Brevet FR2412391A1 — publié le 19790720

La présente invention concerne un marteau électro-pneumatique à percussion simple ou rotative (marteau) dans lequel des coups axiaux rythmiques sont communiqués à l'outil ou au porte-outil, directement ou par un organe de transmission d'impulsions (masse- lotte), par un piston frappeur flottant, allant et venant dans un guidage cylindrique sous l'action des variations de pression d'un coussin d'air, retenu par une bague d'arrêt quand l'outil s'échappe vers l'avant en l'absence d'une résistance à vaincre et que le piston frappeur suit du fait de l'absence d'un corps récepteur de coups Dans les marteaux de ce genre, les variations de pression du coussin d'air sont produites par de l'air comprimé pulsant ou par un piston moteur allant et venant dans un guidage cylindrique et entraîné par une manivelle Dans un marteau de ce genre, la bague d'arrat est constituée par une douille fendue longitudinalement, s'écartant radialement élastiquement avec une résistance élastique croissante pendant l'interception, avec flasque intérieur en acier, dont la surface latérale interne forme une surface de freinage cylindrique pour la surface latérale cylindrique d'un piston frappeur lisse (cf.demande de brevet français Nu 75 22846 du 22.7.75 au nom de Friedrich Duss Maschinenfcbrik.) On connait également un marteau percuteur de même genre comportant une bague d'arrêt élastiquement déformable en matière faite d'un haut-polymère, coopérant avec une rainure annulaire du piston frappeur . Mais cette bague d'arrêt sert en même temps de verrou axial à l'outil ou à la masselotte et se trouve frappé pendant les impulsions rétrogrades de ces derniers, d'autant plus que le dispositif ne comporte pas de ressort éloignant de la zone d'im pact du piston frappeur le groupe mobile formé par l'outil, le porte-outil et éventuellement la masselotte . Des essais permettent d'établir que, dans un tel marteau, le piston frappeur est souvent touché par le rebondissement de l'outil ou de la masselotte depuis la position d'arrêt, donc relancé vers l'avant par le piston moteur .Ce phénomène peut se répéter périodiquement et, à chaquepériode, la-bague d'.arrêt se trouve donc frappée fortement par la masselotte.(cf.le brevet allemand NO 1 283 769) Dans un autre marteau connu, de genre comparable, une douille d'acier, immobilisée axialement, fendue longitudinalement, traverse un manchon du porte-outil . Dans la zone de chevguchement de la douille et du manchon, le diamètre extérieur de la douille est en partie supérieur au diamètre intérieur du manchon, de sorte que, lorsque l'outil s'échappe et que le manchon se déplace axialement, les secteurs de la douille s'appuient à la surface latérale de la tige du piston frappeur .Un tel dispositif de freinage entrain d'assez grandes complications de fabrication.. du fait de tolérances étroites imposées à des pièces de forme compliquée et d'état de surface affiné Partant de l'état de la technique qu'on vient d'exposer, la présente invention a pour objet de perfectionner un marteau du genre défini au début de façon à y diminuer l'usure de la bague d'arrêt et à en permettre une fabrication en série plus économique Ce but est atteint, conformément à l'invention, par un dispositif dans lequel l'outil est soumis, au moins indirectement, à l'action d'un ressort agissant dans le sens du travail et éloignant l'outil ou la masselotte de la zone de percussion du piston frappeur, ladite bague d'arrêt étant constituée par un élément élastiquement déformable immobilisé axialement, entourant le piston frappeur et radialement extensible, au moins brièvement, sous l'action de la surface ascendante de prise de contact d'au moins un épaulement annulaire du piston frappeur se déplaçant dans le sens du travail et situé hors de la zone axiale maximale de déplacement du groupe mobile constitué par l'outil, le porte-outil et, éventuellement, la masselotte Cette solution du problème posé découle de la constatation2 non déductible de la technique antérieurement existante, qu'il est indispensable2 au moment de la disparition de la résistance à vaincre, d'éloigner de la zone de percussion du piston frappeur le groupe mqbile constitué par l'outil2 le porte-outil et, éventuellement, la masselotte, d'arreter la fuite du piston frappeur vers l'avant par une extension radiale et/ou une déformation d'au moins un élément élastique, et de monter cet élément en dehors de la zone axiale maximale de percussion du groupe mobile précité Adéquatement, la bague d'arrat, après extension radiale, constitue une butée pour le rebondissement axial d'au moins un épaulement annulaire supplémentaire du piston frappeur .Lorsque cet épaulement annulaire supplémentaire rebondit axialement, l'énergie cinétique du pistonfrappeur, déjà très atténuée par l'exten- sion radiale de la bague, se trouve consommée en sens inverse par le complément de déformation de la bague d'arrat ou par son déplacement . C'est pourquoi le dispositif utilisera de préférence des bagues d'arrêt élastiques faites d'un haut-polymère Conformément à une caractéristique de l'invention, l'élément é lastiquement déformable sera une bague que pourra traverser, à frottement, au moins une partie freinante quasi-cylindrique du piston frappeur se déplaçant axialement Diverses autres caractéristiques de l'invention, applicables séparément ou en diverses combinaisons, sont énumérées ci-après le dispositif comportera deux bagues d'arrêt disposées axialement l'une à la suite de l'autre et pouvant être successivement étirées radialement par deux épaulements annulaires, axialement éloignés l'un de l'autre, du piston frappeur Le ressort, de forme hélicoïdale, sera monté à l'intérieur du guidage cylindrique ou d'une pièce tubulaire prolongeant ce dernier le diamètre du ressort hélicoïdal sera inférieur à celui des bagues d'arrêt . Une bague d'arrêt au moins sera logée dans une rainure annulaire d'un manchon de guidage, joint au guidage cylindrique, une partie ae moindre diamètre dudit manchon, située du côté de l'outil, étant entourée par le ressort hélicoïdal et servant de guidage à la partie guidante de la tige du piston frappeur le ressort héliccidal sera placé sur la face latérale de la partie de moindre diamètre du manchon de guidage et s'appuiera, à sa partie arrière, à un épaulement annulaire de ce dernier le ressort hélicoïdal s'appuiera, à sa partie avant, à une broche se vissant au porte-outil le ressort hélicoldal s'appuiera à un épaulement interne de ladite broche et, en position d'arrêt du piston frappeur, la moitié environ de ce ressort sera entourée par une surface latérale interne de ladite broche La distance séparant les deux bagues d'arrêt sera inférieure à l'écart axial des deux épaulements annulaires Le diamètre de la première bague d'arrêt sera inférieur à celui de la seconde bague d'arret, et les deux bagues d'arrêt seront faites de la méme matière Le diamètre maximal de l'épaulement proche de l'outil sera inférieur à celui de l'épaulement éloigné de l'outil la surface ascendante de prise de contact aura une forme convexe La bague d'arrSt, après extension radiale, constituera une butée pour l'impact axial d'au moins un autre épaulement du piston frappeur déjà fortement freiné La, ou les bagues d'sert pourront s'enclencher dans des rainures annulaires du piston frappeur Le diamètre de la, ou des bagues d'arrAt sera déterminé de façon qu'auprès enclenchement dans la, ou les rainures correspondantes, la ou lesdites bagues d'arrAt resteront en extension radiale La matière constitutive de la, ou des bagues d'arrêt sera un haut-polymère . la, ou les bagues i'arrtt seront constituées par des anneaux fen- dus transversalement, en acier à coefficient d'élasticité élevé La section transversale de la, ou des bagues d'arrêt sera circu laird Le diamètre maximal des épaulements annulaires sera inférieur à celui de la partie freinante d'un piston frappeur étagé l'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue partielle, en coupe axiale, d'un marteau conforme à l'invention - la figure 2 montre le rapport spatial du piston frappeur avec les bagues d'arr8t lors de coups normaux ou de forage rotatif - les figures 3 à 5 représentent les trois phases du freinage du piston frappeur à savoir, respectivement, l'entrée en action de la première bague d'arrêt, celle de la seconde bague, et la pha se finale - la figure 6 montre le rapport spatial du piston frappeur avec des bagues d arrêt conformes à une variante de l'invention, lors de coups normaux ou de forage rotatif ; et - les figures 7 à 9 représentent, comme sur les figures 3 à 5, les trois phases du freinage du piston frappeur par des bagues selon la figure 6 Dans le bottier en matière synthétique 1 du marteau est ajusté un carter métallique 2 contenant le mécanisme de percussion dans lequel est monté, au moyen d'un roulement à billes 8 et d'un roulement à aiguilles 23 assistés d'une bague d'amortissement 28, un guidage cylindrique 7 prolongé par un appendice 7a . Dans le guidage cylindrique 7 est monté le piston moteur 9 joint1 par un axe de piston 11, à la bielle 10 d'un mécanisme d'entranement à manivelle . Sur la figure 1, le piston moteur se trouve à son point mort avant . le piston frappeur 13, muni d'une bague d'étanchéité 14, est soumis aux variations de pression d'un coussin d'air 33 et est monté, par sa partie arrière d'étanchéité 13a, dans le guidage cylindrique 7 . Par l'intermédiaire du coussin d'air 33, le piston moteur 9, animé d'un mouvement alternatif, communique des oscillations axiales au piston frappeur 13 qui a la forme d'un piston étagé A la partie d'étanchéité 13a du piston frappeur 13 succèdent une première partie de freinage ou d'arr8t de moindre diamètre puis une seconde partie de freinage ou d'arrêt de diamètre encore plus petit .Dans chacune des deux parties d'arr8t est ménagée une rainure annulaire 13b ou 14b, respectivement . le piston frappeur 13 se continue par une tige 13d comportant une partie de guidage 13e Cette dernière est passée dans un manchon de guidage 20 fixé axialement au guidage cylindrique 7 par un flasque radial Ce flasque radial est serré entre l'appendice 7a et le guidage cylindrique 7 . Le guidage cylindrique 7 et l'appendice 7a sont réunis par des brides jointes par des vis 34, et immobilisés axialement par le roulement à billes 8 .A l'intérieur de l'ap pendice 7a est disposée une broche creuse 24 dans laquelle se déplace l'organe de transmission de coups, ou masselotte, 25 le mouvement de la masselotte est limité, dans les deux sens, par le fait que son flasque radial 25a, en se déplaçant axialement, vient en contact, en arrière avec un épaulement annulaire de la broche -24, et en avant avec l'arête frontale du support 30, vissé sur la broche, de l'outil 27 . le palier à aiguilles 29 est recouvert par une manchette d'étanchéité 29, et l'espace interne du carter est fermé par un couvercle 31 Le couple de rotation du moteur d'entraînement est transmis, par un pignon conique 5, -à une roue dentée conique 6 emmanchée à for- ce sur le guidage cylindrique 7 . le couple de rotation du guidage cylindrique tournant est transmis à la broche 24 par l'appendice 7a au moyen de l'organe d'entrainement 22 et, de la broche 24 au support 30 de l'coutil 27 le pistonXfrappeur 19 est saisi par deux bagues d'arrêt 15 et 16 quand l'outil, en l'absence d'une résistance à vaincre, s'échappe vers l'avant et que ledit piston frappeur suit le mouvement du fait de l'absence d'un point récepteur d'impact . La bague d'ar rêt tó 6 est immobilisée dans une rainure annulaire du manchon de -guidage 20, et la bague d'arrêt 15 est immobilisée entre l'arête frontale du manchon de guidage 20 et un épaulement du guidage cy- lindrique 7 .Les deux bagues d'arrêt sont en matière faite d'un haut-polymère et élastiquement déformables ; elles ont, en outre, une section transversale circulaire . En l'absence de contrainte, elles se logent, jusqu a environ la moitié de leur section transversale, dans la rainure annulaire du manchon de guidage ou entre l'arête frontale de ce dernier et un épaulement annulaire du guidage cylindrique 7 Sous l'effet des surfaces ascendantes de prise de contact 35 des épaulements annulaires 17 et 18 du piston frappeur 13 se déplaçant dans le sens de travail, les bagues d'arrêt 16 et 15 peuvent s'étirer radialement, au moins pendant un temps très court, et constituer ainsi une butée élastique pour le rebondissement axial du piston frappeur 13 déjà considérablement freiné Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 5, les bagues d'arrêt 16 et 15 s'enclenchent, en se détendant après une extension radiale temporaire, dans les rainures annulaires 13b et 13c du piston frappeur Àu cours de la prise de contact de freinage, les deux bagues d'arrêt 16 et 15 axialement contiguës sont étirées radialement l'une après l'autre par les surfaces coniques de prise de contact des deux épaulements annulaires 18 et 17, séparés l'un de l'autre par une rainure annulaire 13c, du piston frappeur 13, produisant ainsi un effet de freinage important .Le diamètre intérieur des bagues d'arrêt peut autre tel qu'après avoir franchi les épaulements annulaires 17 et 18 elles restent en état d'extension radiale (non représenté) . ha rainure annulaire 13c placée entre les épaulements annulaires 17 et 18 présente une partie de freinage 32 quasi-cylindrique . L'extension axiale de cette rainure annulaire 13c correspond à peu près au double du diamètre des deux bagues d'arrêt 15 et 16 ; elle est donc inférieure à la distance axiale séparant les deux épaulements annulaires 17 et 18 Le diamètre de la première bague d'arrêt 16 est inférieur à celui de la seconde bague d'arrêt 15 qui est faite de la même matière que la première . Le diamètre de l'épaulement annulaire 18, le plus proche de l'outil, est inférieur à celui de l'épaulement annulaire 17 . Quand il travaille, l'outil est soumis à la force d'un ressort 21 agissant dans le sens de travail par la broche 24 et le porteoutil 30 . Si la résistance offerte par le travail vient à disparaître, ce ressort 21 chasse hors de le zone de percussion du piston frappeur le groupe mobile composé de la broche 24, de la masselotte 25, du porte-outil 30 et de l'outil 27 . Le ressort 21 est un ressort hélicoidal monté à l'intér-ieur du guidage cylindrique 7 transmetteur de couple de rotation, ou à l'intérieur de l'appendice tubulaire 7a prolongeant ce guidage cylindrique 7 Le diamètre ressort hélicoldal 21 est inférieur à celui des bagues d'arrêt 16 et 15 .Le manchon de guidage 20 joint au guidage cylindrique 7 comporte une partie 20a, la plus rapprochée de l'outil, de moindre diamètre, entourée par le ressort 21 Cette partie du manchon sert de'guidage à la partie de guidage 13e de la tige 13d du piston frappeur 13 . Le ressort hélicoidal 21 est placé sur la face latérale de la partie 20a du manchon de guidage 20 èt s'appuie à un épaulement annulaire de ce dernier À l'avant, le ressort hélicoïdal 21 peut s'appuyer à un épaulement annulaire interne de la broche 24 .Quand le piston frappeur est en position freinée (figures 1 et 5), le ressort hélicoSdal 21 est entouré, sur la moitié environ de sa hauteur, par ls surface latérale interne de la broche 24 Dans I'exemple de réalisation représenté aux figures 6 à 9, le piston frappeur 13, en forme de piston étagé, comporte deux épaulements annulaires 17a et 18a axialement éloignés l'un de l'autre, comportant des surfaces coniques de prise de contact 35a Les surfaces 35a des deux épaulements annulaires sont séparées l'une de l'autre par une surface latérale quasi-cylindrique 32a Chacune des deux bagues d'arrêt est constituée par un anneau d'a eider très élastique, comportant une fente transversale, donc dtune élasticité réversible, immobilisée axialement de la même façon que les bagues d'arrêt en matière élastique polymère de l'exemple des figures 1 à 5 . La distance axiale séparant les bagues d'arrêt 15a et 16a et la distance axiale des épaulements annulaires 17a et 18a sont telles qu'au moment de la prise de contact de freinage l'effet de freinage maximal engendré par l'entrée en contact d'une bague d'arrbet avec la surface de prise de contact d'un épaulement annulaire ne coïncide pas chronologiquement avec celui engendré par la prise de contact de l'autre bague d'arrêt av-c la surface de prise de contact de l'autre épaulement annulaire . l'échelonnement axial des bagues d'sert et des épaulements annulaires entratne un chevauchement des effets de freinage des deux bagues d'arrtt et, au total, un effet de freinage croissant pendant la progression axiale du piston frappeur 13 REVENDICAEIONS 1. Marteau électro-pneumatique portatif, à percussion simple ou rotative, (marteau), dans lequel des coups axiaux rythmiques sont communiqués à l'outil ou au porte-outil, directement ou par un organe de transmission d'impulsions (masselotte), par un piston frappeur flottant, allant et venant dans un guidage cylindrique sous l'action des variations de pression d'un coussin d'air, retenu par une bague d'arrêt quand l'outil s'échappe vers l'avant en l'absence d'une résistance à vaincre et que le piston frappeur suit du fait de l'absence d'un corps récepteur de coups, caractérisé en ce que l'outil est soumis, au moins indirectement, à l'action d'un ressort agissant dans le sens du travail et éloignant l'outil ou la masselotte de la zone de percussion du piston frappeur, ladite bague d'arrêt étant constituée par un élément élastiquement déformable immo bilisé axialement entourant le piston frappeur et radialement extensible, au moins brièvement, sous l'action de la surface ascendante de prise de contact d'au moins un épaulement annu laîre du piston frappeur se déplaçant dans le sens du travail et situé hors de la zone axiale maximale de déplacement du groupe-mobile constitué par l'outil, le porte-outil et, éven tuellement, la masselotte 2. Marteau selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ltélé- ment radialement étiré est une bague que peut traverser à frottement au moins une partie freinante quasi-cylinarique du piston frappeur se déplaçant axialement 3.Marteau selon l'une des Revendicationsiou 2, caractérisé en ce que deux bagues d'arrêt disposées axialement l'une à la suite de l'autre peuvent-etre successivement étirées radialement par deux épaulements annulaires, axialement éloignés l'un de l'au- tre, du piston frappeur 4. Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le ressort, de forme hélicoPdale, est monté à l'intérieur du guidage cylindrique ou de la pièce tubulaire prolongeant ce dernier 5.Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le diamètre du ressort hélicoldal est inférieur à celui des bagues d'arr8t 6. Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'une bague d'arrêt au moins est logée dans une rainure annulaire d'un manchon de guidage1 joint au guidage cylindrique, une partie de moindre diamètre dudit manchon, située du c8té de l'outil, étant entourée par le ressort hélicoïdal et servant de guidage à la partie guidante de la tige du piston frappeur 7.Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le ressort hélicoldal est placé sur la face latérale de la partie de moindre diamètre du manchon de guidage et s t appuie, à sa partie arrière, à un épaulement annulaire de ce dernier 8. Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que le ressort hélioolaal s'appuie, à sa partie avant, à la broche se vissant au porte-outil 9. Marteau selon la Revendication 8, caractérisé en ce que le ressort hélicoïdal s'appuie à un épaulement interne de la broche et qu'en position 'arret du piston frappeur la moitié environ dudit ressort est entourée par une surface latérale interne de ladite broche 10.Marteau selon une quelconque des Revendications 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que la distance séparant les deux bagues d'arrêt est inférieure à ltécart axial des deux épau lements annulaires 11. Marteau selon une quelconque des Revendications 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que le diamètre de la première bague d'arrêt est inférieur à celui de la seconde bague d'ar rêt, r les deux bagues d'arrêt étant faites de la même matière 12. Marteau selon une quelconque des Revendications 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 1Q ou 11, caractérisé en ce que le diamètre maximal de l'épaulement proche de l'outil est inférieur à celui de l'é- paulement éloigné de l'outil 13.Marteau selon une~quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que la surface ascendante de prise de contact a une forme convexe 14. Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9r 10, 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que la bague d'arrêt, après extension radiale, constitue une butée pour l'impact axial d'au moins un autre épaulement du piston frap peur déjà fortement freiné 15. Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 6, 7, 8r 9, 10, 11, 12, 13 ou 14, caractérisé en ce que la, ou les bagues d'arrêt peuvent s'enclencher dans des rainures an nulaires du piston frappeur 16.Marteau selon la Revendication 15, caractérisé en ce que le diamètre de la, ou des bagues d'arrêt est déterminé de façon qu'après enclenchement dans la, ou les rainures correspondan tes, la ou lesdites bagues d'arrêt restent en extension radiale 17. Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ou 16, caractérisé en ce que la matière constitutive de la, ou des bagues d'arr & est un haut-polymère 18. Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ou 16, caractérisé en ce que la, ou les bagues d'arrêt sont constituées par des anneaux fen dus en acier à coefficient dtélasticité élevé 19. Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 ou 18, caractérisé en ce que la section transversale de la, ou des bagues d'arrêt est circulaire 20. Marteau selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 ou 19, caracté risé en ce que le diamètre maximal des épaulements annulaires est inférieur à celui de la partie freinante d'un piston frap peur étagé