Brevet FR2252178A1 — publié le 19750620

L'invention se rapporteaux engins électriques exerçant une action de percussion, par exemple,aux- marteaux perforateurs, pilons et notamment aux marteaux électriques dont le percuteur est mis en mouve- ment par son interaction électromagnétique avec le stator du marteau. L'invention trouve son application dans les travaux de montage, de construction et routiers au cours desquels l'opérateur tient le marteau à la main. Les impératifs que doit satisfaire la conception mécanique de ces marteaux sont : un bas niveau de vibration, une grande puissance par unité de poids, la fiabilité, la longévité des pièces et sous-ensembles. On connait des marteaux électriques comprenant un corps renfermant un stator, un percuteur qui est animé d'un mouvement rectiligne alternatif d'une cadence déterminée à l'intérieur du stator la course utile du percuteur se termine par une percussion sur un outil de travail (par exemple un pic) et, la course retour, par une percussion sur un tampon de choc incorporé constitué par un élément élastique (par exemple, un ressort), et un élément intermédiaire interposé entre le percuteur et l'élément élastique. La percussion provoque la déformation de l'élément élastique qui inverse la course du percuteur. Dans cette construction, les forces d'interaction de percuteur avec élément élastique sont directement transmises au corps du marteau, la durée d'interaction t constituant une partie de la durée totale du cycle T du marteau, c'est-à-dire 5 l'intervalle de temps entre deux percussions. La forme moyenne F1 d'interaction du corps et de l'élément élastique est déterminée par la nécessité de créer durant l'intervalle de temps t une impulsion pratiquement égale au double de la quantité de mouvement du percuteur au moment où il frappe le tampon de choc. 2m1V F1 = 2m1V t ml étant la masse du percuteur, V la vitesse du percuteur au moment où il heurte le tampon de choc. Cette force agit durant une petite partie du cycle et excède de plusieurs fois la force de pression sur le marteau, ce qui engendre la vibration du corps et du manche du marteau, en dégradant ainsi les conditions de travail. Les autres défauts de construction sont - la longévité réduite deltélinent élastique, car il est sollicité par toute l'énergie cinétique du percuteur à sa course retour et chargé à une vitesse égale à la vitesse de son mouvement - après l'accélération du percuteur, l'élément élastique et l'élément intermédiaire de tampon de choc conservent une vitesse considérable et sont freinés par choc contre une pièce liée au corps5 ce qui accroit la vibration et le bruit, et a pour effet de réduire la longévité de l'organe électrique du marteau la durée d'inversion du percuteur, quand sa vitesse est relativement faible, est commensurable à la durée du cycle, ce qui réduit la valeur moyenne de la force contre-électromotrice induite dans les bobines et augmente dans ces dernières les courants et les pertes thermiques. Le but de l'invention est d'éliminer les défauts en question. L'invention repose sur le problème à résoudre suivant mettre au point un marteau électrique conçu de manière à garantir pratiquement l'inversion instantanée du percuteur et l'interaction de l'élément élastique et du corps, liée au mouvement d'inversion du percuteur, durant tout le cycle de fonctionnement du marteau. Le problème posé est résolu de la manière suivante. Le marteau électrique comprenant un corps avec stator, un percuteur monté à l'intérieur du stator et pouvant outre animé d'un mouvement rectiligne alternatif, et un- tampon de choc, constitué par un élément élastique et un élément intermédiaire, interposé entre le percuteur et l'élément élastique, conformémént à l'invention est caractérisé en ce que l'élément intermédiaire du tampon de choc est réalisé avec une masse supérieure à celle du percuteur. De plus, il est essentiel que la masse de l'élément intermédiaire-du tampon de choc soit supérieure à celle du percuteur de 1,2 à 3,2 fois. I1 est avantageux de choisir la masse de l'élément intermédiaire et la rigidité de l'élément élastique de sorte que le rapport entre la fréquence propre des oscillations de l'élément intermédiaire et la cadence de course du percuteur soit égal à 0,25 à 0,6. L'essence de l'invention stexplique à l'examen de la version d'exécution du marteau représenté sur le dessin annexé (sectionlongitudinale du marteau). Ce nouveau marteau se compose d'un corps 1 renfermant un stator 2 avec un circuit magnétique 3 et des bobines d'électroaimant 4 et 5 ; un percuteur 6 se trouve à 11 intérieur du stator 2. Un outil 8 est calé dansun manchon 7 à la partie avant du marteau. Un tampon de choc 9, constitué par un élément élastique, un ressort 1D, et un élément intermédiaire 11, se trouve8 la partie arrière du corps. Le marteau fonctionne de la manière suivante. Au moment ou l'impulsion de courant est appliquée à la bobine 4, le percuteur 6 frappe~la queue de l'outil 8 et rebondit en arrière. Puis l'impulsion de courant est appliquée à la bobine 5, le percuteur est envoyé dans le sens inverse, frappe le corps 11 et rebondit en arrière, après quoi il est saisi parla bobine 4 qui à cet instant est mise en circuit. L'élément 11 est simultanément envoyé en arrière à la vitesse imprimée par la percussion reçue et comprime le ressort lO relativement peu rigide, starrete, et, sous I'action du ressort 10, va à la rencontre du percuteur 6 qui retourne après avoir percuté la queue de l'outil 8. L'élément 11 et le percuteur 6 se heurtent mutuellement et le percuteur 6 reçoit alors l'énergie de percussion reçue par l'élément ll à la percussion précédente. Le percuteur 6 et l'élément 11 se séparent à nouveau et le cycle se répète. La condition nécessaire au fonctionnement stable du marteau électrique est le-retour de l'élément intermédiaire 11 toujours à peu près au mSee point au moment du choc suivant contre le percuteur 6. Pour l'élément élastique 10 > à caractéristique linéaire, cette condition est strictement observée indépendamment de la force de l'lnterchoc précédent avec le percuteur 6, si la fréquence propre f des oscillations de l'élément o intermédiaire 11 sur l'élément élastique est égale à la moitié de la fréquence f des'percussions du marteau C étant la rigidité de l'élément élastique, m2 la masse de l'élément intermédiaire Il est nécessaire, à la construction du marteau, pour des raisons d'ordre pratique, que le point de percussion se déplace par rapport au corps quand l'intensité de percussion varie (par exemple aux fluctuations de la tension d'alimentation). A- cet effet, il faut adapter pour f des valeurs dis I o tintes de f. La gamme des valeurs de f rationnelle est o (0,25 - 0,6 ) f Les avantages3 assurant la solution du problème pose, sont réalisés dans la construction proposée de la manière suivante. Les forces d'inversion du percuteur se transmettant, dans lemarteau conforme à l'invention3 non pas directement au corps 1, mais par l1élément intermédiaire il qui allonge l'impulsion de force n agissant sur le corps 1 par l'intermédiaire au ressort 10 pendant toute la durée du cycle, c'est-a-dire. la durée T la valeur moyenne de la force F2 d'interac- 2m1V tion de l'élément élastique et du corps : F2 = gh h est considérablement T inférieure à celle de ia construction antérieure, c'est-à-dire F2 t. Le niveau de vibration du corps et du manche du marteau s'en trouve respectivexent diminué. Les autres avantages sont les suivants. L'élément élastique accumule l'énergie de l'élément m2 intermédiaire qui est K = m2 fois inférieure à l'énergie cinétique du percu- m1 teur, facteur important pour le service prolongé de ce dernier. L'élément intermédiaire, slarratant après le choc contre le percuteur et revenant en sens inverse, ne heurte pas le corps du marteau, ce qui réduit davantage la vibration, le bruit et le chauffage du corps, et rend l'organe électrique plus fiable Le chauffage des bobines diminue car, à l'inversion de marche du percuteur, le temps durant lequel il se déplace lentement, sans induire dans les bobines une force contre-électromotrice considdrable, est pratiquement nul m2 Le domaine des rapports K = rationnels est déterminé par les facteurs suivants, mi Le tampon de choc étant immobile à la première percussion, le marteau ne peut entre mis en marche d'une manière stable que si K > l. Toutefois lorsque K est approximativement égal à l'unité, les phénomènes négatifs suivants apparaissent - l'amplitude des oscillations de l'élément intermédiaire augmente considérablement, ce qui accroît l'encombrement du marteau et amène une augmentation de la charge sur l1élu-ment élastique - la forte amplitude des oscillations de l'élément intermédiaire. provoque une augmentation des pertes mécaniques dues à la friction. La valeur minimale rationnelle-de K est égale à 1,2. Lorsque K augmente (c'est-à-dire m2 augmente avec m1 = const), les pertes diminuent, ce qui permet d'augmenter la puissance utile pour un même chauffage ; le rapport puissance utile/poids augmente également A mesure que K augmente, le niveau des pertes se stabilise et toute augmentation suivante de K jusqu'à K > 3,2 ne provoque qu'une augmentation du poids du marteau sans que la puissance augmente proportionnellement. C'est cela qui limite l'augmentation de la valeur de K dont le domaine rationnel se situe entre 1,2 et 3,2 pour les marteaux tenus à la main L'invention permet de réaliser un marteau assurant la diminution des vibrations (de près de 8 à 18 dB), de poids réduit er de fiabilité accrue. R E V k N D I C A T I O N S 1. Marteau électrique comprenant un corps avec un stator, un percuteur monté à l'intérieur du stator et pouvant y être animé d'un mouvement rectiligne alternatif, et un tampon de choc constitué par un élément élastique et un élément intermédiaire, interposé entre le percuteur et l'élément élastique, ce marteau étant caractérisé en ce que l'élément intermédiaire du tampon de choc est réalisé avec une masse supérieure à celle du percuteur. 2. Marteau électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de l'élément intermédiaire du tampon de choc est supérieure à celle du percuteur dans un rapport de 1,2 à 3,2. 3. Marteau électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la masse de l'élément intermédiaire du tampon de choc et la rigidité de l'élément élastique sont telles que le rapport entre la fréquence propre des oscillations de ltélément intermédiaire et la fréquence de course du percuteur est de 0,25 à 0,6.