Brevet FR2473107A1 — publié le 19810710

L'invention se rapporte aux outils à percussion et elle a particulièrement pour objet un outil à percussion spécialement destiné, mais non exclusivement, à être utilisé dans les mines, les carrières, les travaux d'excavation. Les outils à percussion concernés par l'inven- tion comprennent une masse à mouvements alternatifs jouant le rôle d'un marteau et que l'on appellera par la suite un piston, qui est repoussée contre l'effet d'un ressort. Quand une compression satisfaisante de ce dernier a été obtenue, il est libéré et il repousse la masse pour que celle-ci frappe un outil, un porte-outil ou un organe intermédiaire. Le ressort est, plus généralement, un organe élastique qui peut être un volume de fluide compressible ou un ressort mécanique, par exemple un ressort hélicoïdal qui est compriné par la course de retour du piston servant de marteau. De manière classique, le piston est repoussé contre l'effet du ressort par des moyens mécaniques ou par un fluide hydraulique sous pression, par exemple à l'aide d'un vérin. Le relâchement du ressort pour provoquer l'im- pact, ou course de travail, est obtenu souvent par un mécanisme de détente de type mécanique. Toutefois, ces derniers sont sujets a s'user, particulièrement quand une libération soudaine du ressort est nécessaire afin que l'on fasse le meilleur usage de sa compression totale. L'usure conduit à un fonctionnement peu sûr et à une durée réduite. Les outils les plus perfectionnés peuvent avoir des moyens de détection capables de provoquer la détente du ressort en fonction de la position du piston ou de la com- pression du ressort, spécialement quand ce dernier est un fluide. Malheureusement, ces outils perfectionnés sont plutôt coûteux. L'invention a donc pour but principal d'apporter un outil à percussion comprenant une masse à mouvements al- ternatifs déplaçable dans une direction contre la résistance d'un organe élastique et dans la direction opposée sous l'effet de cet organe élastique pour donner un coup sur un outil ou sur un porte-outil, des moyens de retour capables de déplacer la masse dans la première direction et des 24731 07 moyens magnétiques d'accouplement servant à accoupler les moyens de retour à la masse pendant le mouvement de celle-ci et jusqu'à l'obtention d'une compression déterminée du res- sort, après quoi l'accouplement est rompu. Les moyens d'accouplement magnétique peuvent comprendre une partie faisant corps avec les moyens de retour ou fixée à ceux-ci et une partie faisant corps avec la masse ou fixée à celle-ci. L'excès désiré de la force élastique sur la force d'accouplement magnétique peut être obtenu simplement par le maintien de la force d'accouplement magnétique à une valeur substantiellement constante et par augmentation de la force élastique, par suite du mouvement de retour de la masse, jusqu'à ce qu'elle excède la force magnétique. En plus ou en variante, la force magnétique d'accouplement peut être réduite de telle sorte qu'à la position voulue de libération de l'organe élastique, la force de ce dernier surmonte de beaucoup les forcesmagnétiques réduites. Par exemple, une simple butée peut être prévue pour la masse et/ou le circuit magnétique peut être modifié par suite de la rencontre ou de la proximité d'un moyen de déviation du flux magnétique. Dans un mode de réalisation préféré de l'in- vention,-les moyens de retour comprennent un vérin à fluide sous pression, de préférence hydraulique, qui agit pour repousser la masse ou le piston et comprimer le ressort ou les moyens élastiques. L'accouplement magnétique peut com- prendre un aimant annulaire monté sur la tige de piston du vérin de retour et une armature magnétique placée sur la tige du piston servant de marteau, de préférence à un en- droit situé, pendant le fonctionnement, au-dessus d'un logement dans lequel se trouve le ressort ou l'organe élastique. Une disposition annulaire de ce genre permet une grande surface d'accouplement magnétique. La disposition de l'armature et de l'aimant peut être inversée entre les deux tiges, ou des aimants peuvent être prévus sur les deux tiges. L'aimant ou chacun des aimants peut être constitué par un aimant permanent. 24731 07 Les moyens de rétraction peuvent être commandés par un distributeur approprié pour que le piston du vérin soit déplacé alternativement pour venir en contact et retirer, puis libérer et-revenir en contact avec le pis- ton servant de marteau. La seule contrainte à respecter est évidemment que la course pour la reprise du contact ne commence pas tant que. la course de travail du piston ser- vant de marteau n'a pas commencé. Pour mieux faire comprendre l'invention et en faire apparaître d'autres caractéristiques, on donnera maintenant une description d'un exemple de-réalisation. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe par un plan passant par l'axe longitudinal d'un outil à percussion conforme à -15 l'invention - la figure 2 est une vue partielle en coupe d'un aimait assemblé faisant partie de l'outil de la figure l. Un outil a percussion 10 conforme à l'invention comprend-un corps 12 cylindrique dans l'ensemble, divisé en une chambre supérieure 12' et.unechambre inférieure 12", respectivement, comme on peut le voir sur la figure 1, par une cloison transversale annulaire fixe 14. Un logement cylindrique 16 destiné à recevoir un ressort de compres- sion 18 à l'état précomprimé, s'étend sur toute la longueur de la chambre inférieure, coaxialement au corps 12. Le ressort 18 agit entrera cloison transversale 14 et un piston 20 servant de marteau supporté par une tige de piston 22 qui traverse-la cloison transversale 14 par laquelle elle est guidée. Dans l'espace annulaire qui en- toure le logement 16 du ressort, mais à l'intérieur du corps 12, sont disposés des tirants 24 espacés circonfé- rentiellement qui traversent par l'une de leurs extrémités la cloison 14 et par l'autre de leurs extrémités une bride 26 qui fait partie d'une pièce terminale 28 montée à l'extrémité inférieure du corps 12. Cette pièce terminale présente une ouverture centrale 30 pourvue d'un fourreau 32 servant de coussinet à travers lequel s'étend la tige 34 d'un outil. Cette tige 34 est retenue avec une possibi- lité de glissement à l'intérieur du fourreau 32. Tout moyen convenable de rétentionpeut être utilisé, comme-des goupilles sur des faces planes, ou des billes ou des rouleaux en saillie dans le fourreau 32 et roulant dans une rainure se terminant vers le haut ménagée dans la tige 34. Les ti- rants 24 sont équipés d'écrous 36 et 38 mais on pourrait évidemment les remplacer par des boulons dont la tête serait de préférence retenue par la cloison 14. Les tirants 24 servent à assurer une précompression du ressort 18. On notera que la tête 40 du piston 20 a un pro- 1o fil en dôme susceptible de s'ajuster avec un fond 42 ménagé dans la pièce d'extrémité 28 et entourant l'extrémité inté- rieure de l'ouverture 30. L'extrémité de la tige 34 de l'outil pénètre jusqu'au-delà du fond 42 dans une mesure qui lui permet d'être frappée par le piston 20. L'extrémité de la tige 22 du piston servant de marteau, qui se projette dans la chambre supérieure 12', porte un plateau 44 qui est légèrement inférieur en dimen- sion à la grandeur intérieure, en section droite, du corps 12. Le plateau 44 est en matière magnétique telle que du fer doux. La course maximum des mouvements-du piston 20 est limitée à une extrémité par la rencontre de la tète bombée avec le fond 42 et à l'autre extrémité par la rencontre du plateau 44 avec une butée annulaire 46 fixée à l'inté- rieur du corps 12. Plusieurs butées espacées circonféren- tiellement pourraient être substituées à la butée annulaire 46. A son extrémité opposée à la pièce d'extrémité 28, le corps 12 est fermé par une plaque 48. Une cloison annulaire supplémentaire 50 s'étend à travers le corps 12 à un endroit o elle est espacée à la fois de la plaque 48 et de la butée annulaire 46. Le cylindre d'un vérin hydrau- lique 52 est fixé entre la plaque 48 et la cloison 50 et il comprend-un piston 54 dont la tige 56 s'étend à travers un trou central ménagé dans la cloison 50 et à travers un trou correspondant ménagé dans un aimant permanent composé annu- laire 62. A son extrémité. libre, la tige de piston 56 se termine, par une partie épanouie auto-centreuse 58 dont le profUi est en concordance avec une coupelle 60 prévue au centre de l'ensemble magnétique permanent annulaire 62. Ce dernier ensemble pourrait être monté libre sur la tige de piston 56 mais, dans le présent-exemple, il lui est, en réalité, totalement asservi et il est agencé aussi pour s'ajuster, avec jeu, à l'intérieur de la ou des-butées 46. Pendant le fonctionnement, le piston du vérin hydraulique 54 est animé d'un mouvement alternatif par un fluide sous pression qui agit au moins pendant la course de retour. On remarquera que, lorsque l'outil doit être utilisé en position verticale (comme représenté sur, la figure 1), la course inverse peut être accomplie sous l'effet de la gravité seule, bien que ceci ne soit pas envisagé dans l'exemple décrit ici pour les raisons qui apparaîtront plus loin. Dans l'état d'extension maximale de la tige du piston 54, l'aimant permanent assemblé 62 est en contact avec le plateau 44 qui joue le rôle d'une armature et-il est accouplé avec lui. La rétraction de la tige du piston 54 provoque le retour du piston 20 qui sert de marteau et la compression du ressort 18 jusqu'à ce que l'un des faits suivants se produise a) la force nécessaire à la compression du ressort excède la force normale de l'accouplement magnétique, b) le plateau 44 qui sert d'armature rencontre la ou les butées mécaniques 46 c) l'aimant permanent assemblé 62 a sa force magnétique réduite par la proximité de la cloison 50 lorsque cette dernière est en matière magnétique et agit comme un moyen de déviation du flux. D'autres possibilités seront décrites plus loin mais ici, après le relâchement de l'accouplement magnétique entre l'armature 44 et l'aimant 62, le piston 20 est poussé par le ressort 18 jusqu'à frapper un coup sur la tige 34 de l'outil, comme il est souhaité. La figure 2 montre un aimant permanent assemblé 62 qui comprend une pluralité d'aimants permanents 64, à force magnétique élevée, associés à des concentrateurs laté- raux de flux 66. Bien que l'on ait représenté, pour la commodité du dessin, des bandes parallèles ou une rangée d'aimants et 24731 07 de concentrateurs de flux, on- pourrait employer des aimants annulaires et/ou des concentrateurs de flux annulaires. Comme le montre la figure 2, les aimants sont fixés aux concentrateurs de flux et ces derniers sont fixés à leur tour à une plaque porteuse non magnétique 68 avec les aimants disposés d'un côté de celle-ci en face du plateau 44 qui sert d'armature (non représenté sur la figure 2). Les concentrateurs de flux s'étendent à travers la plaque 68 pour pouvoir venir en contact avec la cloison transversale 50 ou pour pouvoir venir très près de celle-ci quand le piston servant de marteau arrive à la fin de sa course de retour, afin que la cloison 50 puisse produire une déviation du flux, comme mentionné ci-dessus, et de cette façon affai- blir l'accouplement magnétique avec le plateau 44. Quand la force d'accouplement magnétique est dépassée par la force nécessaire à la compression du ressort, l'accomplement est rompu et le ressort 18 se détend en repoussant le piston 20 jusqu'à ce que celui-ci frappe la tige 34 de l'outil. Ensuite, naturellement, le vérin hydraulique 54 doit être mis à nouveau en état d'extension pour que l'accouplement de l'aimant permanent et du plateau 44 se produise à nouveau. Il n'y a aucune difficulté à rompre l'attraction qui se produit entre l'aimant et la cloison 50 et à les éloigner l'un de l'autre étant donné que la surface totale du piston 54 subit la totalité de la pression hydrau- lique qui est supérieure à celle qui est disponible pour la course de retour. Il est extrêmement avantageux d'utiliser une combinaison de caractéristiques selon laquelle la force d'accouplement magnétique doit toujours excéder au moins légèrement la force maximum du ressort, la réduction de cette force magnétique d'accouplement par le moyen de déviation du-flux laissant un très faible excès net par rapport à la force de compression du ressort. Cet excès net est, ensuite, facilement surmonté par le vérin lorsque l'armature rencontre la butée. De cette façon, les tolé- rances de fabrication peuvent être fixées avec une sévérité minimum compatible aveâ une production en grande série. On comprendra que le vérin de retour pourrait être remplacé par un autre type quelconque de dispositif à marche alternative comme un plongeur commandé par une came ou un mécanisme à manivelle entraînée par un moteur. De plus, bien entendu, l'aimant permanent assem- blé pourrait être placé à l'extrémité de la tige du piston servant de marteau et l'armature qui coopère avec cet aimant pourrait être montée sur l'organe qui assure le retour, ou, encore, des aimants pourraient être placés sur l'un et sur l'autre. On pourrait également employer une bobine élec- trique pour affaiblir le flux magnétique, ou pour en provoquer ou en accroître la déviation ou même pour s'y opposer, afin d'obtenir le relâchement souhaité. On notera encore que des moyens magnétiques appropriés de déviation du flux pourraient être montés dans l'outil, avec une possibilité de réglage en position en sens axial, afin de permettre d'ajuster la puissance de l'outil ou la longueur de la course et/ou pourraient être associés avec des bobines électriques pour permettre la variation de l'effet de déviation. - - 2473107 REVENDICATIONS 1 / Outil à percussion comprenant une masse exécu- tant des mouvements alternatifs, déplaçable dans une première direction contre la résistance de moyens élastiques et dans la direction opposée sous l'effet.de ces moyens élastiques afin de donner un choc à un outil ou à un porte-outil, des moyens de retour déplaçant ladite masse dans la première direction, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens magnétiques d'accouplement tels qu'ils sont aptes à servir à accoupler les moyens de retour à-.la masse pendant le mouvement de celle-ci jusqu'à ce que la compression du ressort atteigne une valeur-prédéterminée, à la suite de -quoi l'accouplement est rompu. 2 / Outil selon la revendication'l caractérisé en ce que les moyens magnétiques d'accouplement comprennent une partie qui fait corps avec les moyens de retour ou qui leur est fixée et une partie qui fait corps avec la masse ou qui - lui est fixée. / Outil selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens magnétiques d'accouplement comprennent un aimant permanent. 4 /-Outil selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'un moyen de diversion du-flux magnétique est disposé pour que l'aimant le rencontre ou vienne à sa proximité quand le ressort atteint l'état désiré de compression. - / Outil selon l'une quelconque des revendications 3, 4 caractérisé en ce que l'aimant permanent est fixé aux moyens de retour. 6/ Outil selon l'une quelconque des revendications 3 à.5 caractérisé en ce que l'aimant-permanent comprend des éléments de concentration du flux. / Outil selon l'une quelconque des revendications 6 et 4 réunies caractérisé en ce que les éléments de concen- tration du flux sont en saillie en direction des moyens de déviation du flux. 8 / Outil selon l'une quelconque des revendications L a 7 caractérisé èn ce qu'il comprend une butée qui limite le déplacement,-de la masse dans la première direction jusqu'à une valeur de la course qui correspond à l'état désiré de compression du ressort. / Outil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend un corps divisé en une première et en une seconde chambres, les moyens magnétiques d'accouplement étant disposés dans la première chambre et les moyens élastiques étant disposés dans la seconde chambre. / Outil selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'une cloison 'transversale située entre les deux cham- bres sert de siège aux moyens élastiques constitué par un ressort hélicoïdal en état de précompression, ce ressort portant aussi directement sur la masse. / Outil selon la revendication 10 caractérisé en ce que la masse est constituée par-un piston servant de marteau prolongé par une tige de piston qui s'étend à travers la cloison transversale, le ressort agissant sur ce piston qui sert de marteau. 12 / Outil selon l'une quelconque des revendica- tions 10, 11 caractérisé en ce que la première chambre est divisée pour contenir un mécanisme de retour. / Outil selon la revendication 12 caractérisé en ce que le mécanisme de retour est un vérin à fluide sous pression. 140/ Outil selon la revendication 13 caractérisé en ce que le vérin est de type hydraulique. / Outil selon l'une quelconque des revendica- tions 12 à 14 réunie à la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens de déviation du flux magnétique sont constitués par une cloison qui divise la première chambre et qui isole le mécanisme de retour. / Outil selon l'une quelconque des revendica- tions 9, 10 caractérisé en ce qu'une cloison qui sépare la première et la seconde chambres sert aussi de moyen de fixation de tirants grâce auxquels une pièce d'extrémité utilisable comme porte-outil est fixée au corps. / Outil selon la revendication 16 caractérisé en ce que les tirants s'étendent dans un espace annulaire à l'intérieur du corps entre la paroi extérieure de celui-ci et un logement contenant les moyens élastiques. / Outil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 17 caractérisé en ce que l'aimant ou chaque aimant est monté par l'intermédiaire d'un moyen auto-centreur.