au cours de la course de retour. L'appareil à percussion selon l'invention peut comporter des dispositifs complémentaires communiquant un mouvement rotatif à l'outil La transmissicn du couple rotatif au moteur d'entranement à l'outil peut s'effectuer, par exemple, par l'intermédiaire du cylindre fixe axialement ou par un arbre de renvoi particulier0 Dans certains cas, en particulier quand, par suite d'un disposItIf de graissage, il n'y a pas assez de place pour une rainure assez longue, l'accès 16' peut avoir la forme d'un alésage transversal percé dans la paroi du cylindre et débouchant à l'extérieur dans l'enceinte 17 du carter. La variante de l'appareil à percussion selon l'invention, représentée à la figure 3, se distingue essentiellement de l'exemple des figures 1 et 2 par le fait que la rainure de transfert 16 est plus courte mais qu'elle est au moins assez longue pour enjamber le joint 10 du percuteur 8 en position de frappe avant. En outre, quand le percuteur est en position de frappe une rainure annulaire 20 et au moins un canal axial 21, creusés dans ce percuteur, communiquent avec l'enceinte cylindrique 14 en avant de ce dernier. La rainure de transfert ne constitue donc, dans cette variante, qu'une partie de la communication entre le coussin d'air Il et l'enceinte cylindrique 14. Dans cette variante, la rainure de transfert 16 peut avoir des dimensions encore plus réduites que celles représentées. Il suffit qu'elle se termine d'un côté à proximité du point mort avant du piston d'entrainement et de l'autre côté à peu près à hauteur du bord arrière du percuteur en position de frappe. Le fonctionnement de l'appareil selon la variante représentée à la figure 3 est le suivant Dans la position représentée sur ce dessin, le piston d'en traSnement 7, 9 se trouve au point mort avant et le percuteur 8, 10 en position de frappe. Le coussin d'air 11 comnunique avec l'enceinte 14 à l'avant du percuteur par la rainure de transfert 16, le canal annulaire 20 et le canal axial 16 à l'intérieur du percuteur. Lors du mouvement de retrait du piston d'entraînement qui commence à ce moment et se poursu o à vitesse croissante, il se produit dans le coussin d'air 11 une dépression amorçant le mouvement de retrait du percuteur. Ce mouvement de retrait s'effectue également à vitesse croissante. De l'air est donc aspiré, de façon escomptée de l'enceinte avant 14 en avant du percuteur dans le coussin d'air qui s'accroît. Ce processus occupe une période de temps close lorsque le bord arrière du percuteur franchit l'accès 16" de la rainure de transfert0 1 ce moment le piston d'entraînement se trouve dans la région du point mort arrière et le mouvement de retrait du percuteur se poursuit du fait de l'énergie cinétique inhérente à sa masse. Le mouvement en avant du piston d'entraînement commence alors, de sorte que la pression dans le coussin d'air atteint une valeur de pointe extrême amorçant l'inversion de mouvement du percuteur et le poussant vers l'outil avec une vitesse croissante. Au cours de cette course avant du piston propulseur, quelques pertes d'air se produisent dans le coussin d'air du fait que de l'air s'échappe par la rainure 16, le canal annu- laire 20 et le canal axial 21, et de certaines lacunes d'étanchéité des joints du percuteur et du piston d'entratnement.Ces pertes d'air sont compensées de la façon décrite au cours de la course de retour. R E V E N D I C A 2 l O l; S 1.- Appareil agissant par percussion dans lequel la masse frappante, ou percuteur, à déplacement axial libre, et sDn organe d'entraînement articulé à un mécanisme à manivelle sont séparés par un coussin d'air se déplaçant d'un mouvement de va-etvient, pendant le cycle de frappe, dans une partie médiane du cylindre (zone de déplacement du coussin d'air), et raccordé à l'enceinte intérieure de l'appareil par une communication temporisée assurant un équilibrage limité de pression, ledit percuteur étant logé dans un cylindre à la paroi interne duquel est ménagée au moins une rainure (rainure de transfert) servant de conduite de jonction enhambant le percuteur au cours d'une phase d'équilibrage de pression, caractérisé en ce que la zone de déplacement du coussin d'air (a + b) du cylindre immobile axialement est divisée par la rainure de transfert en une section arrière (section de haute pression a) de surpressions et de dépressions extrêmes et en une section avant (section de basse pression b) de dépressions et de surpressions réduites, la limite entre lesdites sections (a et b) étant située à hauteur de l'accès arrière de la rainure, et la rainure de transfert ayant une longueur telle qu'au moins pendant la majorité du déplacement du percuteur dans la section de basse pression, le coussin d'air soit en communication avec l'enceinte cylindrique interne en avant du percuteur. 2.- Appareil à percussion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur de la rainure de transfert est supérieure à la longueur axiale du percuter. 3.- Appareil à percussion selon une quelconque des revendications 1 ou , caractérisé en ce que l'accès avant à la rainure de transfert est placé de façon à être recouvert par le percuteur lorsque celui-ci se trouve en position de frappe. 40 - Appareil à percussion selon une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'accès arrière de la rainure de transfert est placé de façon à être recouvert par le piston propulseur lorsque celui-ci se trouve au point mort avant. 5.- Appareil à percussion selon une quelconque des revendi- cations 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte une rainure de transfert rectiligne unique de section transversale de aimen;i ns ne permettant pas un équilibrage total de pression pendant la phase d'équilibrage de pression. o,- Appareil à percussion selon une quelconque des reven dlcations 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que la rainure de transfert a une direction liélicodalea 7.- Appareil à percussion selon une quelconque des reven dicatins 1, 2, 3, 4, 5 ou C > , caractérisé en ce que l'accès avant à la rainure de transfert est constitué par un alésage transversal traversant la paroi du cylindre et débouchant dans l'enceinte du carter0 .- Appareil à percussion selon une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au moins pendant la majorité du déplacement du percuteur dans la section de basse pression b, le coussin d'air communique avec l'enceinte cylindrique située à l'avant du percuteur par la rainure de transfert et par une rainure annulaire et un canal axial ménagés dans le percuteur. 90- Appareil à percussion selon la revendication 8, caractérisé en ce que la rainure annulaire ménagée dans le percuteur est- voisine du joint annulaire d'étanchéité disposé au voisinage du bord arrière du percuteur, c en ce que la rainure de transtransfert se termine au voisinage de la rainure annulaire.