Brevet FR2781898A1 — publié le 20000204

Dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rotatif pneumatique La présente invention concerne un dispositif de réglage de vi- tesse de rotation pour outil rotatif pneumatique, servant à contrôler la fréquence de rotation maximum de l'outil rotatif pneumatique afin qu'elle ne dépasse pas une certaine valeur. Un outil rotatif pneumatique tel qu'une meuleuse à air, une ponceuse à air ou autre est un outil comprenant un article abrasif rota- tif tel qu'une meule ou un outil de travail tel qu'un article de polissage rotatif pour polir un article à polir. L'outil de travail présente de meilleures qualités de meulage et de polissage et une excellente ma- niabilité lorsqu'il est utilisé à des vitesses élevées. Dans un outil rotatif pneumatique, en général, la pression d'utilisation (pression normale) est indiquée dans un manuel d'instruc- tion ou autre. Cependant, dans la réalité, les indications de pression d'utilisation sont ignorées, et l'outil est utilisé à des pressions trop élevées. Comme montré en figure 7, si l'on augmente la pression d'air, la fréquence de rotation de l'outil de travail dépasse la fréquence de rotation admissible comme montré par la ligne mixte (a). Lorsque l'outil rotatif pneumatique dépasse la fréquence de rotation admissible, un effort en rotation (une force centrifuge) exces- sif s'exerce sur l'outil de travail et peut le casser. Quand l'outil de tra- vail casse, la matière cassée est projetée dans toutes les directions, ce qui est très dangereux car l'opérateur et d'autres personnes peuvent être blessées. De ce point de vue, il était nécessaire de limiter la fré- quence de rotation de l'outil rotatif pneumatique tel qu'une meuleuse, une ponceuse ou autre à un niveau moindre que la fréquence de rota- tion maximum admissible. Autrement dit, la fréquence de rotation, de préférence, ne doit pas dépasser la fréquence de rotation admissible telle que décrite par le trait plein (b) de la figure 7. En outre, pour maintenir la fréquence de rotation de l'outil rotatif pneumatique en dessous de la fréquence de rotation admissible, la quantité d'air est automatiquement commandée de façon que la fré- quence de rotation d'un moteur puisse suivre les augmentations et les diminutions sur une plage de fréquences de rotation prédéterminée. L'opération répétée d'augmentation et de diminution de la fréquence de rotation du moteur posait un problème car des vibrations axiales ex- pansibles se produisent dans un élément de réglage de vitesse d'un dis- positif de réglage de vitesse de rotation. La présente invention a été réalisée en considération des in- convénients mentionnés ci-dessus, et l'objectif de l'invention est d'of- frir un dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rotatif pneumatique dans lequel, même en cas de forte pression d'air, la fré- quence de rotation de l'outil n'excède pas la fréquence de rotation maximum admissible, ce qui permet à l'outil de travail de ne pas cas- ser. Un autre objectif de l'invention est d'offrir un dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rotatif pneumatique dans le- quel ne se produisent pas d'irrégularités de rotation dues aux vibra- tions. Afin d'atteindre les objectifs susmentionnés, la présente in- vention propose un dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rotatif pneumatique, l'outil rotatif pneumatique comprenant un corps principal dans lequel est formé un passage d'entrée d'air, un moyen de génération d'effort en rotation pour générer un effort en ro- tation au moyen de l'air arrivant par le passage d'entrée d'air, et un ro- tor comme élément constitutif du moyen de génération d'effort en rota- tion, et dans lequel un venturi, dont la section de passage est étroite, est formé dans le corps principal, un arbre de réglage de vitesse étant solidement fixé à une extrémité du rotor, et un élément de réglage de vitesse étant prévu, lequel peut se déplacer par rapport à l'arbre de ré- glage de vitesse. L'élément de réglage de vitesse, qui est mobile dans une direction radiale par rapport à un axe de rotation central de l'arbre de réglage de vitesse, est pourvu d'une bille. L'élément de réglage de vitesse est déplacé dans une direction axiale de l'axe central de rota- tion de l'arbre de réglage de vitesse par une force centrifuge appliquée à la bille, et une section du passage d'entrée d'air entre l'extrémité de l'élément de réglage de vitesse et le venturi est rétrécie en une posi- tion éloignée de l'élément de réglage de vitesse quand la fréquence de rotation du rotor atteint un niveau proche de la fréquence de rotation admissible, afin de fournir une quantité d'air permettant à la fréquence de rotation du rotor de ne pas dépasser la fréquence de rotation admis- sible. De plus, selon la présente invention, l'élément de réglage de vitesse est de forme tubulaire avec une extrémité fermée. Un espace est formé entre l'élément tubulaire de réglage de vitesse, fermé à une extrémité, et une extrémité d'un arbre de réglage de vitesse par dépla- cement de l'élément de réglage de vitesse. Une partie saillante est for- mée, et est pourvue d'un petit trou traversant pour la communication entre ledit espace et le passage d'entrée d'air, afin d'apporter un effet d'amortissement. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation, faite en réfé- rence aux dessins d'accompagnement dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un outil rotatif pneumati- que complet, pourvu d'un dispositif de réglage de vitesse de rotation selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale agrandie des parties principales de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale agrandie des parties principales de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe de parties principales d'un corps principal dans un venturi et un élément de réglage de vitesse; la figure 5 est une courbe caractéristique de la fréquence de rotation d'un outil rotatif pneumatique pourvu d'un dispositif de régla- ge de vitesse de rotation selon la présente invention, en fonction du temps; la figure 6 est une vue en coupe partielle montrant l'autre for- me de l'élément de réglage de vitesse; et la figure 7 est une courbe caractéristique de la fréquence de rotation d'un outil rotatif pneumatique classique, en fonction de la pression. Un mode de réalisation préféré de la présente invention va maintenant être décrit, en référence plus particulièrement aux figures 1, 2 et 3. L'outil rotatif pneumatique comprend un corps principal 10, un passage d'entrée d'air 12 formé pour introduire de l'air sous pres- sion dans le corps principal 10, et un moyen de génération d'effort en rotation 14 pour générer un effort en rotation au moyen de l'air arri- vant par le passage d'entrée d'air 12. Un outil de travail 16 tel qu'un article abrasif rotatif tel qu'une meule, ou un article de polissage rota- tif ou autre élément semblable est monté sur l'outil rotatif pneumati- que. Le moyen de génération d'effort en rotation 14 comporte un cylindre 18 comme boîtier, une plaque avant 20 et une plaque arrière 22, dans lequel un espace 24 est formé à l'intérieur du boîtier, l'espace 24 étant pourvu d'un rotor 26, et d'une pluralité d'ailettes 28 qui ren- trent et qui sortent radialement dans le rotor. De l'air est envoyé dans l'espace 24 du moyen de génération d'effort en rotation 14 depuis le passage d'entrée d'air 12, et l'air envoyé est projeté contre les ailettes 28 pour faire tourner le rotor 26, ce qui fait tourner l'outil de travail 16. Conmme montré en figure 2, un arbre de réglage de vitesse 30 est solidement fixé à l'extrémité libre du rotor 26, du côté de la plaque arrière 22, l'axe central de rotation étant le même. Cet arbre de réglage de vitesse 30 est positionné à l'intérieur du passage d'entrée d'air 12. Un élément de réglage de vitesse 32 en forme de bouchon recouvre l'arbre de réglage de vitesse 30, et la paroi intérieure tubulaire de l'élément de réglage de vitesse 32 est prévue pur pouvoir se déplacer tout en établissant un contact en coulissant avec la paroi extérieure de l'arbre de réglage de vitesse 30. L'élément de réglage de vitesse 32 est pourvu de deux trous 34 dans une direction axiale, sur son côté tubu- laire. Une goupille 36 s'étendant à travers l'arbre de réglage de vi- tesse 30 et les trous 34 de l'élément de réglage de vitesse 32 à angle droit avec la direction axiale est solidement fixée à l'arbre de réglage de vitesse 30, et les extrémités opposées de la broche 36 font saillie à l'extérieur des trous 34 de l'élément de réglage de vitesse 32. Un couvercle 38 recouvre les extrémités opposées de la gou- pille 36 faisant saillie à l'extérieur des trous 34 de l'élément de régla- ge de vitesse 32, et un ressort 40 est prévu entre le couvercle 38 et l'élément de réglage de vitesse 32, du côté de la plaque arrière 22. Ce ressort 40 est destiné à exercer une contrainte permanente sur l'élé- ment de réglage de vitesse 32, vers le rotor 26. L'arbre de réglage de vitesse 30 est doté, à angle droit avec l'axe central, d'une pluralité de trous 42 qui s'étendent quelque peu vers l'intérieur depuis la surface extérieure et vers l'axe central, cha- que trou 42 étant pourvu d'une bille 44. La paroi intérieure, à proximité de l'extrémité tubulaire de l'élément de réglage de vitesse 32 en forme de bouchon, est sous la forme d'une paroi inclinée 46 dont la forme s'ouvre graduellement vers l'extérieur depuis la direction axiale. La bille 44 est en contact avec la paroi inclinée 46. Un venturi 48 est formé, comme montré en figure 3, à mi-par- cours du passage d'entrée d'air 12 formé à l'intérieur du corps princi- pal 10. Soit D le diamètre du venturi 48. L'élément de réglage de vitesse 32 en forme de bouchon com- prend, comme montré en figure 3, une partie tubulaire 50 extérieure- ment à l'arbre de réglage de vitesse 30, une partie 52 fermant l'extré- mité, et une partie faisant saillie 54 formée dans la partie 52 fermant l'extrémité, et de diamètre inférieur à celui de la partie tubulaire 50. En outre, une partie conique 56 se rétrécissant à l'extrémité est formée au voisinage de l'extrémité de la partie saillante 54. Soit d le diamètre de la partie de grand diamètre de la partie saillante 54. Le diamètre d doit alors être plus petit que le diamètre D du venturi 48. Alors que dans l'élément de réglage de vitesse 32 en forme de bouchon, le diamètre extérieur du pied de la partie saillante conique 54 est plus petit que le diamètre extérieur de la partie tubulaire 50, il faut noter que le diamètre extérieur du pied de la partie saillante coni- que 54 peut être le même que celui de la partie tubulaire 50. En outre, la configuration conique peut être remplacée par une configuration droite. La partie saillante 54 est pourvue d'un petit trou traversant 58 s'étendant à travers celle-ci et communiquant avec l'intérieur de la partie tubulaire 50. Dans le cas o la partie 52 fermant l'extrémité n'est pas pourvue de la partie saillante 54, un petit trou traversant 58 communiquant avec l'intérieur de la partie 52 fermant l'extrémité peut être réalisé. Le fonctionnement du mode de réalisation décrit ci-dessus est décrit ci-après. Lorsqu'il y a un accroissement de la quantité d'air sous pres- sion envoyée dans le passage d'entrée d'air 12, la fréquence de rotation du rotor 26 du moyen de génération d'effort en rotation 14 augmente, et la fréquence de rotation de l'arbre de réglage de vitesse 30 fixé au rotor 26 augmente également. Lorsque la fréquence de rotation de l'ar- bre de réglage de vitesse 30 augmente, la force centrifuge est appli- quée à la bille 44 logée dans le trou 42. La force de pression de la bille 44 sur la paroi inclinée 46 augmente en même temps que la fréquence de rotation de l'arbre de ré- glage de vitesse 30 pour déplacer l'élément de réglage de vitesse 32 vers la droite comme montré sur les figures 2 et 3. En d'autres termes, l'élément de réglage de vitesse 32 se déplace vers la droite comme montré sur les figures 2 et 3 en réponse à la fréquence de rotation de l'arbre de réglage de vitesse 30. Lorsque la fréquence de rotation de l'arbre de réglage de vitesse 30 dépasse un niveau prédéterminé, la partie saillante 54 de l'élément de réglage de vitesse 32 entre dans le venturi 48, et une section de passage du passage d'entrée d'air 12 dans le venturi 48 se rétrécit comme montré dans les figures 3 et 4 de telle sorte que la quantité d'air envoyée du passage d'entrée d'air 12 au moyen de génération d'effort en rotation 14 est réduite. En conséquen- ce, la fréquence de rotation de l'arbre de réglage de vitesse 30 ne peut pas beaucoup dépasser la fréquence de rotation maximum admissible, comme montré en figure 5. Grâce à la convergence de la partie conique 56 au voisinage de l'extrémité de la partie saillante 54, le flux d'air est fluide, et la ré- ponse et la stabilité sont améliorées. Tandis que dans les figures 1 à 3, la partie conique 56 n'est prévue que dans le voisinage de l'extrémité de la partie saillante 54, comme montré en figure 6, il faut remarquer que l'on peut réaliser une partie conique 60 convergeant sur toute la longueur dans une direction axiale de la partie saillante 54. A noter que la partie saillante 54 peut être de forme cylindrique. Comme montré en figure 4, un espace S entre le corps princi- pal 10 dans le venturi 48 et la partie saillante 54 peut être agrandi en rétrécissant encore la partie saillante 54. Par conséquent, même si la partie saillante 54 oscille à cause des vibrations de l'outil rotatif pneu- matique, le corps principal 10 dans le venturi 48 n'est pas en contact avec la partie saillante 54, et n'influence donc pas les propriétés de coulissement de l'élément de réglage de vitesse 32. Comme montré en figure 3, lorsque l'élément de réglage de vitesse 32 s'éloigne de l'arbre de réglage de vitesse 30, un espace 62 se forme entre la partie 52 fermant l'extrémité de l'élément de réglage de vitesse 32 et la surface d'extrémité de l'arbre de réglage de vitesse 30. Un petit trou traversant 58 réalisé dans la partie saillante 54 de la partie 52 de l'arbre de réglage de vitesse 30 comporte une partie com- muniquant avec l'espace 62, l'autre partie communiquant avec le pas- sage d'entrée d'air 12. Si l'élément de réglage de vitesse 32 n'est pas pourvu du petit trou traversant 58 s'étendant jusqu'à l'espace 62, quand le volume de l'espace 62 augmente, une forte pression négative est générée à l'inté- rieur de l'espace 62 de sorte que la réponse et la stabilité de l'élément de réglage de vitesse 32 sont détériorées. Pour cette raison, l'élément de réglage de vitesse 32 est pourvu du petit trou traversant 58 pour la communication entre l'espace 62 et le passage d'entrée d'air 12 par le- quel l'air entre et sort de l'espace 62 du petit trou traversant 58 pour permettre un mouvement en douceur de l'élément de réglage de vitesse 32. Dans un dispositif de réglage de vitesse de rotation classique pour l'outil, il existait un inconvénient en ce qu'une augmentation ou une diminution répétée de la fréquence de rotation du moteur produi- sait une rotation irrégulière du moteur. Dans la présente invention, il existait un risque qu'en raison du poids de la bille 44, qui génère la force centrifuge, la force du ressort 40, la résistance au coulissement de la partie coulissante entre l'arbre de réglage de vitesse 30 et l'élé- ment de réglage de vitesse 32, et les conditions de débit et de pression de l'air envoyé, l'élément de réglage de vitesse 32 vibre axialement par rapport à l'arbre de réglage de vitesse 30, et la quantité d'air d'entrée est changée par les vibrations, de sorte au'une rotation irrégulière du rotor 26 se produit, due à la variation de la quantité d'air d'entrée. Cependant, grâce au petit trou traversant 58 servant à la com- munication entre l'espace 62 et le passage d'entrée d'air 12 dans l'élé- ment de réglage de vitesse 32, la résistance de l'air entrant et sortant du petit trou traversant 58 résout le problème de vibration axiale de l'élément de réglage de vitesse 32 par rapport à l'arbre de réglage de vitesse 30. En effet, quand la rotation du moyen de génération d'effort en rotation 14 augmente, la résistance d'entrée de l'air qui se déplace jusqu'à l'espace 62 via le petit trou traversant 58 depuis le passage d'entrée d'air 12 se produit, laquelle résistance d'entrée de l'air empê- che la vibration axiale générée dans l'élément de réglage de vitesse 32, afin de prévenir la rotation irrégulière du rotor 26. En outre, quand la rotation du moyen de génération d'effort en rotation 14 diminue, la ré- sistance de sortie de l'air qui se déplace jusqu'au passage d'entrée d'air 12 via le petit trou traversant 58 depuis l'espace 62 se produit, laquel- le résistance de sortie de l'air empêche la vibration axiale générée dans l'élément de réglage de vitesse 32, afin de prévenir la rotation ir- régulière du rotor 26. Si le diamètre du petit trou traversant 58 vaut de 0,5 mm à 2 mm (y compris des valeurs numériques supérieures ou inférieures à celles-ci), il est possible d'éliminer la vibration axiale de l'élément de réglage de vitesse 32 par rapport à l'arbre de réglage de vitesse 30 et de remédier à la rotation irrégulière du rotor 26. Le diamètre du petit trou traversant 58 est choisi à une petite valeur d'environ 0,5 mm à 2 mm grâce à laquelle la résistance de l'air passant par le petit trou tra- versant 58 peut être suffisamment utilisée. Et il est possible, grâce à la résistance de l'air, d'éliminer les vibrations générées dans l'élément de réglage de vitesse 32 du dispositif de réglage de vitesse de rotation et d'empêcher la rotation irrégulière du rotor 26. Quand le diamètre du petit trou traversant 58 est plus petit que 0,5 mm, la résistance de l'air augmente, ce qui, cependant, n'est pas préférable si l'on considère la difficulté d'usinage du petit trou traversant 58, l'obstruction par la poussière ou autre. Quand le diamètre du petit trou traversant 58 est plus grand que 2 mm, la résistance de l'air passant dans le petit trou traversant 58 diminue au point de n'avoir quasiment pas d'effet de sup- pression des vibrations axiales de l'élément de réglage de vitesse 32. Dans le dispositif de réglage de vitesse de rotation réellement utilisé, le diamètre intérieur de l'espace 62 n'étant pas supérieur à 50 mm, par rapport à l'espace 62 ayant tout diamètre intérieur inférieur à celui-ci, le diamètre du petit trou traversant 58 sera suffisant dans un intervalle allant de 0,5 mmn à 2 mm (y compris des valeurs numériques supérieures ou inférieures à celles-ci). Comme décrit plus haut, selon le dispositif de réglage de vi- tesse de rotation pour outil rotatif pneumatique de la présente inven- tion, quand la fréquence de rotation du rotor dépasse un niveau prédé- terminé, la quantité d'air envoyé depuis le passage d'entrée d'air jus- qu'au moyen de génération d'effort en rotation est limitée par l'élément de réglage de vitesse qui se déplace axialement par rapport à l'arbre de réglage de vitesse fixé au rotor. Etant donné que la quantité d'air en- voyé depuis le passage d'entrée d'air est limitée lorsque la fréquence de rotation du rotor atteint une valeur prédéterminée, la fréquence de rotation du rotor peut être limitée à la fréquence de rotation maximum admissible. Par conséquent, il est possible d'empêcher l'outil de travail tel qu'un article abrasif rotatif, un article de polissage rotatif ou autre d'être cassé. En outre, entre l'espace formé entre l'arbre de réglage de vi- tesse et l'élément de réglage de vitesse et le passage d'entrée d'air se trouve le petit trou traversant pour la communication entre l'espace et le passage d'entrée d'air, par lequel les vibrations axiales générées dans l'élément de réglage de vitesse peuvent être empêchées par le ré- o10 sistance de l'air passant par le petit trou traversant afin d'empêcher la rotation irrégulière du rotor, pour obtenir une rotation stable. De plus, grâce à la partie conique de la partie saillante à l'ex- trémité de l'élément de réglage de vitesse, le flux d'air est fluide, et la réponse et la stabilité peuvent être améliorées. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été don- née qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. il REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rota- tif pneumatique, l'outil rotatif pneumatique comprenant un corps prin- cipal (10) dans lequel est réalisé un passage d'entrée d'air (12), un moyen de génération d'effort en rotation (14) servant à générer un ef- fort en rotation grâce à l'air envoyé depuis le passage d'entrée d'air (12), et un rotor (26) comme élément constitutif du moyen de généra- tion d'effort en rotation (14), caractérisé en ce qu'un venturi (48), qui est de section de passage étroite, est réalisé dans le corps principal (10), un arbre de réglage de vitesse (30) étant fixé solidement à une extrémité du rotor (26), un élément de réglage de vitesse (32) étant prévu, lequel peut se déplacer par rapport à l'arbre de réglage de vites- se (30), l'élément de réglage de vitesse (32), mobile dans une direction radiale par rapport à un axe de rotation central de l'arbre de réglage de vitesse (30), étant pourvu d'une bille (44), l'élément de réglage de vi- tesse (32) étant déplacé dans une direction axiale de l'axe central de rotation de l'arbre de réglage de vitesse (30) par une force centrifuge appliquée à la bille (44), et une section du passage d'entrée d'air (12) entre l'extrémité de l'élément de réglage de vitesse (32) et le venturi (48) est rétrécie en une position éloignée de l'élément de réglage de vitesse quand la fréquence de rotation du rotor (26) atteint un niveau proche de la fréquence de rotation admissible, afin de fournir une quantité d'air permettant à la fréquence de rotation du rotor de ne pas dépasser la fréquence de rotation admissible. 2. Dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rota- tif pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élé- ment de réglage de vitesse (32) est de forme tubulaire avec une extré- mité fermée, un espace (62) étant formé entre l'élément tubulaire de réglage de vitesse, fermé à une extrémité, et une extrémité de l'arbre de réglage de vitesse (30) par déplacement de l'élément de réglage de vitesse (32), et une partie saillante (54) est formée, et est pourvue d'un petit trou traversant (58) pour la communication entre ledit espace (62) et le passage d'entrée d'air (12). 3. Dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rota- tif pneumatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dia- mètre du petit trou traversant (58) a une valeur comprise dans l'inter- valle allant de 0,5 mm à 2 min. 4. Dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rota- tif pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce que la surface de l'élément de réglage de vitesse (32) en contact avec la bille (44) comprend une surface inclinée (46) dans une direction de déplacement de l'élément de réglage de vitesse (32). 5. Dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rota- tif pneumatique selon l'une quelconque des revendications i à 3, ca- ractérisé en ce qu'une partie saillante (54) est formée dans l'élément de réglage de vitesse (32) en une position éloignée de l'arbre de réglage de vitesse (30), la partie saillante (54) étant pourvue d'un petit trou traversant (58), la partie saillante (54) et le venturi (48) formant une section étroite du passage d'entrée d'air (12). 6. Dispositif de réglage de vitesse de rotation pour outil rota- tif pneumatique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une par- tie conique (56) convergeant vers l'extrémité est formée à l'extrémité de la partie saillante (54) ou dans sa totalité axiale.