Brevet FR2427534A1 — publié le 19791228

La présente invention concerne des éléments mobiles actionnée à l'air comprimé dans des appareils à commande pneumatique destinés à enfoncer des organes de fixation de diverses forles, par exemple des clous ou des crampons. Ces éléments mobiles remplissent en général l'une ou l'autre des deux fonctions suivantes t ou bien ils constituent un piston de travail, c'est-à-dire celui qui détermine la course du marteau d'enfoncement, ou bien ils peuvent constituer des obturateurs de soupape qui, par leur mouvoment axial, ouvrent ou ferment opportunément les passages de l'air actionnant le dis- positif. Un exemple caractéristique de ce type d'éléments mobiles consiste on une soupape différentielle qui est de façon connue logée dans la tOte du cylindre dans lequel se déplace le piston actionnant le marteau d'enfoncement, et qui, à son tour, est commandée par une valve à commande manuelle. Cette soupape différentielle se compose d'une partie cylin drique présentant deux diamètres et qui est logée dans un alésage qui présente deux diamètres correspondants.La pièce n'est pas d'une structure fonctionnelle complexe. Elle est même élémentaire ce ce point de sue. toutefois elle pose de notables problèmes de fabrication Si l'on désire obtenir une bonne fiabilité dans les conditions de fonctionnement sévères auxquelles elle est normale- ment soumise. Il faut souligner à quel point le bon fonctionnement de cette soupape exige'.'. étanchéité absolument parfaite. La moindre fuite d'air altèrerait d'une façon inadmissible le compertement de la soupape et partant le fonctionnement de l'appareil. Selon l'usage général de la technique actuellement connue, la soupape est réalisée sous la forme d'un corps rigide, le plus souvent métallique, qui porte k sa périphérie des appuis aptes k recevoir des garnitures annulaires (dites "O-ring") qui s'adaptent d'une manière étanche contre les alésages de différents diamètres auxquels il est fait allusion ci-dessus. Lei résultats de cette méthode de construction ne se sont pas vraiment révélés satisfaisants,car cette forme de structure requiert un usinage mécanique très soigné, et partant coûteux, de la pièce, sans assurer par la suite une grande fiabilité fonctionnelle. En effet ce fonctionnement exige avant tout un graissage très attentif, ce qu'il n'est pas toujours possible d'obtenir de celui qui se sert de ce type d'appareils; en outre, maie en apportant le plus grand soin k leur entretien, la vie moyenne des garnitures n'est pas très lengue. Par ailleurs, la nature même de ces appareils impose un nombre élevé de man@euvres puisqu'ils sont destinés à enfoncer en quantités très élevées des clous ou d'autres organes de fixation. Il faut donc démonter entièrement la soupape et changer les garnitures trop fréquement ,car cette opération n'est pas du tout facile et exige une certaine habileté, ce qui fait qu'il est vrai ment imprudent de la confier k l'utilisateur mole de l'outil. On insistera pas ici sur les détails de fonctionnement de la soupape différentielle, car celle-ci est en elle-même connue des experts techniques dans ce domaine; toutefois il est évident que, comme c'est le cas général, ces types de soupape sont soumis sur leur plus grande face et sur leur plus petite face à une pres don unidirectionnelle, ou mieux que la pression contre chacune des faces n'est jamais inférieure à la pression existant sur la sens comprise entre les deux surfaces d'étanchéité k diamètres différents qui constituent idéalement le bord périphérique des faces de poussée.En outre, l'action de la pression est du type k impulsion, c'est-à-dire sujet à de très brusques variations. En se fondant sur cette observation, le demandeur a trouvé qu'il était possible et avantageux d'utiliser comme garniture périphérique de la soupape et, en général, d'autres éléments de piston dans ces outils pneumatiques, des garnitures k lèvre qui se sent révélées d'une très grande efficacité en matière d'étanchéité, et qui présentent tme très haute variabilité de diamètre en cours de fonctionnement : cette variabilité, qui provient de l'écartement maximal ou minimal que peut offrir la lèvre en cours de fonctionnement, permet d'obtenir beaucoup d'avantages importants. D'une part elle est telle qu'elle évite une plus grande usure et offre donc une plus grande durée de la soupape. D'autre part, elle permet aussi de fabriquer les parties piston-alésage avec des tolé rances plus larges et par conséquent plus économiquement, et avec de plus grandes facilités d'interchangeabilité. Il est encore à noter que la garniture k lèvre offre une certaine résistance due au frottement lorsqu'elle subit une pression mais une résistance énormément moindre lorsqu'elle n'en subit pas, du fait de la souplesse de la lèvre g cela permet d'abaisser la résistance totale rencontrée sur la course de retour de la soupape, ce qui accroît l'aisance du glissement et la promptitude de la réponse. 'adoption de ce type de fermeture étanche permet aussi, si on le juge opportun, de modifier sensiblement la technologie même de fabrication des soupapes, et des autres éléments de piston utilisés sur les outils pneumatiques visés par la présente invention. En effet, les lèvres d'étanchéité peuvent être fabriquées d'une seule pièce avec la partie périphérique du corps de l'élé- lent de piston. L'utilisation de ce type de garniture d'étanchéité dane les éléments précités des outils k enfoncer des clous ou des pistons conduit donc à des progrès dans les résultats, qui dépassent les avantages reposant sur ce type de garniture connu en soi, en améliorant substantiellement le fonctionnement des outils et en résolvant d'importants problèmes liés à leur rendement et à leur emploi. L'invention sera mieux comprise k la lecture de la description détaillée qui va suivre et b l'examen des dessins annexés, qui représentent, k titre d'exemple non limitatif, un iode de rda- lisation de l'invention. La figure 1 montre partiellement en coupe, la tête d'un marteau pneumatique comportant une soupape de contrôle conforme à la présente invention; la figure 2 montre cette seupape agrandie. L'appareil partiellement illustré sur la figure 1 comprend une tête comprenant elle-même une carcasse extérieure formée d'une chemise cylindrique 2, d'un couvercle de fermeture supérieure 3 et d'un manche de poignée 4 9 l'intérieur duquel se trouve un rd- servoir 5 d'une grande capacité pour l'air comprimé servant à actionner l'appareil. A l'intérieur de la chemise cylindrique 1 est disposé un cylindre ouvert k son sommet 7, dans lequel est logé de manière i être mobile an piston 8 portant un marteau d'enfoncement 9 qui, lorsque le piston descend par rapport k la position haute reprd- sentée k la figure 1, s'engage dans le bec de décharge ( non représenté sur le dessin) pour provoquer l'expulsion et par couse quent l'enfoncement de l'élément de fixation dont ce bec de déchar- ge a été préalablement alimenté k partir du magasin (qui n'est pas montré non plus sur le dessin). L'extrémité supérieure ouverte du cylindre 7 est alternativexent mise en communication avec un passage de décharge 6 ou avec le réservoir 5 selon la position fermée (figure 1) au ouverte d'une soupape de contre 10, de type différentiel, qui est logée de façon k pouvoir y être mobile dans une chambre de guidage ll placée au-dessus du cylindre 7. Selon un procédé connu, une détente manuelle 12 associée k une valve 13 permet, lorsqu'elle est pressée, de commander l'ouvertare de la soupape reliant à la décharge la partie supérieure de la chambre de guidage 11 et permettant à la pression d'air dans le réservoir 5 d'agir sur un bord périphérique de la face inférieure de la soupape pour imprimer k cette dernière une poussée vers le haut.L'ouverture de la soupape 10 provoque la fermeture de la communication entre l'extrémité supérieure du cylindre 7 et le passage de décharge 6 et, en même temps, provoque l'application de l'intégralité de la pression d'air contenue dans le réservoir 5 au piston 8 pour obliger celui-ci k effectuer une course de descente qui permet au marteau 9 d'opérer l'enfoncement d'un élément de fixation. Toujours selon un procédé connu la détente 12 permet, lorsqu'elle est relâchée, de refermer la soupape 10 en mettant la partie supérieure de la chambre de guidage 11 en communication avec le réservoir 5 et en permettant ainsi à la pression d'air agissait sur la face supérieure de la soupape 10 de vaincre l'ac- tici contraire exercée par la pression d'air sur la surface Active moine étendue de la face inférieure de la soupape pour provoquer la refermeture de cette dernière.Lorsque la soupape 10 se ferme, la communication est rétablie entre l'extrémité supérieure du cylindre 7 et le passage de décharge 6, ce qui permet, en uti lisait la poussée vers le haut de moyens pneumatiques connue, la remontée du piston 8 vers la position de repos indiquée k la figure 1. La soupape de contre 10, qui fait l'objet de la présen- te invention, est représentée k une échelle agrandie sur la figure 2, où elle est représentée composée de deux pièces solidement accouplées entre elles, l'une interne 15 et l'autre externe 16. La pièce interne 15 est réalisée en métal ou en matière plastique rigide, légère mais résistant particulièrement à l'usure, aux flexions et aux sollicitations mécaniques en général, tandis que la pièce externe 16 est réalisée en une matière bien adaptée, capable de céder élastiquement ( de façon modérée) et è coefficient de frottement réduit. La pièce externe 16 est munie d'un couple de saillies annulaires latérales de diamètres différents 17 et 18 et d'une saillie annulaire inférieure 19, toutes ces saillies formant un corps unique avec la pièce externe 16.La saillie annulaire inférieure 19 est destinee, au cours du fonctionnement, à s' engager dans l'embouchure supérieure du cylindre pour pourvoir sa fermeture par rapport au réservoir 5 lorsque la soupape 10 est dans la position de fermeture de la figure 1. Les deux saillies annulaires, ou lèpres, 17 et 18 sont au contraire destinées, en fonctionnement, à s'engager à des profondeurs différentes dans la paroi interne de la chambre de guidage 11 pour séparer pneniati- quement les deux faces extrêmes ( ainsi qu'une face intermédiaire reliée à la décharge) de la soupape 10.Pour améliorer les conditions d'étanchéité des saillies annulaires 17 et 18, ces dernières sont légèrement évasées vers la face la plus voisine de la soupape; de cette manière l'air comprimé, qui tour à tour vient agir sur les deux faces de la soupape 10, peut exploiter l'é@asticité du matériau de la pièce 16 pour contribuer à assurer et à améliorer le joint étanche entre soupape et chambre de guidage. I1 est à noter que lesdites saillies annulaires 17 et 18 exercent sur la paroi externe de la chambre de guidage ll une pression limitée qui est proportionnelle à la pression utilisée pour l'air d'alimentation. Ces saillies étant évasées en sens contraire, elles exercent, grâce à la pression agissant sur leurs faces externes à diamètres différents, la plus grande pression contre la paroi de la chambre 11 dans la phase de remontée du piston 8, garantissant la plus grande étanchéité, en utilisant en particulier le fait que la face intermédiaire entre les deux saillies annulaires est reliée à l'atmosphère à travers un passage interne 14.Les saillies d'étanchéité 17 et 18 adhèrent, par l'e- fet de la différence de pression entre leurs faces opposées, avec une force particulière sur les parties respectives de paroi, aussi de diamètre différent, de la chambre de guidage 11. bu moment de la décharge, du fait que la pression au-dessus de la soupape vient à tomber, la force d'expansion de la saillie supérieure 17 tombe aussi et avec elle le frottement correspondant. Dune façon générale, il est bon de préciser que l'étan- chéité de la soupape 10 ne provient pas tellement de la poussée des saillies 17 et 18 sur la paroi de la chambre 11, due à leur élasticité, mais de la répartition des pressions qui agissent sur les saillies 17 et 18 de façon à les évaser et qui tour à tour varient en fonction du cycle de travail de l'appareil dans lequel la soupape est incorporée. I1 a été décrit ci-dessus une soupape différentielle com- portant un noyau rigide revêtu d'une portion périphérique en ma- titre élastique, à partir de laquelle s'étendent les parties d'étanchéité ( les lèvres 17, 18 et 19). Cette configuration est très avantageuse car elle permet d'obtenir une bonne qualité de la pièce. Il faut noter que le noyau rigide, outre qu'il peut être an supplément distinct de la pièce, peut être constitué d'une matière plastique ou d'un élastomère du même type que la matière constituant la périphérie mais chargé, traité et en pourcentages de composants choisis de telle manière qu'il atteigne une plus grande rigidité. I1 ne faut pas non plus oublier que, surtout pour des diamètres modestes de la soupape, celle-ci peut être intégralement constituée en une matière ayant une élasticité s'adaptant à celle exigée pour les lèvres ( de petite section) mais assez rigide pour assurer une indéformabilité suffisante du corps de la soupape eù la matière est d'une épaisseur très supérieure. Dans ce qui précède , on a décrit une application des principes de l'invention à une soupape différentielle qui détermine l'admission de l'air comprimé d'actionnement au cylindre imprimant son mouvement au marteau d'enfoncement, car cette application est très significative et c'est avec elle que soht atteints les avantages les plus remarquables. lais l'invention revient, en son sens le plus général, à proposer une structure de corps de piston qui se meut enfermée d'une manière étanche dans un cylindre sous l'action, surtout à impulsions, de l'air comprimé.En conséquence, des corps de piston configurés d'une façon analogue peuvent être utilisés comme obturateurs de soupapes simples, c'est-à-dire non différentielles, on comme piston d'actionnement du marteau d'enfoncement lui-même. À titre d'exemple, le piston 8 de la figure 1, représenté muni dune garniture "O-ring" 20, pourrait avoir une structure analogue à celle de l'obturateur 10, ou bien comprendre un noyau rigide et une paroi munie de deux lèvres à orientation opposée (comme 17 et 18) en considérant que le piston est soumis à une poussée de pression alternetivement sur une de ses faces (course active) et sur l'autre (course de retour). On notera que des éléments de piston avec garnitures intégrales, tels qu'il sont proposés ici, peuvent être fabriqués à l'aide d'opérations peu compliquées et de nature à réduire les coûts de fabrication. En cas d'usure ou d'avarie le corps entier est remplaçable sans problème d'interchangeabilité, du fait de l'aptitude à se déformer des lèvres de fermeture. REVENDICATIONS 1.- Elément mobile à piston soumis à une poussée d'air comprimé dans un legement cylindrique faisant partie d'un appareil à commande pneumatique destiné à enfoncer des organes de fixation tels que des clous et analogaes' , ledit élément étant caractérisé par le fait que la zone de contact et d'étanchéité entre ledit élé- ment et le logement est constitué par au moins une portion à lèvre, évasée vers la face de l'élément soumis à la poussée de l'air. 2.- Elément suivant la revendication 1, soumis alternative- ment à une poussée de l'air sur lune et l'antre de ses faces, catactérisé par le fait qu'il présente deux portions à lèvre à dva- sements oppesés. 3.- Elément suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la portion à lèvre est d'une pièce avec la paroi latérale de l'élément. 40- Elément suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un noyau central plus rigide et une partie périphérique en matière déformable élastiquement, d'où s'étend la portion à lèvre. 5.- Elément suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le noyau est constitué d'un. matière rigide insérée dans la matière déformable élastiquement. 6.- Elément suivant la revendication 1 constituant l'obturateur dune soupape différentielle de contrôle de l'admission d'air dans le cylindre dans lequel se déplace un piston commandant le marteau d'enfoncement des organes de fixation, caractérisé par le fait qu'au moins la partie périphérique dudit élément est réalisée en matière déformable élastiquement. 7.- Elément suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un prolongement de sa face latérale s'étendant au soins périphériquement sur une de ses faces pour constituer une surface de fermeture frontale contre un logement correspondant. 8.- Elément suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un noyau central en matière rigide, autour duquel est rapporté la matière déformable élastiquement. 9.- ment suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la matière élastique entonre aussi, partiellement, les faces de l'obturateur, en ce que des passages transversaux sont prévus pour se répartir sur le noyau et pour relier la surface des faces et en ce que la matière élastique est rapportée en continuité avec celle qui entoure les faces.