Brevet FR2702975A1 — publié le 19940930

MANDRIN PORTE-OUTIL POUR L'EQUIPEMENT D'UNE MACHINE TOURNANTE, TELLE QU'UNE PERCEUSE La présente invention a pour objet un mandrin porte-outil pour l'équipement d'une machine tournante, telle qu'une perceuse. Les mandrins sont le plus souvent utilisés pour réaliser la fixa- tion vis-à-vis d'un arbre moteur, soit d'une mèche de forage ou foret, soit un embout de tournevis Une première possibilité pour réaliser la fixation de la queue cylindrique d'un outil sur le mandrin consiste à équiper celui-ci d'un système à crémaillère, assurant à l'aide d'une clé le serrage des mors sur l'outil, avant utilisation de la machine La crémaillère assure l'entraîne- ment en rotation, par rapport au corps d'une chemise entourant celui-ci, sur la face intérieure de laquelle est fixé un écrou, dont le filetage interne coopère avec le filetage externe des mors Si cette solution donne satis- faction d'un point de vue pratique, elle présente l'inconvénient de néces- siter l'utilisation d'une clé qui est souvent égarée par l'utilisateur Cette utilisation d'une clé, est d'autant plus contraignante dans les perceuses dites sans fil, c'est-à-dire qui sont alimentées à partir de batteries faisant partie intégrante du corps de la machine, ce qui leur donne une mobilité très importante Ces machines ou perceuses sans fil sont généralement équipées de mandrins à clé pour la tenue des outils Ce type de mandrin permet l'utilisation dans les deux sens de rotation, et le passage d'une vis axiale pour le blocage du mandrin sur la broche de la perceuse lorsque le sens de rotation de l'arbre moteur tend à favoriser le desserrage du man- drin vis-à-vis de celui-ci Il existe des mandrins permettant un serrage satisfaisant de l'outil sans nécessiter la mise en oeuvre d'une clé. Une première solution connue consiste à ménager, à l'extrémité arrière de la chemise d'entraînement en rotation de l'écrou d'actionnement des mors, plusieurs dents, une bague montée concentriquement sur le corps étant maintenue axialement écartée de la chemise sous l'action d'un ressort comportant au moins une dent en vis-à-vis de la chemise Cette bague est montée libre en rotation autour du corps. En pratique, pour réaliser le serrage ou le desserrage de l'outil, il convient que l'utilisateur saisisse la bague et la déplace vers l'avant, pour que les dents de celle-ci viennent en prise avec les dents de la chemise, en même temps qu'il commande la mise en rotation du corps du mandrin, à partir de l'arbre-moteur, dans un sens ou dans l'autre Il se produit un mouvement relatif en rotation des dents antagonistes de la bague et de la chemise provoquant une série de chocs favorisant le serrage ou le desserrage des mors, selon le sens de rotation envisagé. Dans un autre mandrin connu, la chemise présente, à son extrémité avant, une partie en forme de collerette radiale de laquelle font saillie plusieurs crans tournés vers l'arrière Par ailleurs, sur l'écrou d'actionnement des mors est emmanché à force une bague comportant des crans tournés vers l'avant, et destinés à venir en prise avec les crans que comporte la chemise. Un ressort prenant appui sur le corps du mandrin maintient en prise les crans, respectivement, de la bague et de la chemise tant qu'un certain effort n'est pas atteint. En pratique, il suffit à l'utilisateur, pour réaliser le serrage ou le desserrage des mors d'assurer manuellement un blocage en rotation de la chemise et d'actionner l'arbre-moteur dans un sens ou dans l'autre Il en résulte une série de chocs exercés par les crans de la bague contre les crans de la chemise, favorisant le serrage ou le desserrage, selon les cas. Toutefois, ces deux mandrins connus possèdent une structure complexe qui conduit à un prix de revient élevé et à un encombrement très important. Une autre solution est fournie dans le document EP-A- 0 300 375 qui concerne un mandrin utilisant un pas très fin pour les mors, et une série de billes disposée entre l'écrou et le corps, cette dernière caractéristique, à savoir interposition de billes entre l'écrou et le corps, étant déjà connu dans les mandrins industriels Le mandrin, décrit dans ce document, présente l'inconvénient de ne pas posséder de parfaites carac- téristiques d'indesserrabilité, et d'être très fastidieux à manoeuvrer tant pour le serrage que pour le desserrage, compte tenu de la finesse du pas et, enfin, de nécessiter un grand diamètre extérieur du mandrin pour obtenir un bon serrage. Les mandrins auto-serrants comportant une butée à billes intérieure présentent l'inconvénient de ne pas pouvoir être utilisés en rotation à gauche, de ne pas permettre le passage d'une vis centrale pour le blocage du mandrin sur la broche de la machine, et de se desserrer lors de fortes vibrations durant les travaux de percussion. Les dispositifs, décrits précédemment, ne donnent toutefois pas satisfaction dans le cas de machines très performantes qui exigent un verrouillage mécanique qui empêche l'ouverture du mandrin durant les travaux de percussion notamment. Le but de l'invention est de fournir un mandrin porte-outil de conception simple, pouvant être réalisé avec des matériaux légers, notam- ment en intégrant un certain nombre de pièces en matière synthétique, qui possède un mécanisme de verrouillage en position de travail, ce méca- nisme étant d'une conception et d'une mise en oeuvre très simples. A cet effet, le mandrin qu'elle concerne, du type comprenant un corps fixé sur l'arbre moteur de la machine, dans lequel sont montés plusieurs mors coulissant dans des alésages et convergent vers l'avant, le corps étant solidaire, dans sa partie postérieure d'une bague d'immobilisa- tion, en avant de laquelle est montée pivotante sur le corps une chemise dont la paroi intérieure est solidaire d'un écrou en prise avec la partie exté- rieure filetée des mors, est caractérisé en ce que le corps est équipé, dans sa zone recouverte par la chemise, d'une denture périphérique, tandis que la chemise comporte un organe de verrouillage profilé qui, destiné à être engagé dans la denture du corps, en position serrée du mandrin, est actionné par une bague montée pivotante sur l'extrémité avant du corps du mandrin. Le mandrin étant actionné manuellement, par manoeuvre de la chemise, tant à l'ouverture qu'à la fermeture, il suffit, en fin de fermeture, d'actionner la bague pour réaliser le verrouillage et, préalablement à l'ouverture du mandrin, d'actionner la bague pour réaliser le déverrouillage. Selon une forme d'exécution, la denture ménagée sur le corps est une denture droite, tandis que l'organe de verrouillage est constitué par un ressort plat conformé de façon inclinée, par rapport à la perpendi- culaire aux dents lorsqu'aucune action n'est exercée sur lui. Avantageusement, le ressort plat fait saillie vers l'intérieur, dans une partie évidée que comporte la chemise, dans laquelle est dépla- çable une languette profilée solidaire de la bague, destinée, dans une position angulaire extrême, à prendre appui contre le ressort pour dégager celui-ci de la denture. Selon une autre caractéristique de l'invention, la chemise comporte, débouchant dans sa face tournée vers l'avant, plusieurs évide- ments centrés sur l'axe du mandrin, à l'intérieur de chacun desquels est engagé un doigt qui, solidaire de la bague, possède une longueur inférieure à celle de l'évidement correspondant, cette longueur étant considérée dans le sens de l'arc de cercle suivant lequel s'étend cet évidement. La différence de longueur entre chaque évidement de la chemise et le doigt correspondant de la bague détermine la course de rotation dont la bague est susceptible vis-à-vis de la chemise. Avantageusement, la chemise comporte, dans sa partie située en regard de la bague, une languette élastique dont l'extrémité libre est équipée d'une partie profilée, tandis que la bague comporte deux encoches qui, espacées l'une de l'autre d'une valeur égale à la course de rotation de la bague par rapport à la chemise, c'est-à-dire à la différence de longueur entre un évidement de la chemise et le doigt correspondant de la bague, sont destinées à recevoir la partie profilée dans les deux positions de fin de course de la bague. Cet agencement permet d'assurer le blocage élastique de la bague vis-à-vis de la chemise, dans ses deux positions d'extrémité. Suivant une possibilité, la bague comporte un prolongement tubulaire recouvrant la chemise sur une partie importante de sa longueur. Dans ce cas, le mandrin est actionné par manoeuvre directe de la bague au cours de la totalité du serrage et au cours de la totalité du desserrage de l'outil. Afin d'assurer le blocage axial de la chemise et de la bague sur le corps, le corps comprend, à proximité de son extrémité avant, une gorge annulaire délimitée, du côté de l'extrémité avant du corps, par une surface perpendiculaire à l'axe du mandrin, tandis que la bague comporte une collerette conique engagée dans la gorge du corps, en position montée du mandrin. Selon une variante d'exécution, le corps comprend, à proximité de son extrémité avant, une gorge annulaire délimitée, du côté de l'extré- mité avant du corps, par une surface perpendiculaire à l'axe du mandrin, tandis que la bague comporte, à son extrémité avant, une pluralité de lan- guettes élastiques destinées à être engagées dans la gorge du corps, en position montée du mandrin. De toute facon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représen- tant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de ce mandrin: Figure 1 est une vue en perspective d'un premier mandrin; Figure 2 en est une vue en coupe longitudinale: Figure 3 est une vue en perspective éclatée des principales pièces le constituant; Figure 4 est une vue en perspective, depuis l'intérieur, de la bague disposée à l'extrémité avant du mandrin; Figures 5 et 6 sont deux vues en coupe transversale de ce mandrin, selon la ligne V-V de figure 2, respectivement en position de verrouillage et en position de déverrouillage du mandrin; Figure 7 est une vue en perspective d'une variante d'exécution de la bague disposée à l'extrémité avant du mandrin; Figure 8 est une vue en coupe longitudinale, similaire à figure 2, d'une variante d'exécution de ce mandrin. Le mandrin, représenté au dessin comprend un corps 2 dans la paroi postérieure duquel débouche un trou taraudé 3 destiné à réaliser sa fixation sur l'arbre fileté d'une machine tournante, non représentée au dessin Dans sa partie postérieure, le corps 2 comporte une zone 4 présen- tant un moletage droit, destinée à réaliser le blocage en rotation de la bague d'immobilisation 5, réalisée en matière synthétique. Dans le corps 2 sont ménagés trois alésages 6 servant chacun au guidage d'un mors 7 Les alésages convergent vers l'avant, de telle sorte que le déplacement des mors vers l'avant se traduise par un rappro- chement de ceux-ci permettant le serrage d'un outil, non représenté au dessin. La partie extérieure des mors 7 comporte un filetage 8 coopé- rant avec un écrou taraudé 9 pour réaliser le déplacement des mors dans un sens ou dans l'autre suivant le sens d'entraînement en rotation de l'écrou 9 Cet écrou 9 est bloqué axialement par un circlips 10 L'écrou 9 comporte un moletage droit 12 permettant le montage de la chemise 13 en matière synthétique avec blocage en rotation de celle-ci A proximité de son extrémité avant, la chemise 13 est équipée d'un organe de verrouil- lage 14 constitué par un ressort plat destiné à coopérer avec une denture 15 ménagée sur le corps Cette denture 15 est une denture droite et le ressort 14 est incliné par rapport à la perpendiculaire aux dents 15. L'extrémité avant du corps 2 est également équipée d'une bague 16, avec interpénétration partielle de la bague et de la chemise, et recouvrement de la chemise par la bague sur une longueur relativement importante de la chemise et grâce à une partie 17 en forme de jupe que comporte la bague 16. La chemise 13 présente, faisant saillie du côté avant, une partie cylindrique 18 interrompue par trois évidements 19 disposés selon une répartition angulaire régulière La bague 16 présente, pour sa part, deux surfaces annulaires concentriques, à savoir une première surface annulaire 20 destinée à être située à l'intérieur de la partie tubulaire 18 de la chemise 13, et une partie annulaire 22 destinée à être située à l'extérieur de la partie annulaire 18 de la chemise Les parties annulaires 20 et 22 sont reliées par trois parties pleines 23 radiales, en forme de doigts, chacune de longueur inférieure à celle des évidements 19, la différence de longueur, considérée dans le sens périphérique, entre un évidement 19 et un doigt 23, correspondant à la course angulaire de la bague 16 vis-à-vis de la chemise 13. La partie annulaire intérieure 20 de la bague comporte une ouverture 24 permettant le passage du ressort plat 14 de la chemise 13. L'une des extrémités de cette ouverture 24 est délimitée par une languette destinée à venir prendre appui sur le ressort plat 14 pour le faire basculer de l'intérieur vers l'extérieur et le dégager de la denture 15. En outre, la chemise 13 présente, dans sa partie tubulaire 18 située en regard de la bague, une languette élastique 26 dont l'extrémité 27 est profilée, et est destinée à pénétrer dans l'une ou l'autre de deux encoches 28 ménagées dans la partie annulaire 22 de la bague dans les deux positions de fin de course de celle-ci. Enfin, le corps 2 comporte, à proximité de son extrémité avant, une gorge annulaire 29 délimitée, du côté de l'extrémité avant du corps, par une surface 30 sensiblement perpendiculaire à l'axe du mandrin La bague 16 présente, pour sa part, une collerette conique 32 engagée dans la gorge du corps, en position montée du mandrin, assurant ainsi le blocage en rotation de la bague et de la chemise qui lui est associée. Lorsque le ressort 14 est en position dégagée de la denture 15, comme montré à la figure 5, il est possible de réaliser le serrage ou le des- serrage de l'outil par pivotement de la chemise 13, et par suite de l'écrou 9 d'entraînement des mors 7 Au contraire, lorsque l'extrémité libre du ressort 14 est engagée dans la denture 15, comme montré à la figure 6, le pivotement de le chemise autour du corps est rendu impossible sous la seule action des vibrations résultant du fonctionnement de la machine et du travail de l'outil. En pratique, la mise en oeuvre du mandrin, représentée aux figures 1 à 7, est la suivante Les mors 7 étant en position écartée, et la bague 16, 17 se trouvant dans la position représentée à la figure 5, il est procédé à l'entraînement en rotation de cette bague 16, 17, qui entraîne la chemise 13 par l'intermédiaire de l'aspérité 27 engagée dans une encoche 28 de la bague Quand les mors sont en contact avec l'outil, la résistance de l'écrou 9 et de la chemise 13 augmente Il se produit alors une rotation de la bague 16, 17 par rapport à la chemise 13, dans la limite autorisée par la différence de longueur entre les évidements 19 et les doigts 23. Pendant cette rotation relative de la bague 16, 17 par rapport à la chemise 13, l'aspérité profilée 27 change d'encoche 28, et la languette 25 s'efface et libère le ressort 14, la bague 16, 17 poussant la chemise 13 par l'intermédiaire des trois doigts 23 Le serrage du mandrin est alors effectué. Pour réaliser le desserrage, l'opérateur procède de façon inverse, en tournant la bague 16 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre Il y a tout d'abord une rotation relative de la bague 16 par rapport à la chemise 13, mouvement au cours duquel l'aspérité 27 passe d'une encoche à l'autre, et la languette 25 vient prendre appui sur le ressort 14 pour l'écarter de la denture 15 En continuant son mouvement d'ouverture dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, l'opérateur entraîne la chemise 13 par l'intermédiaire des doigts 23 Le mandrin s'ouvre alors puisque la chemise 13 entraîne l'écrou 9 qui sollicite les mors en position d'ouverture. La figure 8 représente une variante d'exécution dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précé- demment Dans cette vue, il existe juste une interpénétration des faces en regard de la chemise 13 et de la bague 16 Il convient donc, pour réaliser l'entraînement en rotation de l'écrou 9 d'agir directement sur la chemise 13, la bague 16 n'étant actionnée qu'en fin de serrage ou en début de desserrage pour réaliser, respectivement, le verrouillage et le déverrouil- lage du mandrin. En outre, dans la forme d'exécution, représentée à la figure 7, la collerette conique 32 que comporte la bague 16 en vue de l'immobilisa- tion axiale de la chemise et de la bague, a été remplacée par une pluralité de languettes 33, régulièrement réparties autour de la bague, possédant des caractéristiques élastiques, permettant le montage irréversible de la bague sur le corps 2 du mandrin. Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante, en fournissant un mandrin de structure simple, disposant d'un dispositif mécanique de verrouillage en position d'utilisation, et qui est d'une mise en oeuvre très simple pour l'utilisateur. REVENDICATIONS 1 Mandrin porte-outil pour l'équipement d'une machine tour- nante, telle qu'une perceuse, du type comprenant un corps ( 2) fixé sur l'arbre moteur de la machine, dans lequel sont montés plusieurs mors ( 7) coulissant dans des alésages et convergent vers l'avant, le corps étant solidaire, dans sa partie postérieure, d'une bague d'immobilisation ( 5), en avant de laquelle est montée pivotante sur le corps une chemise ( 13) dont la paroi intérieure est solidaire d'un écrou ( 9) en prise avec la partie exté- rieure filetée des mors, caractérisé en ce que le corps ( 2) est équipé, dans sa zone recouverte par la chemise, d'une denture périphérique ( 15), tandis que la chemise comporte un organe de verrouillage profilé ( 14) qui, destiné à être engagé dans la denture ( 15) du corps en position serrée du mandrin, est actionné par une bague ( 16) montée pivotante sur l'extrémité avant du corps du mandrin. 2 Mandrin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la denture ( 15), ménagée sur le corps ( 2) est une denture droite, tandis que l'organe de verrouillage ( 14) est constitué par un ressort plat conformé de façon inclinée par rapport à la perpendiculaire aux dents lorsqu'aucune action n'est exercée sur lui. 3 Mandrin selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ressort plat ( 14) fait saillie vers l'intérieur, dans une partie évidée que comporte la chemise ( 13), dans laquelle est déplaçable une languette profilée ( 25) solidaire de la bague ( 16) destinée, dans une position angu- laire extrême, à prendre appui contre le ressort ( 14) pour dégager celui-ci de la denture. 4 Mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la chemise ( 13) comporte, débouchant dans sa face tournée vers l'avant, plusieurs évidements ( 19) centrés sur l'axe du mandrin, à l'intérieur de chacun desquels est engagé un doigt ( 23) qui, solidaire de la bague, possède une longueur inférieure à celle de l'évide- ment correspondant, cette longueur étant considérée dans le sens de l'arc de cercle suivant lequel s'étend cet évidement. Mandrin selon la revendication 4, caractérisé en ce que la chemise ( 13) comporte, dans sa partie située en regard de la bague, une languette élastique dont l'extrémité libre est équipée d'une partie profilée ( 27), tandis que la bague ( 16) comporte deux encoches ( 28) qui, espacées l'une de l'autre d'une valeur égale à la course de rotation de la bague ( 16) par rapport à la chemise ( 13), c'est-à-dire à la différence de longueur entre un évidement de la chemise et le doigt correspondant de la bague, sont destinées à recevoir la partie profilée ( 27) dans les deux positions de fin de course de la bague. 6 Mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la bague ( 16) est disposée en bout de la chemise ( 13) avec interpénétration de leurs extrémités en vis-à-vis. 7 Mandrin selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bague ( 16) comporte un prolongement tubulaire ( 17) recouvrant la chemise ( 13)sur une partie importante de la longueur. 8 Mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps ( 2) comprend, à proximité de son extrémité avant, une gorge annulaire ( 29) délimitée, du côté de l'extrémité avant du corps, par une surface ( 30) perpendiculaire à l'axe du mandrin, tandis que la bague ( 16) comporte une collerette conique ( 32) engagée dans la gorge ( 29) du corps, en position montée du mandrin. 9 Mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps ( 2) comprend, à proximité de son extrémité avant, une gorge annulaire ( 29) délimitée, du côté de l'extrémité avant du corps, par une surface ( 30) sensiblement perpendiculaire à l'axe du mandrin, tandis que la bague ( 16) comporte, à son extrémité avant, une pluralité de languettes élastiques ( 33) destinées à être engagées dans la gorge ( 29) du corps, en position montée du mandrin.