Brevet FR2765512A1 — publié le 19990108

-- L'invention concerne un outil de scellement qui peut être actionné au moyen de gaz sous haute pression, comprenant un moyen de guidage de piston, un piston- poussoir pouvant se déplacer axialement dans le moyen de guidage de piston et comportant une tige et une partie de tête, un élément de rappel formé d'au moins un élément élastique qui entoure la tige, et au moins un élément amortisseur qui prolonge coaxialement l'élément élastique et qui est disposé entre une butée du moyen de guidage de piston, orientée à l'opposé du sens d'enfoncement, et la face frontale de la partie de tête, orientée dans le sens d'enfoncement. Pour enfoncer des éléments de fixation en forme de clous dans des supports durs, tels que béton, roche, acier ou analogues, on emploie des outils de scellement actionnés par des gaz sous haute pression. Dans un type d'outils de scellement aujourd'hui largement répandu et préconisé pour des raisons de sécurité, les gaz sous haute pression agissent sur un piston-poussoir qui, pour sa part, coopère avec l'élément de fixation à enfoncer. Si ces outils offrent des avantages déterminants, en revanche ils présentent l'inconvénient qu'après chaque opération d'enfoncement le piston-poussoir doit être repoussé en position initiale. Pour cette raison, l'homme du métier étudie, depuis plusieurs années déjà, des éléments de rappel pour le piston-poussoir. Ainsi connaît-on du brevet norvégien 84 159 un outil de scellement actionné par explosif, dont le piston- poussoir peut, après chaque opération d'enfoncement, être ramené en position initiale par un élément de rappel sous la forme d'un ressort de compression. Ce ressort de compression entoure la tige du piston propulseur et s'étend entre une butée d'un moyen de guidage de piston, orientée à l'opposé du sens d'enfoncement, et une face frontale d'une partie de tête du piston-poussoir, orientée dans le sens d'enfoncement. Dans le cas des outils de scellement, le rappel direct du piston au moyen d'un ressort de compression pose des problèmes car l'opération d'enfoncement requiert, de la part du piston-poussoir, des vitesses de déplacement élevées. Ce problème tient au fait que la vitesse de déplacement est supérieure à la vitesse de propagation d'une anomalie à l'intérieur du ressort de compression. Cela signifie qu'au début de chaque opération d'enfoncement les spires du ressort de compression qui ne sont pas en contact avec la partie de tête du piston- poussoir ne sont pas sollicitées à temps lorsque le ressort de compression amorce un déplacement et ne reculent donc pas, de sorte que la partie de tête du piston-poussoir ou les spires en mouvement heurtent de plein fouet les spires qui n'ont pas reculé. Une forte énergie vibratoire est donc transmise au ressort de compression, s'y accumule et engendre des vibrations violentes et incontrôlées du ressort. En outre, à l'endroit o les spires déjà entrées en collision avec le piston se prolongent par les spires encore inactives, il se produit un effort de flambage très élevé qui peut entraîner une rupture du ressort de compression. L'invention a pour but de fournir un outil de scellement qui est actionné par des gaz sous haute pression et dans lequel un ressort de compression est mis en oeuvre pour rappeler le piston-poussoir, l'agencement et la conception du ressort de compression étant prévus pour ne pas détériorer celui-ci. Ce but est atteint par un outil de scellement caractérisé en ce que l'élément élastique est conçu sous la forme d'un ressort de compression conique dont les différentes spires ne se percutent pas axialement lors de la compression axiale du ressort de compression. Le rétrécissement du ressort de compression en direction de son extrémité libre est si prononcé que deux spires voisines sont décalées l'une par rapport à l'autre, dans la direction radiale, d'au moins la valeur de la section d'une spire mesurée dans la direction radiale. Le ressort de compression peut ainsi être comprimé pour atteindre, parallèlement à la direction axiale du ressort de compression, une hauteur correspondant à la section d'une spire mesurée parallèlement à la direction axiale du ressort de compression. À l'état comprimé, les spires, qui sont situées côte à côte dans la direction radiale et qui ne sont pas en contact mutuel, peuvent être appliquées contre la butée du moyen de guidage de piston orientée à l'opposé du sens d'enfoncement et contre la face frontale, orientée dans le sens d'enfoncement, de la partie de tête du piston-poussoir. Comme la longueur structurelle de l'outil de scellement dépend entre autre de la course du piston- poussoir et de la longueur axiale du ressort de compression comprimé, le ressort de compression conique selon l'invention permet de réduire la longueur structurelle de l'outil de scellement et donc le poids de ce dernier car le ressort de compression présente, à l'état comprimé, une longueur axiale très faible. Pour des raisons inhérentes à la fabrication, de manière appropriée la section des spires du ressort de compression est circulaire. La rigidité du ressort de pression peut être modifiée en jouant sur la forme de la section des spires. Les ressorts de compression dont les spires présentent une section plus grande dans la direction radiale que dans la direction axiale possèdent une faible rigidité. Les ressorts de compression dont les spires présentent une section plus petite dans la direction radiale que dans la direction axiale possèdent une forte rigidité. Les ressorts de compression de ce type sont fabriqués, par exemple, à partir d'un matériau en forme de fil dont la section des spires est avantageusement polygonale. De manière appropriée, les ressorts de compression particulièrement rigides dans le sens de flambage présentent une section de spire rectangulaire, les grands côtés de la section des spires étant parallèles à l'axe du ressort de compression. La section des spires orientée dans la direction radiale peut être maintenue à une valeur très faible. Cela influe en particulier sur le diamètre extérieur du ressort de compression qui, de ce fait, peut lui aussi être maintenu à une dimension très réduite. Il en résulte que les outils de scellement équipés d'un ressort de compression conique de ce type peuvent présenter une forme très allongée. Pour pouvoir réduire l'effort de flambage dans les spires et l'énergie vibratoire dans le ressort de compression, il est avantageux que la section des spires du ressort de compression soit aussi mince et flexible que possible. Le ressort de compression est donc de préférence toronné et formée de plusieurs brins. Pour enfoncer des éléments de fixation en forme de clous de longueurs différentes, il faut prévoir des outils de scellement eux aussi différents dont les pistons- poussoirs sont de longueurs diverses et peuvent se déplacer sur des distances différentes parallèlement à la direction d'enfoncement. Le rappel de pistons-poussoirs longs en position initiale s'effectue de préférence à l'aide de plusieurs ressorts de compression disposés coaxialement les uns derrière les autres entre la butée du moyen de guidage de piston orientée à l'opposé du sens d'enfoncement et la face frontale, orientée dans le sens d'enfoncement, de la partie de tête du piston-poussoir. De manière appropriée, des éléments amortisseurs sont prévus entre les ressorts de compression disposés les uns derrière les autres. Les éléments amortisseurs réalisés par exemple en caoutchouc font en sorte que les spires de deux ressorts de compression coniques placés l'un derrière l'autre ne s'emboîtent pas l'une dans l'autre. Une autre fonction dévolue aux éléments amortisseurs concerne le guidage latéral du ressort de compression conique à l'intérieur du moyen de guidage de piston. À cet effet, les éléments amortisseurs présentent par exemple sensiblement la forme de disques dont le diamètre extérieur correspond pour l'essentiel au diamètre intérieur du moyen de guidage de piston. Le centrage radial des ressorts de compression coniques peut être assuré par des zones de centrage qui dépassent de la face frontale des éléments amortisseurs parallèlement à la direction axiale des ressorts de compression et qui correspondent sensiblement aux diamètres intérieurs de différentes tailles des ressorts de compression aux extrémités libres de ceux-ci. Pour éviter que ces éléments amortisseurs ne basculent à l'intérieur du moyen de guidage de piston, les éléments amortisseurs peuvent être pourvus, à leur périphérie, par exemple de zones de guidage qui s'étendent sur une partie de la longueur axiale du moyen de guidage de piston. Les anomalies pouvant apparaître dans les ressorts de compression sous la forme de vibrations incontrôlées lors de leur compression sont supprimées de préférence par le fait que les différentes spires ou les ressorts de compression dans leur totalité sont entourés de matériau élastique. Le matériau élastique peut être par exemple du caoutchouc qui entoure chaque spire à la manière d'une gaine rétractable. Pour que les différentes spires ne se dérobent pas radialement lors de la compression du ressort de compression et puissent ainsi se déformer plastiquement, les ressorts de pression sont noyés, par exemple, dans un caoutchouc cellulaire. L'invention sera exposée en détail en référence à des dessins qui illustrent un exemple de réalisation. Ces dessins montrent sur: la figure 1, un outil de scellement selon l'invention sous forme simplifiée; la figure 2, le moyen de guidage de piston de l'outil de scellement selon la figure 1 en coupe longitudinale; la figure 3, une partie du moyen de guidage de piston de l'outil de scellement sous forme agrandie, avec le piston-poussoir en position initiale et deux ressorts de compression coniques; la figure 4, une partie du moyen de guidage de piston d'un autre outil de scellement selon l'invention sous forme agrandie, avec le piston-poussoir en position initiale et deux autres ressorts de compression coniques. L'outil de scellement représenté schématiquement sur la figure 1 comporte un boîtier 1, une poignée 1 faisant corps avec le boîtier 1, et un magasin de cartouches en forme de bande 2 qui traverse la poignée 5 et comprend plusieurs cartouches 3. Dans la zone de transition entre le boîtier 1 et la poignée 5 est disposé un commutateur d'actionnement 4 qui sert à déclencher un mécanisme d'amorçage non représenté. La zone extrême du boîtier 1 orientée dans le sens d'enfoncement est prolongée par un guide-goujon 6 qui, conjointement avec un moyen de guidage de piston 7 situé dans le prolongement du guide-goujon 6 à l'opposé du sens d'enfoncement, peut être déplacé, par rapport au boîtier 1, à l'opposé du sens d'enfoncement jusqu'à une position de travail non représentée. Les figures 2, 3 et 4 montrent un alésage de guidage central cylindrique 20, 40 muni d'une paroi intérieure 16, 36 parallèle à l'extension longitudinale du moyen de guidage de piston 7, 27. Un logement de cartouche 13, 33 est disposé dans une zone extrême du moyen de guidage de piston 7, 27 orientée à l'opposé du sens d'enfoncement et communique directement avec l'alésage de guidage 20, 40 par un canal de liaison 19. Un piston-poussoir 21, 41 servant à enfoncer des éléments de fixation non représentés dans un support également non représenté, se trouve en position initiale et comporte une partie de tête 9, 29 et une tige 8, 28 qui y est reliée dans le sens d'enfoncement, le diamètre extérieur de la partie de tête 9, 29 du piston-poussoir 21, 41, qui correspond sensiblement au diamètre intérieur de l'alésage de guidage 20, 40, étant supérieur au diamètre de la tige 8, 28. L'alésage de guidage 20, 40 sert à guider la partie de tête 9, 29 lors de la translation axiale du piston-poussoir 21, 41. Dans la zone extrême orientée dans le sens d'enfoncement, l'alésage de guidage 20, 40 comporte une butée 17 en forme de surface circulaire qui est orientée à l'opposé du sens d'enfoncement et qui sert de moyen d'appui à la partie de tête 9, 29 du piston-poussoir 21, 41. La paroi extérieure du moyen de guidage de piston 7, 27 comporte un évent 10, qui sert à évacuer l'air de la partie de l'alésage de guidage 20, 40 orientée dans le sens d'enfoncement lorsque le piston-poussoir 21, 41 est accéléré dans le sens de scellement durant l'opération de scellement. Un alésage central 23, qui s'étend coaxialement à l'alésage central débouchant 22 du guide-goujon 6 et à l'alésage de guidage 20 du moyen de guidage de piston 7 et qui sert au guidage de la tige 8 du pistonpoussoir 21, est représenté sur la figure 2. Le diamètre de l'alésage central 23 correspond sensiblement au diamètre de l'alésage central débouchant 22 du moyen de guidage de piston 7 et au diamètre de la tige 8. L'alésage central 23 s'étend sensiblement le long d'une partie du moyen de guidage de piston 7 dont le diamètre extérieur est réduit et qui est entourée par une partie élargie du guide-goujon 6. La tige 8 du piston-poussoir 21 ne dépasse pas de la face frontale du guide-goujon 6 orientée dans le sens d'enfoncement. Entre la face frontale, orientée dans le sens d'enfoncement, de la partie de tête 18, 38 du piston- poussoir 21, 41 et la butée 17 se trouvent plusieurs ressorts de compression coniques relâchés 11, 31 qui sont disposés les uns derrière les autres et qui entourent la tige 8, 28 du piston-poussoir 21, 41. Entre chaque paire de ressorts de compression 11, 31 est disposé un élément amortisseur en forme de disque 14, 34. D'autres éléments amortisseurs en forme de disques 15, 35 entourent la tige 8 du pistonpoussoir 21, 41 et sont appliqués contre la face frontale 18, 38 du piston-poussoir 21, 41 orientée dans le sens d'enfoncement et contre la butée 17 du moyen de guidage de piston 7, 27. Le diamètre extérieur des éléments amortisseurs 14, 15, 34, 35 correspond pour l'essentiel au diamètre intérieur de l'alésage de guidage , 40. La section des spires des ressorts de compression coniques 11 représentés sur les figures 2 et 3 est ronde et se compose de plusieurs brins minces toronnés. Par rapport à sa voisine, chacune des spires superposées des ressorts de compression 11 est décalée radialement d'une distance correspondant au moins à l'extension radiale d'une spire 12. Lorsque les ressorts de compression 11 sont à l'état comprimé, les spires 12 se trouvent toutes côte à côte dans un même plan sans se toucher mutuellement. Telle qu'elle est mesurée dans la direction axiale du ressort de compression 11, la hauteur du ressort de compression comprimé non représenté 11 correspond au diamètre d'une spire 12. La section des spires des ressorts de compression coniques 31 représentés sur la figure 4 est rectangulaire, la dimension des spires 32 parallèlement à la direction axiale étant supérieure à la dimension des spires 32 dans la direction radiale. Les spires 32 des ressorts de compression 31 se chevauchent partiellement deux à deux parallèlement à la direction axiale et sont décalées radialement d'une distance correspondant au moins à l'extension radiale d'une spire 32. Lorsque les ressorts de compression 31 sont à l'état comprimé, les spires 12 se trouvent toutes côte à côte dans un même plan sans se toucher mutuellement. Telle qu'elle est mesurée dans la direction axiale des ressorts de compression 31, la hauteur des ressorts de compression 31 comprimés non représentés correspond à l'extension d'une spire parallèlement à la direction axiale du ressort de compression 31. La face extérieure des spires 32 est entourée par une mince couche de matériau élastique 42, en particulier de caoutchouc. REVENDICATIONS 1. Outil de scellement qui peut être actionné au moyen de gaz sous haute pression, comprenant un moyen de guidage de piston (7, 27), un piston-poussoir (21, 41) pouvant se déplacer axialement dans le moyen de guidage de piston (7, 27) et comportant une tige (8, 28) et une partie de tête (9, 29), un élément de rappel formé d'au moins un élément élastique qui entoure la tige (8, 28), et au moins un élément amortisseur (14, 34, 15, 35) qui prolonge coaxialement l'élément élastique et qui est disposé entre une butée (17) du moyen de guidage de piston (7, 27), orientée à l'opposé du sens d'enfoncement, et la face frontale (18) de la partie de tête (9, 29), orientée dans le sens d'enfoncement, caractérisé en ce que l'élément élastique est conçu sous la forme d'un ressort de compression conique (11, 31) dont les différentes spires (12, 32) ne se percutent pas axialement lors de la compression axiale du ressort de compression (11, 31). 2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section des spires du ressort de compression (11, 31) est circulaire. 3. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section des spires du ressort de compression (11, 31) est polygonale. 4. Outil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la section des spires est rectangulaire, les grands côtés de la section des spires étant parallèles à l'axe du ressort de pression (11, 31). 5. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort de compression (31) est toronné et est formé de plusieurs brins minces. 6. Outil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs ressorts de compression (11, 31) disposés coaxialement les uns derrière les autres. 7. Outil selon la revendication 6, caractérisé en ce que des éléments amortisseurs (14, 34) sont prévus entre les ressorts de compression (11, 31) disposés les uns derrière les autres. 8. Outil selon la revendication 7, caractérisé en ce que des éléments amortisseurs (15, 35) sont prévus au niveau de la butée (17) du moyen de guidage de piston (7, 27) et/ou de la face frontale (18, 38) de la partie de tête (9, 29). 9. Outil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les ressorts de compression (11, 31) sont entourés de matériau élastique (42).