Brevet FR2493209A1 — publié le 19820507

-1- La présente invention concerne un marteau perforateur comportant un arbre de forage et un mandrin pour la réception d'un outil de forage et un dispositif de percussion agissant sur l'arbre de forage et l'outil de forage ainsi qu'un organe d'actionnement électrique pour la rotation de l'outil et un deuxième organe d'ac- tionnement électrique pour le dispositif de percussion. Dans un marteau perforateur connu qui peut également être guidé manuellement, l'arbre de forage est entraîné par un moteur électrique avec un induit tournant par une transmission à rapport de démultiplication constant. Pour l'entraînement du mécanisme de percussion, on utilise un électro-aimant. Afin que ce dispositif de percussion actionné par l'électro-aimant puisse délivrer une puis- sance utile dans la pratique, l'électro-aimant et les masses oscil- lantes doivent être adaptés mutuellement de façon à provoquer une résonance. Pour cela, cependant, la fréquence de percussion est obligatoirement prédéterminée. Egalement dans d'autres marteaux perforateurs, dans lesquels aussi bien pour l'entraînement de l'arbre de forage que pour l'entraînement du dispositif de percussion, on prévoit un moteur électrique unique on travaille avec un nombre constant de percussions par rotation. Cela n'est pas avantageux car, lors de l'utilisation de fleurets de diamètres différents, on ne peut obtenir la puissance de forage optimale. Le nombre de percussions par rotation est fixé, lors de la fabrication, pour un fleuret de diamètre moyen. Si cependant l'on utilise des fleurets qui présen- tent des diamètres très différents du diamètre moyen, on ne peut alors obtenir que des puissances de forage considérablement réduite On a déjà cherché à développer des marteaux perforateurs dans lesquels le nombre de percussions par rotation du fleuret puisse être adapté au diamètre du fleuret et au matériau à forer. Dans un tel marteau perforateur un disque d'arrêt est solidaire en rotation et en translation de la broche de forage, ledit disque étant en prise avec un second disque d'arrêt lié au carter, un troisième disque d'arrêt étant également prévu en plus des deux disques d'arrêt. Deux de ces disques d'arrêt sont alors disposés selon un même axe. L'écartement de ces deux disques d'arrêt est cependant différent et ces deux disques d'arrêt sont susceptibles alternativement d'être amenés en prise avec le troisième disque d'arrêt ou d'être totalement désaccouplés. Avec une telle construc- tion mécanique extraordinairement compliquée, on peut établir au moins deux fréquences de percussion. -2- 2493209 La présente invention se propose de réaliser un marteau perforateur dans lequel le rapport entre la vitesse de rotation de la broche d'outil et la fréquence de percussion soit susceptible d'être choisi librement dans des limites larges et autant que possible de manière continue, afin d'obtenir ainsi une puissance de forage optimale dans tous les cas possibles. Cela est obtenu selon l'invention par le fait qu'aussi bien l'organe d'entraînement pour la rotation de l'outil de forage que l'organe d'entraînement pour le dispositif de percussion sont réalisés sous la forme de moteurs électriques à arbre tournant, et que les moteurs électriques sont réglables ou commandables indépen- damment l'un de l'autre. Grâce à de telles caractéristiques, on prévoit aussi bien pour la rotation de l'outil de forage ou de l'arbre de forage que pour le dispositif de percussion des organes d'entraînement, chaque organe d'entraînement étant réglable en lui-même. Du fait que de tels marteaux perforateurs sont guidés manuellement, il est essen- tiel de prévoir une construction compacte et manipulable manuelle- ment. Afin de répondre à cette exigence, il est prévu selon une caractéristique de l'invention que les deux moteurs électriques possèdent un stator commun avec une bobine d'inducteur commune et deux rotors dont les courants d'induit sont réglables indépendam- ment l'un de l'autre. Ainsi, les deux rotors peuvent présenter des arbres coaxiaux et l'un des arbres peut être réalisé sous la forme d'un arbre creux, les deux rotors étant disposés, vus en sens axial du stator, l'un derrière l'autre, l'arbre d'un rotor traversant l'arbre creux. Une autre construction économisant de la place et de l'espace est obtenue en prévoyant que les deux rotors présentent des arbres parallèles et que le stator est réalisé sous la forme d'un H ou sensiblement sous la forme d'un huit, les deux rotors étant disposés l'un à côté de l'autre vus en sens axial du stator. Si l'on réalise un stator avec une bobine d'inducteur pour les deux rotors, il est avantageux, en vue du réglage, d'intervenir dans le circuit de courant d'induit des rotors. Une autre construction économisant de la place et de l'espace est possible en prévoyant que les deux rotors, disposés axialement l'un derrière l'autre, possèdent à chaque fois des stators propres avec des bobines d'inducteur propres, l'arbre d'un rotor traversant l'arbre, réalisé sous la forme d'un arbre- creux, de l'autre rotor. Du fait que des bobines d'inducteur séparées sont prévues pour les deux stators, on -3- 2493209 peut intervenir ici aussi en vue du réglage dans la bobine d'induc- teur ou d'excitation. Comme moteurs d'entraînement on peut utiliser différents types de moteurs réglables, par exemple entre autres des moteurs électriques shunt, des moteurs électriques série ou des moteurs à moyenne fréquence, pour n'en citer que quelques uns. Le réglage lui-même peut s'effectuer par l'intermédiaire d'éléments usuels tels que des résistances. Avantageusement on utilise cependant pour ces réglages des composants électroniques afin de pouvoir réaliser une régulation autant que possible sans perte. Se prêtent pour cela par exemple des appareils de commande par coupe et de commande par impulsions. Cette énumération de types de moteurs et de dispositifs de réglage n'est en aucune manière limitative et ne doit être considérée qu'à titre d'exemple. Sans que cela ne soit limitatif de l'invention on va décrire en se référant au dessin trois exemples de réalisation. Sur le dessin: Les figures 1, 2 et 4 sont des coupes longitudinales chacune d'un exemple de réalisation de l'invention, La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2. Dans un carter 2 est monté un arbre de forage 1 réalisé sous la forme d'un arbre creux. Dans cet arbre de forage 1 est monté, fixe en rotation, mais déplaçable axialement, un mandrin de serrage 3. L'arbre creux 1 est fixé dans le carter 2 au moyen de roulements à billes ou à rouleaux 20 et 21. Dans l'arbre creux 1 est monté un piston 4 qui coopère avec un piston poussoir 5. Dans la zone de son extrémité interne, l'arbre creux 1 présente un pignon conique 6. La coopération de ces éléments est en soi connue et n'a donc pas besoin d'être décrite en détail. Pour l'entraînement de l'arbre de forage 1 et du piston poussoir 5 on prévoit deux moteurs électriques avec des induits tournants 8 et 9 qui se trouvent dans un stator 7 commun supportant les bobines d'inducteur 16. Vus en sens axial du stator 7 les deux induits ou rotors 8 et 9 sont disposés l'un derrière l'autre. Le rotor 9 est solidaire de l'arbre 10 qui porte à son extrémité interne une commande à manivelle 11 en liaison fonctionnelle avec le piston poussoir 5 de manière en soi connue. L'induit ou rotor 8 est solidaire en rotation d'un arbre creux 12 traversé par l'arbre de l'induit 9. Cet arbre creux 12 supporte à son extrémité frontale un pignon conique 13 qui engrène avec le pignon conique 6 de l'arbre creux 1 mentionné ci-dessus. Les deux rotors ou induits 8 et 9 portent des collecteurs 14 et 15. Les balais associés n'ont pas été représentés du fait de la représentation sommaire. Les organes d'entraînement peuvent ici être réalisés par exemple sous la forme de moteurs série dans lesquels on régule les courants d'induit. Les deux circuits de courant d'induit sont alors réglables indépendamment l'un de l'autre de sorte que le rapport entre la vitesse de rotation et la fréquence de percussion peut être librement réglée dans des limites larges. Sur le carter 2 est également disposée une poignée de préhension 17. Cette poignée de préhension porte un interrupteur de marche et d'arrêt 18 par lequel le marteau perforateur peut être relié au courant du réseau. Les manettes et boutons nécessaires au réglage des fréquences et des vitesses de rotation peuvent être disposés latéralement sur le carter et ne sont pas représentés ici. L'exemple de réalisation selon la figure 2 correspond en ce qui concerne sa construction mécanique sensiblement à celui de la figure 1 de telle sorte que pour la description on a utilisé pour des parties semblables les mêmes chiffres de référence. La diffé- rence essentielle réside ici dans le fait que les induits ou rotors 8' et 9' sont disposés l'un à côté de l'autre avec des arbres paral- lèles 10' et 12' et le stator 7' présente ici une forme analogue à un huit (figure 3). A la place d'une commande à manivelle 11 pour l'entraînement du piston poussoir 5 on peut utiliser également des commandes à coulisse comme cela est déjà connu dans ce contexte. L'exemple de réalisation selon la figure 4 se distingue de celui de la figure 1 uniquement par la configuration du stator, car dans cet exemple de réalisation on associe à chaque induit ou rotor 8" et 9" un stator 70 et 70', comportant chacun une bobine d'induc- teur 160 et 160'. Du fait des enroulements de stator, séparés dans ce cas 160 et 160' il est possible pour assurer les réglages néces- saires d'intervenir dans le circuit de courant de ces enroulements de stator. Tous les dispositifs d'entraînement sont réalisés de telle manière que l'entraînement de percussion peut être totalement supprimé. Pour commander ou régler, ou influencer d'une autre maniè- re aussi bien le circuit d'inducteur que le circuit d'induit on peut utiliser des commandes par coupe, ou des résistances ohmiques ou encore des commandes par impulsions. Comme moteurs d'entraînement on peut utiliser des moteurs à induction, des moteurs série ou shunt, ou des machines à courant continu ou à courant alternatif. -5- 2493209 La commande des moteurs peut ici s'effectuer soit de façor totalement indépendante (séparée) ou encore de telle sorte qu'entre les deux moteurs existe un rapport de vitesses de rotation fixe réglable. La vitesse de rotation de l'un ou des deux moteurs peut également être réglée, de façon en soi connue, de manière constante indépendamment de la charge. Grâce à de telles caractéristiques, on peut obtenir en permanence un rapport optimal entre le nombre de tours par minute el le nombre de percussions par minute. Ce rapport n'est pas seulement prédéterminé par la dimension du fleuret mais également par la nature du matériau à forer. Par exemple dans le cas d'un matériau cassant il est avantageux de ne mettre en oeuvre au départ que le forage (sans freinage) puis graduellement la percussion avec une énergie croissante. Afin d'obtenir une plus grande plage de réglage il est également souhaitable de disposer entre la broche de forage tournan te et le piston poussoir mobile en va-et-vient d'une part et entre les deux rotors tournants 8, 8', 8" et 9, 9' 9" un engrenage plané- taire, les moteurs étant dimensionnés de telle manière que l'un puisse être utilisé pour le déploiement d'énergie et l'autre pour 1 commande. Une telle commande ne permet cependant un réglage séparé de la vitesse de rotation et de la fréquence de percussion que dans une plage très limitée. -6- REVENDICATIONS 1. Marteau perforateur comportant un arbre de forage et un mandrin pour la réception d'un outil de forage et un dispositif de percussion agissant sur l'arbre de forage et l'outil de forage ainsi qu'un organe d'actionnement électrique pour la rotation de l'outil et un deuxième organe d'actionnement électrique pour le dispositif de percussion, caractérisé par le fait qu'aussi bien l'organe d'en- trainement pour la rotation de l'outil de forage que l'organe d'en- traînement pour le dispositif de percussion sont réalisés sous la forme de moteurs électriques à arbre tournant, et que les moteurs électriques sont réglables ou commandables indépendamment l'un de l'autre. 2. Marteau perforateur selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que les deux moteurs électriques possèdent un stator commun avec une bobine d'inducteur commune et deux rotors dont les courants d'induit sont réglables indépendamment l'un de l'autre. 3. Marteau perforateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé par le fait que les deux rotors présen- tent des arbres coaxiaux, l'un des arbres étant réalisé sous la forme d'un arbre creux et les deux rotors étant disposés, vus en sens axial du stator, l'un derrière l'autre, l'arbre de l'autre rotor traversant l'arbre creux. 4. Marteau perforateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé par le fait que les deux rotors pré- sentent des arbres parallèles et que le stator est réalisé en forme de H, les deux rotors étant disposés l'un à côté de l'autre, vus en sens axial du stator. 5. Marteau perforateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 3, caractérisé par le fait que les deux rotors dis- posés axialement l'un derrière l'autre sont associés chacun à un stator propre avec une bobine d'inducteur propre.