Brevet FR2552695A1 — publié le 19850405

La présente invention concerne les machines à percussion et a notamment pour objet une machine pneumatique portative à percussion protégée contre les vibrations. L'invention s'applique notamment et d'une manière particulièrement avantageuse aux fouloirs ou dameuses employés dans les constructions mécaniques en particulier dans la fonderie pour le compactage ou serrage des sables de fonderie utilisés pour la fabrication de moules et de noyaux de différents emplois. L'invention peut trouver application également dans le génie civil pour le tassement du sol, ainsi que dans d'autres branches de l'industrie o on a besoin de compacter ou comprimer des matériaux pulvérulents à l'aide de machines à main. On sait que les machines pneumatiques portatives à percussion sont hautement efficaces et sont souvent le seul moyen pour mécaniser les travaux manuels On connaît aussi leur inconvénient spécifique, qui réside dans les vibrations notables dont l'action sur les opérateurs réduit la productivité du travail et provoque des maladies professionnelles. On connaît des solutions visant à réduire la vibration des machines pneumatiques portatives à percussion, parmi lesquelles la solution la plus avancée consiste en une machine pneumatique portative à percussion protégée contre les vibrations (cf brevet Etats-Unis d'Amérique n 3 223 181, c 1.173-16 datée du 27 mars 1962), composée d'un boîtier, d'un corps logé dans ledit boîtier de façon à pouvoir effectuer un mouvement axial limité, d'un piston disposé 30 dans ledit corps de la même manière, d'un dispositif distributeur d'air destiné à mettre, à l'aide d'air comprimé, ledit corps et ledit piston en mouvement de va-et-vient, et à faire porter par ce dernier les coups utiles. La vibration du bottier, avec lequel est directement en contact l'opérateur, est réduite ici notablement du fait que ce bottier ne subit qu'une force de frottement de valeur et de sens variables résultant des mouvements précités du corps dans le boîtier Pour diminuer davantage la vibration, il est avantageux de compenser ladite force. La particularité de cette solution, surtout lorsqu'on l'applique aux dameuses pneumatiques, réside en ce que le boîtier auquel sont reliées les pièces de la machine doit 10 être maintenu par l'opérateur manuellement, ce qui exige de celuici de grands efforts qui entraînent sa fatigue rapide et un abaissement de la productivité du travail. De plus, la force de pesanteur du boiteir ne participe pas à la création des coups utiles, ce qui abaisse également 15 la puissance de la machine pour une même masse de celle-ci. On connaît aussi une machine pneumatique portative à percussion, protégée contre les vibrations (cf brevet RFA n 892580, cl 87 b 211 du 7 décembre 1951), constituéed'un boîtier pourvu d'organes de commande, d'un corps logé dans 20 ledit boîtier de manière à effectuer un mouvement axial limité, d'un piston disposé dans ledit corps de la même manière que cidessus, d'un dispositif distributeur d'air servant à mettre, à l'aide d'air comprimé, ledit corps et ledit piston en mouvement de va-et-vient et à faire porter par ce dernier 25 les coups utiles,et d'un dispositif destiné à créer une force de poussée ou d'entretoisement entre le boîtier et le corps et à compenser la force de pesanteur du boîtier en la transformant ainsi en travail de coups utiles, et réalisé sous forme d'une cavité disposée à l'intérieur du corps ou 30 du boîtier et mise en communication constante avec une source d'air comprimé, et d'un tube de section calibrée, monté dans le boîtier ou dans ledit corps et débouchant dans ladite cavité. Toutefois, dans ce cas, en plus de la source de vibra35 tionsrésultant du frottement du corps contre le boîtier, il apparaît encore une source de vibrations qui résulte des fluctuations de la valeur de la force d'entretoisement, dues à la consommation irrégulière d'air comprimé fourni par la source d'air comprimé par l'intermédiaire du dis5 positif distributeur d'air, et aux variations du volume de la cavité mentionnée pendant le fonctionnement de la machine. Les cotes d'encombrement axiales et radiales de cette machine sont importantes, ce qui pose de grands problèmes lors de sa réalisation pratiquetsurtout dans le cas des 10 machines de faible encombrement. On connaît une solution permettant de diminuer les fluctuations de la force d'entretoisement résultant des variations du volume de la cavité mentionnée et à réduire les cotes d'encombrement radiales Il s'agit d'une machine 15 pneumatique portative à percussion protégée contre les vibrations (brevet Etats-Unis d'Amérique n 3 892 280, cl. 173/162 du 30 octobre 1973), qui est constituée par un boîtier muni d'une poignée, un corps logé dans ledit boîtier avec possibilité d'y effectuer un mouvement axial limité, 20 un piston logé dans ledit corps de la même manière que celle décrite ci-dessus, un dispositif distributeur d'air destiné à mettre, à l'aide d'air comprimé, ledit corps et ledit piston en mouvement de va-et-vient et à faire porter par ce dernier les coups utiles, un dispositif créant une 25 force d'entretoisement entre ledit boîtier et ledit corps et exécuté sous forme d'une cavité disposée à l'intérieur dudit corps ou dudit boîtier et mise en communication constante avec une source d'air comprimé, et d'un tube de section calibrée, et un dispositif pour la compensation du 30 volume de ladite cavité, exécuté sous forme d'un piston auxiliaire lié au piston cité en premier ou piston principal. Cependant, même dans cette construction, le boîtier vibre sous l'effet du frottement du corps et des oscillations résiduaires de la force d'entretoisement par suite de la consommation irrégulière d'air comprimé par le dispositif distributeur d'air. De plus, les cotes d'encombrement axiales de cette machine sont notables. On s'est donc proposé de mettre au point une machine pneumatique portative à percussion, dans laquelle la vibration du boîtier serait réduite à un minimum au moyen d'une compensation des forces de frottement entre le boîtier et 10 le corps, et qui aurait en outre des cotes axiales et radiales réduites. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'une machine pneumatique portative à percussion comportant un boîtier, un corps creux monté dans ledit boîtier avec possi15 bilité de mouvement axial, un piston mobile dans la cavité dudit corps, et des moyens de distribution et d'amenée du fluide sous pression dans le creux dudit corps pour la mise dudit piston et dudit corps en mouvement de va-et-vient, sensiblement en opposition de phase l'un par rapport à l'autre, et pour l'application des coups utiles par le piston, ces moyens comprenant un tube de section calibrée fixé dans le boîtier et adapté pour supporterune pression constante de fluide pour la compensation du poids du boîtier, caractérisé, selon l'invention, en ce que le boîtier est muni d'un 25 moyen de liaison par l'intermédiaire duquel ledit boîtier et ledit piston sont liés entre eux de manière mobile l'un par rapport à l'autre, ledit moyen de liaison et le piston coopérant entre eux par friction. La liaison du boîtier et du piston assurant leur coopé30 ration par friction permet d'appliquer au boîtier encore une force de frottement de valeur et de sens variables Cette force est dirigée sensiblement en opposition de phase par rapport à la force de frottement de valeur et de sens variables existant auparavant entre le boîtier et le corps. Ainsi, on obtient une compensation mutuelle de ces forces et, par conséquent, une réduction de la vibration du boîtier. Il est avantageux de ménager une cavité dans le piston et de réaliser le moyen de liaison sous forme d'un tube allongé de section calibrée engagé d'une manière étanche dans la cavité du piston. Ce mode de réalisation permet de résoudre le problème exposé plus haut de la façon la plus simple, c'est-à-dire de simplifier sensiblement la conception de la machine en modi10 fiant les éléments constitutifs existant déjà. Il est avantageux que, dans une machine dont le piston est muni d'une tige passant à travers le corps de la machine et portant à son extrémité un sabot destiné à compacter les matériaux pulvérulents, ladite tige soit réalisée creuse, 15 que la cavité du piston soit reliée à la cavité de la tige et que le tube de section calibrée soit réalisé de façon à passer à travers la cavité du piston et à s'engager par son extrémité dans la cavité de la tige. Ceci permet de réduire sensiblement la cote axiale de 20 la machine. Grâce à l'invention, on a donc créé une machine pneumatique portative à percussion dont les vibrations sont minimales et qui est de conception plus simple, d'encombrement minimal et de puissance maximale. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références au dessin unique 30 annexé dans lequel: la figure 1 représente une machine pneumatique portative à percussion exécutée conformément à l'invention (en coupe longitudinale et avec arrachement partiel); la figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant III-III de la figure 1. Ci-après l'invention sera expliquée par la description détaillée d'un exemple d'application concret, à savoir d'une dameuse portative pneumatique protégée contre les vibrations, étant bien entendu que cet exemple d'application ne doit aucunement être considéré comme limitant le champ d'application et la portée de l'invention. La machine pneumatique portative à percussion protégée 10 contre les vibrationsjreprésentée sur la figure 1, se présente donc, dans le cas considéré sous forme d'une dameuse constituéepar les organes suivants: un boîtier 1, un corps 2 et un piston 3. Le boîtier 1 comporte une poignée 4 avec un dispositif 15 de mise en action qui peut être d'un type connu quelconque et n'est pas représenté sur les dessins), et une partie cylindrique 5 vissée dans ladite poignée et sur laquelle est vissée à son tour une calotte 6 Un élément élastique 7, par exemple en caoutchouc, est monté entre la partie cylindrique 20 5 et la calotte 6. A l'intérieur du boîtier 1 est monté ledit corps 2 de manière qu'il puisse effectuer un mouvement longitudinal limité Lesdits boitier et corps coopèrent l'un avec l'autre par leurs surfaces 8 et 9, respectivement Le corps 1 est composé d'un cylindre creux 10 dans la partie supérieure duquel est engagée à la presse une douille 11, une douille 12 pourvue d'une garniture d'étanchéité étant fixée dans la partie inférieure dudit cylindre. A l'intérieur du corps 2 est aussi monté un piston 3 30 pouvant effectuer un mouvement axial limité Le piston 3 comporte une tige 13 ayant une cavité intérieure 14 A l'extrémité de la tige 13 est fixé un embout formant sabot Un fourreau 16 est monté sur la partie supérieure du piston 3 Dans cette même partie du piston 3, est pratiquée une rainure transversale 17 débouchant dans la cavité 14 et dans laquelle est montée mobile une soupape 18 (figures 1,2) Des rainures longitudinales pratiquées sur la surface extérieure de la partie supérieure du piston 3 (figure 1) passent à travers la rainure 17 et forment avec le fourreau 16 des canaux 19 et 20 Les canaux 19 sont mis en communication avec une cavité 21 de course aller formée dans le corps 2 par le piston 3 et délimitée à l'intérieur du cylindre 10 par la douille 11 et par le piston 3 Les canaux 20 communiquent 10 avec la cavité 22 de course retour formée à l'intérieur du cylindre 10 entre le piston 3 et la douille 12 pourvue d'une garniture d'étanchéité Dans la position représentée sur les figures, ces canaux sont obturés par la soupape 18 La rainure 17, la soupape 18 et les canaux 19, 20 forment en15 semble un dispositif distributeur d'air Pour l'évacuation de l'air usé des cavités 21 et 22, le cylindre 10 comporte des orifices 23 débouchant dans ses rainures 24 (figures 1, 3) qui communiquent avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un espace annulaire 25 (figure 1) formé entre le cylindre 20 10, la douille 12, la partie cylindrique 5, l'élément élastique 7 et la calotte 6. Entre la poignée 4 et la partie cylindrique 5 est fixé à l'aide d'un chapeau 26 un tube 27 de section calibrée comportant un canal longitudinal débouchant 28 communiquant avec le canal 29 et, à travers le dispositif de mise en marche, avec une source d'air comprimé (non représentée sur les figures) Le tube 27 est étanchéifié à l'aide de son épaulement et d'un anneau élastique 30 Le tube 27 passe à travers la douille 11 et s'engage dans le piston 3 et est 30 étanchéifié suivant sa surface extérieure 31 par les surfaces 32 et 33 de la douille 11 et du piston 3, respectivement. L'essentiel de l'invention réside en ce que le boîtier 1 est muni d'un moyen de liaison à l'aide duquel ledit boîtier et le piston 3 sont liés entre eux de manière mobile l'un par rapport à l'autre Ce moyen de liaison est formé par un tube 27 fixé dans le boîtier 1 et engagé d'une manière étanche dans le piston 3 Le piston 3 et le tube 27 coopèrent l'un avec l'autre par friction. L'enceinte 34 formée entre le boîtier 1 et le corps 2 à leur partie supérieure communique constamment avec l'atmosphère par des orifices 35 pratiqués dans le chapeau 26 et par des orifices 36 ménagés dans la poignée 4. Le déplacement du corps 2 dans le boîtier 1 est limité 10 en haut par le chapeau 26 et par une butée élastique 37 (par exemple en caoutchouc), et en bas, par son épaulement 38 et par la butée élastique 7 du boîtier 1 Le déplacement du piston 3 dans le corps 2 est limité par les douilles 11 et 12. La machine portative pneumatique à percussion représentée sur la figure 1 fonctionne de la manière suivante. Dans la position représentée sur la figure 1 et considérée pour les besoins de la description comme la position de départ, la cavité 22 de course retour est reliée 20 par l'intermédiaire des orifices d'échappement 23, des rainures 24 et de l'espace annulaire 25 à l'atmosphère. Les canaux 20 du piston 3, destinés à mettre en communication cette cavité avec la source d'air comprimé par l'intermédiaire de la rainure 17, de la cavité 14, du canal 28 25 du tube 27, du canal 29 de la poignée 4 et du dispositif de mise en marche, sont obturés par la soupape 18 Par rapport au corps 2, le piston 3 se trouve en position extrême supérieure, ce qui correspond au début de la course aller de la machine La cavité 21 de course aller est reliée 30 à la source d'air comprimé par les canaux 19, la rainure 17, la cavité 14 du piston 3, le canal 28 du tube 27, le canal 29 de la poignée 4 et le dispositif de mise en marche. Par rapport au boîtier 1, le corps 2 occupe une certaine position intermédiaire dans laquelle la butée élastique 37 n'est pas en contact avec le chapeau 26, et l'épaulement 38 du corps 2, avec la butée élastique 7. Quand le dispositif de mise en marche est enclenché, l'air comprimé en provenance de la source d'air comprimé 5 passe par le canal 29 de la poignée 4 et par le canal 28 du tube 27 et arrive dans la cavité 14 du piston 3 Pendant le fonctionnement, la cavité 14 se trouve sous une pression d'air comprimé approximativement égale à la pression régnant dans ladite source Dans ces conditions, une force orientée 10 vers le haut et pratiquement constante est appliquée au boltier 1, la valeur de cette force étant égale au produit de la pression d'air comprimé dans la cavité 14 par l'aire de section transversale du tube 27 de section calibrée (y compris l'aire de section transversale du canal 28 de ce 15 dernier) Cette valeur est choisie quelque peu supérieure au poids du boîtier 1 pour assurer un travail aisé Ladite valeur est obtenue par un choix approprié de la valeur de la section transversale du tube 27, car la pression d'air comprimé est déterminée par le type concret de source d'air 20 comprimé utilisé, et, de ce fait, a une valeur sensiblement constante. Une même force, mais de sens opposé, est appliquée au piston 3 La création de cette force permet, en premier lieu, de contre-balancer le poids du boîtier 1 et des pièces 25 qui lui sont reliées, ce qui assure un fonctionnement aisé, et en deuxième lieu, d'utiliser;grâce à cette force, le poids du boîtier pour obtenir les coups utiles et d'élever ainsi la puissance de l'ensemble de la machine. De la cavité 14, l'air comprimé arrive par la rainure 30 17 et les canaux 19 dans la cavité 21 de course aller Sous l'action de la pression d'air comprimé s'exerçant du côté de la cavité 21 de course aller, le corps 2 et le piston 3 commencent à se déplacer vers le haut et vers le bas, le mouvement de ce dernier étant favorisé par la force appliquée à celui-ci du côté de la cavité 14. Pendant que le corps 2 et le piston 3 se déplacent conjointement, le fourreau 16 masque les orifices d'échappement 23 et l'air renfermé dans la cavité 22 commence à 5 être comprimé Le corps 2 et le piston 3 continuant de se déplacer, les orifices d'échappement 23 s'ouvrent et mettent la cavité 21 en communication avec l'atmosphère à travers les rainures 24 et l'espace 25 L'air commence à s'échapper de la cavité 21 à l'atmosphère et la pression d'air dans celle-ci 10 décroit jusqu'à une valeur pratiquement égale à la pression atmosphérique Le corps 2 et le piston 3 continuent leur mouvement l'un vers l'autre et la pression dans la cavité 22 croit Sous l'action de la pression supérieure agissant sur elle d'en bas, la soupape 18 se déplace vers sa position 15 supérieure en fermant ainsi les canaux 19, et met en communication les canaux 20 et, par conséquent, la cavité 22 avec la source d'air comprimé à travers la rainure 17 En surmontant la contre-pression exercée d'en bas, le piston 3 vient frapper par son embout de travail (sabot) 15 le matériau à 20 compacter (non représenté), en effectuant ainsi le travail utile recherché Ensuite, le piston 3 sollicité par la pression dans la cavité 22 surmonte la pression régnant dans la cavité 14 et commence à se déplacer vers le haut Approximativement à ce moment, le corps 2 se trouve freiné et 25 commence à redescendre. Pendant le mouvement du corps 2 vers le bas et du piston vers le haut, les orifices d'échappement 23 se trouvent masqués et la compression de l'air isolé dans la cavité 21 de course aller commence Le corps 2 et le piston 3 conti30 nuant de se déplacer, les orifices 23 s'ouvrent et l'air usé commence à s'échapper de la cavité 22 de course retour Sous l'action de la pression plus forte agissant d'en haut, la soupape 18 se déplace vers sa position inférieure et relie la cavité 21 à la source d'air comprimé à travers les canaux 1 1 19, la rainure 17, la cavité 14, les canaux 28, 29 Sous l'action de la pression accrue régnant dans la cavité 21, le corps 2 et le piston 3 se trouvent freinés et commencent à se déplacer dans le sens contraire, à savoir, le corps vers le haut et le piston vers le bas Ensuite, le cycle de fonctionnement de la machine recommence. Pendant un cycle de fonctionnement de la machine, le boîtier subit l'action des forces suivantes: a) Force de gravité du bottier 1 dirigée vers le bas 10 et de valeur constante; b) Force appliquée à ce boîtier par l'intermédiaire du tube 27 du côté de la cavité 14 et dirigée vers le haut. Comme la pression d'air comprimé est pratiquement constante dans la cavité 14, sa valeur est pratiquement constante. 15 Ces forces sont orientées l'une vers l'autre et se compensent pratiquement De ce fait, elles ne provoquent pratiquement pas de vibrations du bottier 1. c) Force de frottement dont la valeur et le sens sont variables et qui est engendrée par le mouvement de 20 va-et-vient de la surface du corps 2 suivant la surface intérieure 8 du bottier 1 et de la surface intérieure 32 du corps 2 suivant la surface extérieure 31 du tube 27. d) Force de frottement dont la valeur et le sens sont variables et qui est engendrée par le mouvement de va-et-vient 25 de la surface 33 du piston 3 suivant la surface 31 du tube 27. Par suite du mouvement sensiblement en opposition de phase du corps 2 et du piston 3,les sens de ces forces de frottement sont pratiquement en opposition de phase Leurs valeurs sont pratiquement égales, car l'effet l'effet résultant du fait que la surface de contact du corps 2 avec le bottier 1 est de beaucoup supérieure à la surface de contact entre le piston 3 et la tube 27 l est compensé par le fait que la vitesse de déplacement du piston 3 par rapport au boîtier 1 est sensiblement supérieure à la vitesse de dépla- cement du corps 2 par rapport au boîtier 1, étant donné la différence importante entre leurs masses. Pour ces raisons, lesdites forces de frottement se compensent pratiquement, ce qui contribue aussi à supprimer les vibrations du boîtier avec lequel sont en contact les mains de l'opérateur pendant son travail. L'absence de vibrations pouvant être transmises à l'opérateur élève la productivité du travail et contribue à la suppression des maladies professionnelles dues aux 10 vibrations. Pendant le fonctionnement de la machine, la présence de la cavité 34 n'influe aucunement sur ses paramètres, y compris sur les vibrations du boîtier 1, car cette cavité est mise en communication constante avec l'atmosphère à 15 travers les orifices 35, 36, et la pression dans cette cavité est pratiquement égale à la pression atmosphérique. En régime de fonctionnement établi, le corps 2, au cours de son mouvement de va-et-vient, oscille au voisinage d'un certain point médian,sans entrer en contact avec le 20 chapeau 26 par sa butée élastique 37, et avec la butée élastique 7, par son épaulement 38. En cas de collisions occasionnelles desdits éléments et d'apparition de vibrations du boîtier 1,-on peut les supprimer facilement en déplaçant ce dernier vers le haut 25 ou vers le bas. Il est avantageux d'appliquer la présente invention aux dameuses utilisées en fonderie pour le serrage des sables de fonderie, dans lesquelles le piston est relié en permanence au sabot par l'intermédiaire d'une tige Dans ce cas, la tige 30 est fabriquée creuse et un tube de section calibrée, lié au bo tierls'engage dans ladite tige Une telle conception de la machine permet non seulement de réduire les vibrations, mais aussi de diminuer sensiblement la longueur de la dameuse. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1 Machine pneumatique portative à percussion protégée contre les vibrations, du type comportant un bottier ( 1), un corps creux ( 2) logé dans le bottier ( 1) de manière qu'il puisse y effectuer un mouvement axial, un piston ( 3) monté mobile dans la cavité du corps ( 2), et des moyens de distribution de la pression et d'amenée de fluide sous pression dans la cavité du corps ( 2) pour le déplacement du piston ( 3) et du corps ( 2) en va-et-vient et sensiblement en opposition de phase l'un par rapport à l'autre et pour l'appli10 cation de coups utiles par le piston ( 3),lesdits moyens comprenant un tube ( 27) de section calibrée fixé dans le boîtier ( 1) et adapté pour supporter une pression de fluide constante pour la compensation du poids du bottier ( 1), caractérisée en ce que le bottier ( 1) est muni d'un moyen 15 de liaison par l'intermédiaire duquel ledit bottier et le piston ( 3) sont liés cinématiquement de manière à pouvoir se déplacer l'un par rapport à l'autre, ledit moyen de liaison et le piston ( 3) étant conçus de manière à pouvoir coopérer entre eux par friction. 2 Machine pneumatique portative à percussion selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston ( 3) comporte une cavité dans laquelle s'engage d'une manière étanche ledit moyen de liaison, celui-ci se présentant sous forme d'un tube allongé ( 27). 3 Machine pneumatique portative à percussion selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle le piston ( 3) est muni d'une tige ( 13) passant à travers le corps ( 2) et portant à son extrémité un sabot ( 15) pour la compression ou le serrage d'un matériau pulvérulent, caractérisée en ce 30 que la tige ( 13) est exécutée creuse, que la cavité du piston ( 3) est mise en communication avec la cavité ( 14) de la tige ( 13) et que le tube ( 27) de section calibrée est exécuté de manière à passer à travers la cavité du piston ( 3) et à s'engager par son extrémité dans la cavité ( 14) de la tige ( 13).