Brevet FR2552696A1 — publié le 19850405

La présente invention concerne un marteauperforateur du type à coussin d'air comportant un pilon entraîné alternativement par l'intermédiaire d'un coussin d'air à l'intérieur d'un élément cylindrique L'invention 5 se rapporte en particulier à des agencements d'amortissement et de verrouillage pour des composants de tels marteauxperforateurs. Des marteaux-perforateurs du type à coussin d'air comprennent usuellement un mécanisme de percussion à 10 coussin d'air qui contient un pilon de percussion du type piston comportant un prolongement axial dirigé vers le porte-outil Le pilon est usuellement entrainé par mouvement alternatif dans un manchon cylindrique de guidage par l'intermédiaire d'un coussin d'air enfermé et il entraine une pièce 15 de percussion contre l'extrémité arrière de l'outil lorsqu'il est inséré dans une broche creuse Cette broche peut comporter un dispositif de verrouillage, comprenant un corps annulaire ayant l'élasticité du caoutchouc et qui est logé à l'intérieur de la broche, et qui màntient l'organe de percussion dans une position de marche à vide par engagement dans une gorge ménagée dans-le prolongement du pilon Un élément annulaire d'amortissement ayant l'élasticité du caoutchouc peut être placé dans l'espace intérieur de la broche pour amortir des rebondissements axiaux de l'outil de 25 percussion, le c 8 té de l'élément d'amortissement qui est dirigé vers le porte-outil étant en contact avec une zone de positionnement qui peut se déplacer axialement dans la direction l'éloignant du porte-outil. La demande de brevet allemand publiée 3 120 326 30 décrit un marteau perforateur de ce type, dans lequel le corps annulaire et l'élément d'amortissement sont chacun formés d'une bague torique L'élément d'amortissement est placé entre la surface intérieure de la broche et la surface extérieure d'un gradin d'un manchon de manière qu'un de ses 35 c 8 tés soit en contact avec l'épaulement annulaire, formé par le gradin, du manchon Sur le c 8 té opposé, l'élément d'amortissement est en contact avec la surface frontale d'un manchon porteur qui comporte, dans la surface intérieure de sa zone extrême arrière, un prolongement pour recevoir le corps annulaire Une agrafe logée dans la broche sert à positionner le manchon porteur. Dans l'agencement décrit ci-dessus, deux parties en forme de manchon, d'une construction relativement compliquée et par conséquent d'une fabrication coûteuse, sont nécessaires pour positionner l'élément d'amortissement et le corps annulaire et en outre l'assemblage est compliqué. 10 La demande de brevet allemand publiée 3 120 326 décrit également une conception d'un corps annulaire sous forme d'une bague en acier et la formation d'un prolongement à surface lisse continue sur l'organe de percussion de façon à obtenir de cette manière un contact frottant entre le 15 prolongement et la bague en acier dans la positixn de verrouillage Cependant dans ce cas, le positionnement de la bague en acier se produit de la mime manière que le posimnnement de la bague torique de sorte que les frais de fabrication et d'assemblage ne sont pas diminués. Un objet de la présente invention est d'agencer à la fois l'élément d'amortissement servant à amortir des rebondissements axiaux de l'élément de percussion et le corps annulaire du dispositif de verrouillage prévu dans le marteauperforateur d'une manière telle qu'il puisse êtrepositionné 25 par des parties qui sont réalisées d'une manière aussi simple que possible et qui peuvent être assemblées sans gros frais. Pour atteindre cet objectif, un marteau-perforateur du type à coussin d'air est conçu, conforménent à l'invention, de manière que le corps annulaire et l'élément d'amortissement soient placés dans un plan commun perpendiculaire à l'axe longitudinal de la broche, le corps annulaire étant disposé dans une position qui est radialement située plus vers l'intérieur que l'élément d'amortissement, et le 35 corps annulaire et l'élément d'amortissement étant empêchés de se déplacer axialement par des zones de positi=nement qui sont communes aux deux composants. Dans un marteau-perforateur conforme à l'inven- tion, l'élément d'amortissement et le corps annulaire sont par conséquent situés dans un plan commun au lieu d'être situés, comme cela a été classique dans l'art antérieur, en étant espacés axialement dans la direction longitudinale de la broche Par ce moyen, des zones communes de positionnement, qui peuvent être conçues d'une manière particulièrement simple, existent de chaque côté du corps annulaire et de l'élément d'amortissement A titre d'exemple, la zone de positionnement éloignée du porte-outil peut être 10 formée au moyen d'une rondelle maintenue par une agrafe et la zone de positionnement proche du porte-outil peut comprendre une plaque annulaire qui est en contact avec un épaulement annulaire de la broche De tels composants nécessitent seulement un léger usinage, ou pas d'usinage, 15 de sorte que les frais de fabrication sont sensiblement réduits En outre la disposition de l'élément d'amortissement et du corps annulaire dans un plan commun est très simple et peut être effectuée en pratique dans une étape d'assemblage. Pour assurer un amortissement approprié des rebondissements de l'élément de percussion, le prolongement axial de l'élément d'amortissement peut être supérieur au prolongement axial du corps annulaire, et l'élément d'amortissement peut être comprimé entre les zones de positionne25 ment afin d'engendrer une pré-contrainte en vue d'agir de cette manière comme un ressort relativement raide. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément d'amortissement etle corps annulaire peuvent chacun se composer d'une bague torique Il est cependant également possible de réaliser en une seule pièce l'élément d'amortissement et le corps annulaire. La transition entre le prolongement et le corps principal du pilon de percussion peut être formée par une surface annulaire placée normalement sur l'axe longitudinal 35 du pilon, et la rainure annulaire est alors de préférence placée au voisinage immédiat de cette surface annulaire. De cette façon, l'élément d'amortissement assure également un amortissement des chocs provenant du pilon quand celui-ci se déplace vers l'avant pendant la marche à vide du mécanisme de percussion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre-d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une vue latérale partielle de la partie avant d'un marteau-perforateur conforme à l'invention, principalement en coupe mais avec certaines parties non représentées en coupe, et la figure montrant certaines des parties mobiles dans deux positions; la Figure 2 représente une partie de la figure 1, mais avec une construction différente de l'élément d'amortissement et de l'élément de verrouillage; la Figure 3 représente un agencement semblable à la figure 2, mais avec une construction différente du pilon. Le marteau-perforateur représenté sur la figure 1 correspond dans sa structure générale au marteau-perforateur décrit et représenté dans la demande de brevet allemand 20 P 32 24 050 3 publiée le 29 Décembre 1983. Sur la Figure 1, le marteau-perforateur comporte un carter 1 se composant de deux coquilles en matière plastique, ce carter portant un mandrin 3 à son extrémité avant pour recevoir l'outil de forage 2 partiellement représenté. 25 Un ventilateur 7 est monté sur l'arbre d'induit du moteur électrique ( non représenté), l'arbre d'induit étant supporté à rotation à son extrémité avant dans un palier maintenu dans un bottier d'aluminium 4 positionné à l'intérieur du carter 1 L'extrémité avant de l'arbre d'induit forme un 30 pignon, qui est masqué sur la figure 1, et qui est en rp prise avec un engrenage 13 porté par un arbre intermédiaire 10 Les extrémités de l'arbre intermédiaire 10 sont montées à rotation dans des paliers 11 et 24 Le palier 11 est monté dans le bottier 4 tandis que le palier 24 est une pièce en t 8 le métallique 5 insérée dans le bottier 1 Un ressort plat 12 est placé entre l'engrenage 13 et le palier 11 L'engrenage 13 peut être déplacé axialement d'un degré limité sur l'arbre 10 dans la direction du palier il mais il est empêché de tourner par rapport à l'arbre 10 Ce déplacement de l'engrenage 13 comprime le ressort 12. Un tambour 14, 14 ', qui comporte une rainure périphérique 15, est monté à rotation sur l'arbre intermé5 diaire 10 de façon à tourner par rapport à celui-ci La rainure périphérique 15 a la forme d'un cercle placé en oblique et elle produit le mouvement alternatif, qui sera décrit dans la suite, du piston du mécanisme de percussion. A l'extrémité opposée à l'engrenage 13, le tambour 14, 14 ' 10 comporte des dents d'embrayage axial en forme de taquets qui entrent en prise avec des dents d'embrayage axial de forme correspondante qui sont placées sur un manchon 16 fixé sur l'arbre intermédiaire 10 et pouvant tourner avec lui Un ressort 18 pousse une partie avant du manchon 16 et est comprimé entre une rondelle 19 et une collerette arrière du manchon 16 pour faire entrer en prise les dents d'embrayage. Le manchon 16 peut être déplacé, au moyen d'un agencement non représenté, à partir du c 8 té extérieur du carter 1 de manière que les dents du manchon 16 soient désaccouplées des dents du tambour 14, 14 ', c'est-àdire que le manchon 16 peut être déplacé vers la gauche, en considérant la Figure 1, en opposition à la pression du ressort 18 Dans cette dernière position, le mouvement de rotation de l'arbre intermédiaire 10 n'est plus transmis du manchon 16 au tambour 14, 25 14 ' et l'entraînement du mécanisme de percussion est par conséquent interrompu. Un engrenage 37 est placé sur l'arbre intermédiaire 10 entre la rondelle 19 et le palier de butée axiale 23 Cet engrenage 37 est en prise avec un engrenage 38 fixé 30 sur une broche de mandrin 39 et il assure ainsi la rotation de cette dernière pour faire tourner l'outil de forage 2. La broche de mandrin 39 'est supportée à son extrémité intérieure par un palier axial 40 et elle est montée à rotation sur un tube de guidage 25 L'engrenage 38, pour pouvoir absorber des chocs, est mobile axialement d'un degré limité en opposition à la flexion d'un ressort plat 41 maintenu par une bague d'arrêt 42 En outre l'engrenage 38 peut être tourné par rapport à la broche 39 lorsqu'un couple d'entraînement spécifié est dépassé de façon à former un embrayage de sécurité aux surcharges. Un piston tubulaire 26, dans lequel un pilon 27 est placé de façon à se déplacer alternativement, coulisse alternativement dans le tube de guidage 25 de manière à produire le mouvement de percussion de l'outil de perforation 2 En ce qui concerne le procédé d'actionnement d'un tel mécanisme de percussion, on-se référera au brevet des Etats Unis n 4 290 492, qui explique également la fonction 10 et la position d'un système de décharge qui est prévu dans le piston tubulaire 26 et le tube de guidage 25. Il est à noter que deux positions différentes de travail sont représentées au-dessus et en dessous de l'axe central du tube de guidage 25 sur la Figure 1 de manière à illustrer les différentes positions de travail du mécanisme de percussion Dans la position de travail représentée en dessous de l'axe, le piston tubulaire 26 est placé presque dans sa position de retrait complet tandis que le pilon 27 se trouve dans la position occupée pendant la marche à vide, c'est-à-dire lorsque l'outil de perforation 2 n'est pas monté ou bien lorsqu'aucune résistance n'est exercée sur 14 lextrémité avant de l'outil de perforation 2. Au-dessus de l'axe, le piston tubulaire 26 est représenté dans sa position limite avant, tandis que le pilon 27 se 25 trouve dans une position o il vient percuter l'extrémité arrière d'une pièce de percussion 29 disposée entre le pibn 27 et l'outil de perforation 2 Deux pattes 28 sont formées sur l'extrémité extérieure arrière du piston tubulaire 26 et ces pattes comportent des trous centraux pour recevoir un tourillon 30 Le tourillon 30 est supporté de façon à pouvoir tourner autour de son axe longitudinal et il comporte un-trou central dans lequel est engagée une extrémité d'un levier 31 Le levier 31 est monté de façon tournante par son extrémité inférieure 133 sur un pivot 134 35 faisant saillie du carter 1 ou du bottier 4 Entre les deux extrémités du levier 31 est fixé un autre tourillon qui pénètre dans la rainure 15 du tambour 14, 14 ' de façon que, lorsque la rainure 15 tourne, le levier 31 tourne autour du pivot 134; en conséquence l'extrémité supérieure du levier 31 est déplacée alternativement dans la direction de l'axe central du tube de guidage. Un conduit 45, qui est ouvert vers l'arrière et qui agit comme une source d'air de refroidissement, est placé dans la zone supérieure du bottier 4. Comme le montre la Figure 1, le pilon de percussion 27 peut être déplacé alternativement dans le piston tubulaire 26 et son étanchéité par rapport à la paroi 10 intérieure de ce dernier est assurée au moyen d'une bague torique 36 Un prolongement prévu à l'extrémité avant du pilon 27 se compose d'une partie de profil tronconique 33 de l'avant de laquelle fait saillie une courte partie cylindrique 34 Une gorge périphérique 35 est placée entre 15 les deux parties 33 et 34. Un épaulement intérieur annulaire 60, dirigé vers l'arrière, est formé dans la broche 39 et une plaque métallique annulaire 51 vient buter contre cet épaulement 60. A la suite de cette plaque annulaire 51, il est prévu un 20 élément d'amortissement et de verrouillage 50 formé d'un matériau élastique, de préférence une pièce de profil annulaire se composant de caoutchouc L'élément 50 est retenu d'un côté par la plaque-annulaire 51 et de l'autre côté par une rondelle 52, cette dernière étant retenue par une agrafe 25 53 engagée dans une rainure intérieure de la broche 39. L'élément 50 a la forme de deux anneaux concentriques, placés l'un dans l'autre et reliés solidairement entre eux au moyen d'un voile intermédiaire L'anneau radialement extérieur a une plus grande section droite ( dans des plans 30 radiaux passant par son axe central, c'est-àdire l'axe de rotation de la broche 39) que l'anneau placé radialement à l'intérieur Il en résulte que l'anneau extérieur est comprimé entre la plaque annulaire 51 et la rondelle 52. L'élément 50 est positionné dans la broche 39 de manière que, 35 en marche normale ( comme indiqué à la partie supérieure de la figure 1), il soit placé en avant de la gorge 35 du pilon 27 En d'autres termes, l'élément de percussion 29 est positionné suffisamment loin en arrière, lorsque l'outil de perforation 2 est enfoncé, pour que la gorge 35 du pilon 27 soit empêchée de se déplacer jusque dans la zone occupée par l'élément 50 Egalement dans cette position, une zone extrême arrière chanfreinée 62 de l'élément de percussion 29 entre en contact avec la plaque annulaire 51; des chocs de rebondissement exercés par l'élément de percussion 29 sont transmis à la plaque annulaire 51, et par cette dernière à l'élément élastique 50, de sorte que l'anneau extérieur de l'élément 50 est comprimé et amortit ces chocs 10 ou percussions. Pendant la marche à vide, c'est-à-dire lorsqu'aucun outil de perforation 2 n'est monté dans le mandrin 3 ou bien lorsque l'outil de perforation 2 n'est pas poussé dans la broche par contact avec une surface à travailler, l'élément de percussion 29 est déplacé vers l'avant en étant sollicité par le pilon 27 ( se référer à la partie inférieure du schéma central de la figure 1) Le pilon 27 peut par conséquent se déplacer suffisamment loin vers l'avant pour que l'anneau intérieur de l'élément élastique 50 vienne s'engager dans la gorge 35 Par ce moyen, le pilon 27 est maintenu "immobilisé" dans cette position avancée et d'autres mouvements d'entraînement du piston tubulaire 26 ne produisent aucun mouvement alternatif du pilon 27, c'est-à-dire que le pilon est verrouillé. En conséquence on se rend compte que l'anneau extérieur de l'élément 50 agit de manière à amortir le retour de l'élément de percussion et il peut également agir de manière à amortir le mouvement d'avancement du pilon, tandis que l'anneau intérieur de l'élément 50 fonctionne comme 30 un verrou pour le pilon pendant la marche-à vide Bien que ces deux anneaux remplissent des fonctions séparées, on se rend compte qu'il se produit un certain degré d'interaction entre eux. La partie représentée sur la Figure 2 correspond 35 à la zone correspondante du marteau-perforateur représenté sur la Figure 1 et les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références numériques auxquelles on a ajouté le signe "prime"'. L'agencement de la Figure 2 diffère de celui de la Figure 1 par le fait que la structure élastique disposée entre la plaque annulaire 51 ' et la rondelle 52 ' se compose de deux bagues toriques distinctes 50 a, 50 b en caoutchouc, 5 parmi lesquelles la bague torique extérieure 50 b a un plus grand diamètre de section ( c'est-à-dire constitue une bague plus épaisse) et est comprimée entre la plaque annulaire 51 ' et la rondelle 52 Cette bague torique extérieure 50 b agit de façon à amortir les rebondissements de l'élément de 10 percussion 29 '. Lorsque le marteau-perforateur se trouve dans une condition de marche à vide, la bague torique intérieure a vient s'engager dans la gorge 35 ' du pilon 27 ' et elle maintient ainsi le pilon 27 ' verrouillé dans cette position. 15 La disposition représentée sur la Figure 3 correspond essentiellement à la disposition de la Figure 2 et les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références numériques que sur la Figure 2. Le pilon de percussion 27 ' représenté sur la 20 Figure 3 comporte une surface annulaire 54 dirigée vers l'avant et orientée perpendiculairement à l'axe longitudinal du pilon, la surface 54 étant placée à la jonction entre le corps principal du pilon 27 ' et son prolongement vers l'avant de section réduite La gorge 35 ' destinée à recevoir la bague torique 50 a se prolonge vers l'intérieur directement à partir de cette surface annulaire 54 Si le pilon 27 ' se déplace vers l'avant pendant la marche à vide, sa surface annulaire 54 vient percuter la rondelle 52 ' et le choc est absorbé et amorti principalement par la bague torique 50 b plus épaisse Dans ce processus, la bague torique intérieure 50 a plus mince est également déformée élastiquement Cette déformation de la bague torique 50 a renforce son engagement de verrouillage dans la gorge 35 '. Les deux bagues toriques séparées 50 a, 50 b sont 35 de préférence formées du même matériau élastique, mais elles pourraient être constituées de matériaux élastiques différents, par exemple de caoutchouc et de matière plastique. Les bagues toriques ont de préférence une section pleine. Il est à noter que, bien que dans les modes préférés de réalisation décrits ci-dessus la broche creuse soit entraînée en rotation pour faire tourner l'outil de perforation avec ou sans percussion, l'invention est applicable à un marteau-perforateur comportant une broche creuse non tournante et capable seulement d'exercer une action de percussion Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation cidessus décrits et représentés, 10 à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS i Marteau-perforateur, caractérisé en ce qu'il comprend: un mécanisme de percussion à coussin d'air comportant un pilon ( 27) du type piston pourvu d'un prolon5 gement axial dirigé vers un support ( 3) d'outil de perforation ( 2); le pilon étant entraîné suivant un mouvement alternatif par l'intermédiaire d'un coussin d'air et entrainant à son tour un élément de percussion ( 29) pour l'appliquer contre l'extrémité arrière d'un outil de perfo10 ration ( 2) lorsqu'il est inséré dans le porte- outil ( 3) une broche creuse ( 39) reliée au porte-outil ( 3) et dans laquelle ledit élément de percussion ( 29) est monté; un corps élastique annulaire ( 50; 50 a) logé à l'intérieur de la broche creuse pour verrouiller le pilon ( 27) dans une 15 position de marche à vide par engagement dans une gorge ( 35) ménagée dans le prolongement du pilon ( 27); un élément annulaire élastique d'amortissement ( 50; 50 b) placé à l'intérieur de la broche pour amortir des rebondissements axiaux de l'élément de percussion ( 29); un c 8 té de l'élé20 ment d'amortissement qui est dirigé vers le porte-outil ( 3) étant en contact avec une première zone de positionnement ( 51) qui est déplaçable axialement dans une direction opposée au porte-outil ( 3); le corps annulaire ( 50; 50 a) et l'élément d'amortissement ( 50; 50 b) étant placés dans un 25 plan commun perpendiculaire à l'axe longitudinal de la broche ( 39), le corps annulaire étant placé radialement plus loin vers l'intérieur en direction de l'axe que l'élément d'amortissement; et le corps annulaire ( 50; 50 a) et l'élément d'amortissement ( 50; 50 b) étant tous deux emp&30 chés de se déplacer axialement par et entre ladite première zone de positionnement ( 51) et une seconde zone de positionnement ( 52). 2 Marteau-perforateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension axiale de l'élément d'amortissement ( 50; 50 b) est plus grande que la dimension axiale du corps annulaire ( 50, 50 a), et l'élément d'amortissement est comprimé entre lesdites zones de positionnement ( 51, 52) de manière à produire une précontrainte entre elles. 3 Marteau-perforateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément d'amortissement et le corps annulaire comprennent chacun une bague torique ( 50 a, 50 b). 4 Marteau-perforateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément d'amortissement et le corps annulaire forment une seule et même pièce ( 50). Marteau-perforateur selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite seconde zone de positionnement comprend une rondelle 152) maintenue par une agrafe ( 53). 6 Marteau-perforateur selon une quelconque des revendications 1 à 5, aractérisé en ce que la transition 15 entre le prolongement et le corps principal du pilon ( 27) comprend une surface annulaire placée perpendiculairement à l'axe longitudinal du pilon ( 27) et en ce que la gorge ( 35) est placée au voisinage immédiat de ladite surface annulaire. 7 Marteau-perforateur selon une quelconque des revendications 1 à 6,caractérisé en ce que ladite première zone de positionnement comprend une plaque annulaire ( 51) en butée contre un épaulement interne annulaire ( 60) de ladite broche creuse ( 39). 8 Marteau-perforateur selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément de battement ( 29) comporte une partie s'étendant vers l'arrière, de diamètre réduit, qui est reliée à une partie avant de l'élément de battement ( 29) par une zone chanfreinée. 9 Marteau-perforateur selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit corps élastique annulaire est une première bague torique ( 50 a) en caoutchouc de section pleine et en ce que ledit élément d'amortissement est une seconde bague torique ( 50 b) en 35 caoutchouc de section pleine, la seconde bague torique entourant la première bague torique et ayant une plus grande section pleine.