Brevet FR2723332A1 — publié le 19960209

La présente invention concerne un marteau pneumatique à vibrations amorties. Elle trouve application dans le domaine du matériel de travaux publics, du bâtiment et de l'industrie. Dans l'état de la technique, on connaît depuis longtemps des dispositifs dits marteaux pneumatiques, qui comportent une entrée d'air sous pression, fourni par un compresseur. Le marteau pneumatique comporte une chambre dans laquelle se déplace librement un piston qui vient, en fonction d'un cycle de fonctionnement, percuter la tête d'un outil, comme un pic ou tout autre outil, qui est porté par le marteau pneumatique. Un système de distribution du fluide sous pression assure un mouvement de va-et-vient au piston, et de ce fait, le pic peut être appliqué sur une paroi de béton ou sur de la pierre pour percer, découper, tailler, etc. Dans des systèmes du même genre, le marteau pneumatique est destiné à briser des matériaux au sol et le marteau pneumatique est alors d'un poids important. Dans les diverses applications connues du marteau pneumatique, on s'est aperçu que le niveau des vibrations reçues par l'ouvrier qui travaille avec le marteau pneumatique sont très importantes. On a d'abord travaillé pour réduire les nuisances acoustiques en dimensionnant les pièces, en utilisant des filtres mécaniques ou en développant des casques anti- bruit, de type actif ou passif. Mais, l'analyse des statistiques de santé a conduit à l'idée que le marteau pneumatique, du fait des vibrations de plus basses fréquences qu'il produit, pouvait présenter un risque pour la santé de son utilisateur, surtout quand il s'agit d'un professionnel qui travaille de longues heures avec un tel outil. Dans la pratique en effet, l'ouvrier maintient à deux mains l'outil dans la position de travail désirée et c'est la masse de l'ouvrier qui sert largement de masse d'inertie à l'outil en réaction à la percussion de l'outil sur la surface de travail. Le choc de l'outil sur le matériau et le choc du piston sur l'outil ou pic sont directements amortis par le corps de l'ouvrier lui- même. Un besoin se fait donc sentir pour amortir les harmoniques d'ordres élevés de ces chocs. On a déjà proposé des solutions à un tel problème, même si on ne l'a pas posé dans de tels termes. En particulier, on a déjà proposé une solution selon laquelle la poignée par laquelle le marteau pneumatique est porté par l'ouvrier est montée sur un amortisseur élastique. Dans une autre solution, on a aussi proposé de réaliser un filtrage actif des vibrations produites en disposant une masse libre qui, au moins à certaines fréquences de vibrations, entre en vibration en opposition de phase avec le marteau pneumatique porté par l'ouvrier. La masse vibrante en opposition de phase est en relation avec une partie mécaniquement couplée du marteau et de ce fait on aurait constaté une réduction de la quantité d'énergie vibratoire reçue par l'ouvrier. De telles solutions sont assez insatisfaisantes, particulièrement parce que le marteau est toujours porté à deux mains et les amortissements qui ont été proposés, ne sont efficace qu'au niveau de la poignée. Par ailleurs, les solutions de l'état de la technique connu exigent de recommencer le calcul de l'ensemble du marteau car ses caractéristiques de fonctionnement sont changées par l'introduction de l'amortissement des vibrations. La présente invention remédie à ces inconvénients de l'état de la technique. En effet, l'invention concerne un marteau pneumatique à vibrations amorties, du genre comportant une vanne d'accès d'air sous pression, et un système de distribution de l'air sous pression de sorte qu'un piston percute périodiquement la tête d'un outil porté sur le marteau. L'invention se caractérise en ce que le système de distribution de l'air sous pression comporte une boîte de distribution dont la face d'entrée de l'air sous pression provenant de la source est dotée d'une queue destiné à coulisser dans une cavité du marteau de sorte qu'un coussin de fluide sous pression soit constitué lors du retour de la boite de distribution après la frappe. Selon un aspect de l'invention, la boite de distribution est constituée en deux sièges supérieur et inférieur dans une chambre desquels une pastille est disposée pour réaliser la distribution de fluide sous pression, et en ce que l'accès du fluide sous pression est réalisé par un canal qui traverse la queue pratiquée sur ledit siège supérieur. Selon un aspect de l'invention, le marteau comporte un cylindre de travail sur lequel est fixée la boîte de distribution, et il comporte aussi un corps sur lequel est solidaire une poignée qui est montée sur le cylindre de manière mobile. Selon un aspect de l'invention, la zône du corps en regard de la queue de la boite de distribution est conformée en chambre d'amortissement pour recevoir de manière mobile la queue notamment équipée de moyens d'étanchéité. Selon un aspect de l'invention, le marteau comporte de plus un dispositif de retenue du corps sur le cylindre de travail. Selon un aspect de l'invention, le dispositif de retenue comporte une pluralité de rainures pratiquées sur le corps dans la zone de recouvrement du corps et du cylindre, une pluralité d'encoches pratiquées sur la face en regard du cylindre de travail dans lesquelles sont disposées des billes et un anneau de retenue des billes dans l'espace ainsi constitué. Selon un aspect de l'invention, le marteau comporte un dispositif de retenue d'outil. Selon un aspect de l'invention, le marteau comporte une jupe fixée à l'extrémité du corps et qui s'étend jusqu'à 1 'alésage de sortie du marteau de façon à permettre la préhension à deux mains de l'outil sans ressentir les vibrations. Le marteau peut aussi comporter deux logements des extrêmités du dispositif de retenue ainsi que deux encoches de logement des parties rectilignes du dispositif de retenue. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins qui sont - la figure 1 : une vue schématique en coupe d'un marteau pneumatique selon un mode particulier de réalisation - la figure 2 : une vue de droite d'une partie d'une boite de distribution selon l'invention ; - la figure 3 : une vue de face en coupe d'une partie d'une boite de distribution selon l'invention ; - la figure 4 : une vue de dessus en coupe d'une partie d'une boite de distribution selon l'invention - la figure 5 : une vue de droite d'une autre partie d'une boite de distribution selon l'invention ; - la figure 6 : une vue de dessus d'une autre partie d'une boîte de distribution selon l'invention ; - la figure 7 : un schéma d'un mode de réalisation d'un composant d'un marteau pneumatique ; - la figure 8 : deux vues d'une fraction d'un marteau pneumatique dans deux positions extrêmes - la figure 9 : une vue partielle d'une partie d'un marteau pneumatique selon un mode particulier de réalisation. A la figure 1, on a représenté un mode de réalisation particulier d'un marteau pneumatique selon l'invention. Le marteau comporte principalement un corps 1 dont une extrémité porte une poignée 2 de préhension pour la main droite de l'ouvrier. Dans la poignée est disposée une touche basculante 3 qui permet d'ouvrir une vanne d'accès de l'air comprimé qui parvient dans la poignée 2, (ou plutôt par un tube dans la poignée) de sorte que du fluide sous pression soit transmis par un canal non représenté dans un cylindre de travail (5) qui est monté par l'extrémité ouverte (basse au dessin) du corps 1 du marteau. Le corps 1 présente du côté de son extrémité basse une forme cylindrique adaptée à recevoir le cylindre de travail 5. Selon une caractéristique de l'invention, le cylindre de travail 5 peut coulisser dans l'alésage de l'extrémité basse du corps 1. Le cylindre de travail 5 est retenu dans le corps 1 par un dispositif de retenue 13 - 16 qui sera décrit plus loin. La partie supérieure au dessin du cylindre de travail 5 porte une boite de distribution 6, à pastille et siège plat dont la partie supérieure comporte une queue 7 qui coulisse dans une chambre 10, de sorte que le fond de la queue prenne la position 11 en tirets représentée à la figure 1 quand un choc est reçu en réaction sur l'outil ou pic ainsi qu'il sera décrit plus loin. Le fond de la queue travaille comme un piston dans la chambre 10, et on conçoit que lors de son déplacement la queue 7 servant de piston absorbe une fraction déterminée des vibrations d'harmoniques élevées. Le taux d'absorbtion et la bande fréquentielle d'absorbtion sont déterminés notamment par la géométrie de la chambre 10 et par la course envisagée de la queue 7. Selon les applications, l'homme de métier saura calculer les dimensions à accorder aux parties actives précitées pour obtenir tel effet d'amortissement requis. Le piston 19 comporte une tête de forme cylindrique, disposée en haut au dessin, et qui coulisse dans la chambre 20 dans le cylindre de travail 5. Le canal d'amenée du fluide sous pression produit une surpression dans la moitié basse de la chambre, ce qui a pour effet de faire remonter le piston 19 vers le haut. Arrivé à une distance prédéterminée du fond de la boîte de distribution 6, le piston produit une surpression d'un niveau prédéterminé sur la boite de distribution 6, ce qui entraîne le fait que la pastille de fermeture interne à la boite de distribution est repoussée. Il s'ensuit que du fluide sous pression est amené à travers le tube 9 disposé dans la poignée 2 jusque dans la chambre 10 dans laquelle se déplace la queue 7 de la boite de distribution 6. Des canaux percés dans le corps de la boite de distribution, ainsi qu'il sera décrit plus loin, permettent alors de repousser le piston vers le bas et il prend de la vitesse de façon à venir percuter avec une impulsion suffisante une douille d'emmanchement 21 de section sensiblement hexagonale qui est montée à l'extrémité inférieure du cylindre de travail. La percussion reçue sur la douille d'emmanchement 21 est transmise à la tête 26 de l'outil ou pic 27 qui est propulsé vers la surface de travail. On remarque que la chambre 20 est équipée d'un évent 17 de mise à l'air pour équilibrer les pressions lors de la remontée du piston 19. Par ailleurs, dans le mode de réalisation particulier, le marteau est fermé par une jupe 18 de forme sensiblement cylindrique et largement découplée, au point de vue mécanique, du cylindre de travail 5. La jupe 18 est montée sur la périphérie extérieure du corps 1 et s'étend jusqu'à l'alésage de sortie 28 du marteau pneumatique par où ressort l'outil ou pic. La jupe 18 est équipée de logements 23 de part et d'autre d'un diamètre, logements dans lesquels sont placés les extrémités libres d'un dispositif de retenue de l'outil 26, 27, destiné à empêcher son éjection après une percussion par le corps de frappe 19, ou lorsque l'ouvrier transporte le marteau pneumatique l'outil dirigé vers le bas. Le dispositif de retenue sera décrit plus loin. La jupe porte encore des gorges 24 dans lesquelles passent des parties rectilignes allongées du dispositif de retenue. La douille d'emmanchement hexagonale 21 coulisse dans le cylindre et dans un manchon 25 qui lui est solidaire. On va maintenant décrire, à l'aide des figures 1 à 6, et 8 et 9 la boite de distribution 6. La boite de distribution 6, visible en totalité à la figure 1, partiellement à la figure 8 en deux positions extrêmes, est fixée par trois vis comme la vis 12, sur le sommet du cylindre de travail 5, de sorte à fermer le haut de la chambre de travail 20 (figure 1). La boîte de distribution 6 est construite en deux parties supérieure (représentée aux figures 2 à 4) et inférieure (représentée aux figures 5 et 6). La partie supérieure (dite aussi siège supérieure) 30 est représentée en trois vues aux figures 2 à 5. Le siège supérieur 30 présente une queue cylindrique 7 qui sert de piston à l'amortisseur de vibrations constitué dans la chambre 10 réalisée dans un puits 8 réalisé sur le fond de la poignée 2, puits dont l'ouverture est dirigée vers le bas de la figure 1 de façon à recevoir la queue 7 du siège supérieur 30. Des segments d'étanchéité sont installés dans deux gorges annulaires pratiquées sur la surface cylindrique de la queue 7 et viennent frotter sur l'alésage intérieur du puits 8. La figure 3 est une vue en coupe selon l'axe vertical de la figure 2. Dans la coupe de la figure 2, on a représenté plusieurs canaux d'arrivée d'air sous pression qui sont principalement - le canal 31 dont l'ouverture (visible à droite aux figures3 et 4) débouche dans la chambre d'amortissement 10 ; - les canaux en biais 32 et 33 dont une première extrêmité communique avec l'extrémité correspondante du canal 31 et dont une seconde extrêmité débouche sur la face inférieure (à gauche aux figures 4 et 5) du siège supérieur par des alésages de faible diamètre 34 et 35 (visibles aussi à la figure 2). Par ailleurs, une chambre de siège 36 (figures 3 et 4) est pratiquée sur la face inférieure du siège supérieur 30, chambre dans laquelle est disposée une pastille (non représentée au dessin). La pastille est constituée par un disque solide dont le diamètre est adapté à celui de la chambre 36 et dont l'épaisseur est légèrement inférieure à la hauteur de la dite chambre 36. De cette façon, en fonction de diverses pressions et dépressions existantes dans la chambre 36 et sur la face en regard du siège inférieur (qui sera décrit plus loin), la pastille peut se déplacer pour masquer les débouchés des divers canaux de façon à propulser dans un mouvement périodique le piston 19 (figure 1) dans sa chambre 20 ainsi qu'il a été décrit. A cette fin, le siège supérieur 30 comporte aussi - un canal coudé 38, 39 comportant une première section 39 (verticale à la figure 4) dont une première extrêmité débouche dans le fond d'un perçage 37 centré sur l'axe central du siège et qui débouche dans la chambre 36 précitée, et dont une seconde extrémité débouche dans une seconde section 38 (horizontale à la figure 4) dont l'extrémité à gauche débouche par un perçage 40 sur la face inférieure - deux canaux 43 et 44 dont une première extrémité débouche dans les canaux en biais respectivement 32 et 33 et dont une seconde extrémité débouche dans des perçages élargis respectivement 43 et 44 dans le fond de la chambre 36 constenant la pastille. Le siège supérieur 30 est enfin percé par trois trous comme le trou 41 qui présente une tête élargie 42 pour recevoir une vis de fixation (comme la vis 12 visible aux figures 1 et 8) du siège supérieur sur le siège inférieur et sur le sommet du cylindre de travail 5. Aux figures 5 et 6, on a représenté respectivement une vue en coupe de face et une vue de gauche d'un siège inférieur 50 adapté au siège supérieur 30 de la boite de distribution 6 de l'invention. Le siège inférieur 50 comporte sur sa face supérieure ( droite sur la figure 5 et vue sur la figure 6) une rainure annulaire 58 dotée de deux sillons 54 et 55 dont la largeur et la longueur sont déterminées de façon à ce que les trous 34 et 35 de la face inférieure en regard du siège supérieur y débouchent. De cette façon, en fonction des dépressions et des surpressions créées, la pastille (non représentée) qui est logée entre les deux faces inférieure et supérieure respectivement des sièges supérieur et inférieur bouche alternativement les canaux d'accès et de distribution. A cet effet, le siège inférieur 50 est percé d'un canal axial 56 qui débouche sur sa face en regard de la chambre 20 à l'intérieur du cylindre de travail. Par ailleurs, un trou 53 est en regard du trou 40 de sortie du canal en deux sections 38, 39 du siège supérieur 30, de sorte que les pressions s'équilibrent entre les deux parties de la boîte de distribution 6. Trois trous de passage des vis comme la vis 12 sont percés sur le siège inférieur aux repères 52, 59 et 60 qui correspondent aux perçages comme le perçage 42 du siège supérieur 30. Un épaulement 57 est prévu pour s'adapter sur la paroi de la chambre 20 en haut du cylindre de travail. De cette façon, on assure la fonction traditionnelle de distribution de fluide sous pression au cylindre de travail, tout en assurant un amortissement des vibrations dans la chambre 10. On va maintenant décrire le système de retenue du corps 1 sur le cylindre de travail 5. En effet, dans la construction du marteau de l'invention, la poignée 2 montée sur le corps 1 est mobile par rapport au cylindre de travail 1 qui reçoit les chocs et génère donc les vibrations nuisibles. Cette mobilité relative assure que le découplage mécanique entre les deux parties limite la transmission des vibrations même de très basses fréquences. Mais, il faut alors prévoir un moyen de retenue pour éviter que le cylindre de travail 1 ne soit éjecté lors de la mise en pression, où lorsque le marteau est présenté la pointe vers le bas. Le moyen de retenue est d'une manière générale configuré de manière - à empêcher la rotation relative de l'ensemble poignée 2 - corps 1 par rapport à l'ensemble cylindre de travail 5 outil 27 de façon à conserver une orientation axiale convenable lors du travail - à permettre une translation relative entre les deux ensembles précités. Dans un mode préféré de réalisation, le moyen de retenue 60 du corps 1 et du cylindre de travail 5 (représenté, notamment aux figures 1, 8 et 9) est constitué par une pluralité de rainures, comme la rainure 16, percées sur la partie cylindrique du corps 1 à proximité de la zone de recouvrement entre la surface extérieure du cylindre de travail 5 et la surface intérieure du corps 1. Les rainures sont chacune de forme rectangulaire oblongue de telle sorte que le grand axe de la forme soit sensiblement dirigé dans le sens du déplacement admis. On a indiqué que, pour conserver un contrôle de la direction de frappe autour de l'axe central du marteau, il était prévu que le moyen de retenue 60 interdise les rotations relatives de la poignée et du cylindre de travail. Il est clair qu'en fonction des circonstances, une rotation peut être envisagée. Dans ce cas, la rainure 16 ne serait pas alignée le long de l'axe central du marteau de l'invention comme il est représenté au dessin, mais serait inclinée d'un angle correspondant à la rotation déterminée. Une encoche 61 (figure 8) est percée en vis à vis de la rainure sur la surface extérieure du cylindre de travail 1, encoche dans laquelle est disposée une bille ou rouleau 14, ou tout autre dispositif du même genre (clavette, etc.), facilitant le coulissement ou translation relative de la poignée 2 - corps 1 par rapport au cylindre de travail 5. La bille est maintenue en place dans l'encoche et la rainure par un suranneau 15 qui est appliqué à la fin du montage du marteau de façon à entourer la zone dans laquelle est disposé le moyen de retenue. On va maintenant décrire le fonctionnement à l'aide des deux vues de la figure 8 le fonctionnement du marteau de l'invention. A la figure 8, la vue supérieure représente le corps 1 dans une première position extrême, la bille 14 étant appliquée sur le bord le plus à gauche A l'inverse, arrivé en bout de course dans la vue inférieure de la figure 8, le corps 1 est bloqué par le contact de la bille 14 sur l'autre bord de la rainure 16 et le corps ne peut plus effectuer qu'un mouvement dans la direction de la flèche B. Quand le corps revient avec force dans la position de la vue supérieure de la figure 8, le coussin d'amortissement constitué par l'air sous pression comprimé par la queue 7 dans la chambre 10 a pour effet de freiner la vitesse relative du cylindre et du corps, et partant, d'amortir les chocs et vibrations qui seraient sinon ressenties par l'ouvrier. A la figure 7, on a représenté pour la clarté de la description, un dispositif de retenue 70 d'outil 27. Un tel dispositif de retenue 70 est constitué par un fil de fort diamètre en acier ressort et présente une forme caractéristique comportant deux crochets 71 et 72 destinés à venir se loger dans les logements comme 23 de part et d'autre d'un diamètre de la jupe 18 déjà décrite à l'aide de la figure 1, et de deux parties sensiblement rectilignes 73 et 77 qui viennent se loger dans les groges comme 24, pratiquées le long de la jupe 18 sous les logements 23. Devant l'alésage de sortie 28 du marteau pneumatique, le fil affecte une forme spirale 74 ou 76 sur trois quart de tour environ de façon à revenir dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction des parties rectilignes 73 et 77, de façon à former un demi- cercle qui permet de venir retenir le bas en forme de cône de la tête 26 de l'outil 27 qui ressort de l'alésage de sortie 28 du marteau pneumatique de l'invention. Mais tout autre dispositif de retenue du pic ou outil peut être envisagé, comme un capot vissé, un levier de retenue de loquet, etc. REVENDICATIONS 1. Marteau pneumatique à vibrations amorties, du genre comportant une vanne d'accès d'air sous pression, et un système de distribution de l'air sous pression de sorte qu'un piston (19) percute périodiquement la tête (26) d'un outil (27) porté sur le marteau, caractérisé en ce que le mécanisme de distribution de l'air sous pression comporte une boîte de distribution (6) dont la face d'entrée de l'air sous pression provenant d'une source est dotée d'une queue (7) destinée à coulisser dans une cavité (10) du marteau de sorte qu'un coussin d'air sous pression soit constitué lors du retour de la boite de distribution (6) après la frappe. 2. Marteau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boite de distribution est constituée en deux sièges supérieur (30) et inférieur (50) dans une chambre desquels une pastille est disposée pour réaliser la distribution d'air sous pression, et en ce que l'accès d'air sous pression est réalisé par un canal (31) qui traverse la queue (7) pratiquée sur ledit siège supérieur (30). 3. Marteau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre de travail (5) sur lequel est fixée la boite de distribution (6), et en ce qu'il comporte aussi un corps (1) sur lequel est solidaire une poignée (2) qui est monté sur le cylindre de manière mobile. 4. Marteau selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone du corps (1) en regard de la queue (7) de la boite de distribution est conformée en chambre d'amortissement (10) pour recevoir de manière mobile la queue (7) notamment équipée de moyens d'étanchéité (45, 46). 5. Marteau selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un dispositif de retenue (13 - 16 ; 60) du corps (1) sur le cylindre de travail (5). 6. Marteau selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de retenue (60) comporte une pluralité de rainures (15) pratiquées sur le corps (1) dans la zone de recouvrement du corps et du cylindre, une pluralité d'encoches (61) pratiquées sur la face en regard du cylindre de travail (5) dans lesquelles sont disposées des billes (14) et un anneau de retenue (15) des billes dans l'espace ainsi constitué. 7. Marteau selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de retenue (70) d'outil. 8. Marteau selon la revendication 1 ou la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une jupe (18) fixée à l'extrémité du corps (1) et qui s'étend jusqu'à l'alésage de sortie (28) du marteau de façon à permettre la préhension à deux mains de l'outil sans ressentir les vibrations, et en ce que (pour la revendication 7) il comporte deux logements (23) des extrémités (71, 72) du dispositif de retenue (70) ainsi que des gorges (23) de logement des parties rectilignes (73, 77) du dispositif de retenue.