Brevet FR2843327A1 — publié le 20040213

Outil de scellement actionné par combustion interne La présente demande de brevet concerne un outil de scellement actionné par combustion interne pour 15 l'enfoncement d'éléments de fixation tels que clous, goujons, broches ou analogues dans un support, avec au moins une chambre de combustion principale pour un combustible compressible, avec un pistonpoussoir qui est logé dans un guide-piston et qui peut être entraîné dans la 20 direction de scellement par l'intermédiaire de gaz en expansion provenant de la chambre de combustion principale, et avec une préchambre dans laquelle une pression agissant sur la chambre de combustion principale peut être établie avant l'allumage d'un mélange combustibleair dans la 25 chambre de combustion principale. Des outils de scellement de ce type peuvent être actionnés par des combustibles gazeux ou liquides vaporisables qui sont brlés dans une chambre de combustion et entraînent ainsi un piston de scellement d'éléments de fixation. 30 En général, avec des outils de scellement de ce type, on souhaite atteindre un rendement thermique aussi bon que possible. On connaît déjà, du document DE 42 43 617 Ai, un outil de scellement dans lequel une préchambre de combustion est disposée au-dessous du piston par rapport à la direction de 5 scellement et dans un cylindre auxiliaire. Dans la position initiale de l'outil de scellement, le piston se trouve dans la position la plus éloignée de la chambre de combustion principale, juste au-dessus de la préchambre de combustion. Dans cet appareil, le mélange combustible-air situé dans la 10 chambre de combustion principale est précomprimé par le fait qu'un mélange combustible-air est allumé dans la préchambre de combustion, ce qui a pour effet d'accélérer le piston en direction de la chambre de combustion principale et de provoquer ainsi une compression isotrope 15 du mélange combustible-air au-dessus du piston et dans la chambre de combustion principale. L'inconvénient de cette solution connue réside toutefois dans le fait qu'un outil réalisé selon le document DE 42 43 20 617 Ai est mécaniquement très compliqué, nécessite beaucoup d'espace pour les chambres supplémentaires et ne peut donc être produit qu'à un cot élevé. La présente invention a donc pour but de fournir un outil 25 de scellement du type indiqué précédemment, qui supprime les inconvénients connus et atteint un rendement thermique élevé. Selon l'invention, ce but est atteint en ce que la préchambre est formée par un compartiment situé à l'intérieur du guide-piston, et adjacent à la face 30 inférieure, orientée à l'opposé de la chambre de combustion principale, du piston- poussoir placé en position initiale, et en ce que la préchambre est au moins temporairement en communication avec la chambre de combustion principale par l'intermédiaire d'un passage. Par conséquent, il suffit donc que la préchambre dans l'outil de scellement soit entièrement formée par le 5 compartiment d'expansion du piston-poussoir situé à l'intérieur du guide-piston. On appelle compartiment d'expansion l'espace à l'intérieur du guide-piston qui, dans la position initiale du piston-poussoir, est adjacent à la chambre de combustion principale au niveau de la sous10 face de celle-ci. La mesure consistant à utiliser le compartiment d'expansion de piston comme préchambre permet, lors d'une opération de scellement, d'élever la pression dans la chambre de combustion principale sans accroître l'encombrement ni prendre de mesures compliquées du point 15 de vue mécanique. Entre la préchambre et la chambre de combustion principale est également prévu un canal de trop-plein à travers lequel un agent mis sous pression dans la préchambre peut passer 20 dans la chambre principale o se produit alors aussi une élévation de pression. Grâce à la mesure selon l'invention, qui consiste simplement à prévoir un canal de trop-plein entre la préchambre, laquelle peut être par exemple le compartiment d'expansion du piston-poussoir dans le guide25 piston, et la chambre principale, on peut réaliser un outil de scellement à structure très simple et facile à fabriquer, lequel possède néanmoins un rendement thermique élevé du fait de la précompression du mélange aircombustible placé dans la chambre principale. 30 Il est avantageux que la préchambre soit conformée directement en préchambre de combustion, dans laquelle est allumé un mélange air-combustible, les gaz de combustion et éventuellement le front de flammes pouvant, par l'intermédiaire du canal de trop-plein, respectivement du passage prévu, passer dans la chambre principale o ils provoquent une élévation de pression et éventuellement des 5 turbulences. Le mélange air-combustible dans la chambre de combustion est ainsi précomprimé avant d'être allumé par exemple à une pression déterminée. Dans le canal de tropplein est prévu un élément formant soupape, en particulier une soupape anti-retour qui permet à un agent de passer 10 dans la chambre principale à partir de la préchambre, mais qui interdit un reflux de la chambre principale vers la préchambre et se ferme en particulier lors de l'allumage d'un mélange air-combustible dans la chambre principale. Selon un développement judicieux de l'invention, il peut être avantageux que la préchambre soit divisée en deux chambres et, plus précisément, en une préchambre de combustion, dans laquelle un mélange air-combustible peut être allumé, et en une préchambre de compression qui, au 20 moment d'un allumage dans la préchambre de combustion, ne contient que de l'air, la préchambre de compression et la préchambre de combustion étant séparées l'une de l'autre par une plaque séparatrice dans une réalisation avantageuse. La plaque séparatrice est idéalement guidée à 25 coulissement sur la tige de piston du piston-poussoir et étanchée aussi bien par rapport au guide-piston que par rapport à la tige de piston. Lors de l'allumage d'un mélange air-combustible dans la préchambre de combustion, la plaque séparatrice est accélérée en direction de la 30 préchambre de compression par la pression des gaz dégagés, de sorte qu'il se produit une élévation de pression dans la préchambre de compression. Du fait de cette élévation de pression dans la préchambre de compression, le moyen formant soupape implanté dans le passage est ouvert et de l'air peut pénétrer dans la chambre de combustion principale et y augmenter ainsi la pression. Il est également avantageux que le dispositif d'allumage dans la chambre de combustion principale comporte un moyen pour la détection de la pression dans la chambre de combustion principale. Par l'intermédiaire de ce moyen de détection, comme par exemple d'un capteur de pression, un 10 signal déclenchant l'allumage peut être envoyé au dispositif d'allumage lorsque la pression dans la chambre de combustion principale a atteint, grâce à l'agent de la préchambre entrant par le canal de trop-plein, un niveau déterminé qui concide avec une valeur de consigne à 15 laquelle un allumage par le dispositif d'allumage doit être déclenché. Avec cette mesure, un allumage peut se dérouler de manière automatique et sans autre intervention de l'utilisateur dans la chambre principale lors d'une opération de scellement. En outre, il peut également être avantageux que le moyen formant soupape soit conçu de façon non seulement qu'il autorise le passage d'un agent à l'état de gaz, respectivement de vapeur de la préchambre à la chambre 25 principale, mais également qu'un front de réaction, comme par exemple un front de flammes, puisse passer de la préchambre, respectivement de la préchambre de combustion à la chambre de combustion principale à travers le moyen de valve. Grâce à cette mesure, un allumage du mélange air30 combustible peut se produire de manière simple dans la chambre de combustion principale par un transfert des flammes conjointement avec le front de pression à partir de la préchambre. Pour permettre une élévation de pression constante, il peut être judicieux que le piston-poussoir soit retenu dans sa position initiale par exemple par des moyens de retenue 5 magnétiques possédant une force de retenue déterminée. Ces moyens de retenue magnétiques peuvent être implantés soit dans la zone de la chambre de combustion principale, soit encore dans la zone même du guide-piston. Les forces de retenue sont calculées de façon que l'élévation de pression 10 due au remplissage de la chambre de combustion principale avec les agents admis provenant de la préchambre ne suffise pas à provoquer le retrait du piston à partir de sa position initiale. En effet, le retrait du piston-poussoir et un déplacement du piston-poussoir dans la direction de 15 scellement ne peuvent intervenir que lorsque le mélange air-combustible dans la chambre de combustion principale est allumé et qu'il se produit dans la chambre de combustion principale une élévation de pression qui excède la force de retenue des moyens de retenue magnétiques. 20 Dans une autre conception avantageuse de l'invention, le passage, respectivement le canal de trop- plein part de la préchambre du guide-piston juste derrière le pistonpoussoir lorsque celui-ci se trouve dans sa position 25 initiale. Grâce à cette mesure, le passage, respectivement le canal de trop-plein est fermé juste après la libération du piston-poussoir. D'autres avantages et mesures de l'invention apparaîtront à 30 la lecture de la description ci-après et à l'examen des dessins. Sur les dessins, l'invention est représentée au moyen d'un exemple de réalisation. Sont montrés sur: la figure 1, sous forme schématique, la chambre de combustion principale et le guide-piston d'un outil de scellement selon l'invention en vue en coupe transversale, en position initiale, sous forme schématique, l'outil de scellement selon l'invention de la figure 1 à l'issue d'un préallumage, la figure 2, O10 la figure 3, sous forme schématique, l'outil de scellement selon l'invention de la figure 1 à l'issue d'un allumage principal, sous forme schématique, l'outil de scellement selon l'invention de la figure 1 dans la position extrême du piston-poussoir, la figure 4, la figure 5, sous forme schématique, l'outil de scellement selon l'invention de la figure 1 à l'issue de l'opération de scellement dans une position intermédiaire par rapport à la position initiale, sous forme schématique, un deuxième mode de réalisation d'un outil de scellement dans une représentation correspondant à la figure 2 à l'issue d'un préallumage, la figure 6, la figure 7, sous forme schématique, un troisième mode de réalisation d'un outil de scellement dans une représentation correspondant à la figure 1 en position initiale. Sur les figures 1 à 5, l'outil de scellement actionné par 5 combustion interne selon l'invention est représenté sous la forme d'un exemple de réalisation. Sur la figure 1, le mécanisme de scellement de l'outil de scellement est représenté dans sa position de repos ou sa 10 position initiale. En plus de ce mécanisme de scellement, un outil de scellement selon l'invention peut aussi comporter d'autres éléments structurels non représentés tels qu'un carter, des composants électroniques, un magasin pour éléments de fixation, etc., lesquels sont connus de 15 l'homme de l'art. L'outil de scellement décrit dans le présent exemple de réalisation peut être entraîné par un gaz de combustion ou par un combustible liquide vaporisable. Un élément de 20 fixation tel qu'un clou, un goujon, etc. peut être enfoncé par le mécanisme de scellement dans un support non représenté ici lorsque l'outil de scellement est mis en contact, par l'intermédiaire de son guide-goujon non représenté ici, avec un support et déclenché. 25 Au mécanisme de scellement appartiennent notamment une chambre de combustion principale 11, un guide-piston, dans lequel un piston-poussoir 15 est monté à coulissement, et un guide-goujon (non représenté) dans lequel un élément de 30 fixation est guidé et o un élément de fixation peut être mis en mouvement par l'intermédiaire de l'extrémité côté direction de scellement, déplacée vers l'avant, du pistonpoussoir 15, respectivement de sa tige de piston 38 et être enfoncé dans un support. Le guide-goujon se raccorde dans la direction de scellement 40 au guide-piston 17. Les éléments de fixation peuvent être tenus en réserve par exemple dans un magasin accolé à l'outil. Dans le présent exemple de réalisation, il est également prévu, dans la chambre de combustion principale 11, un dispositif d'allumage 13, comme par exemple une bougie d'allumage, pour l'allumage d'un mélange aircombustible 10 placé dans la chambre de combustion principale 11 pour une opération de scellement. L'amenée du combustible dans le compartiment de combustion, respectivement dans la chambre de combustion principale 11 s'effectue par l'intermédiaire d'une amenée de combustible non représentée en détail, à 15 partir d'un réservoir de combustible, respectivement d'une source de combustible. Dans la chambre de combustion principale 11 est également implanté un moyen 14 pour la détection de la pression, comme par exemple un capteur de pression. Ce capteur permet d'allumer automatiquement le 20 mélange air-combustible dans la chambre de combustion principale 11 lorsqu'une pression déterminée est atteinte dans la chambre de combustion principale. Pour analyser l'impulsion de pression avec le moyen de détection de pression 14 et pour la comparer à une valeur de consigne, 25 une électronique d'analyse peut être implantée au niveau du dispositif d'allumage 13 ou du moyen 14 pour permettre un déclenchement automatique de l'allumage. Dans la zone de transition de la chambre de combustion 30 principale 11 au guide-piston 17 sont disposés des aimants qui servent à maintenir le piston-poussoir 15 avec une force de retenue prédéterminée dans sa position initiale 30 contre l'extrémité du guide-piston 17 tournée vers la chambre de combustion principale 11. partir de la face inférieure 16 du piston-poussoir 15 s'étend, à l'intérieur du guide-piston 17, une préchambre 5 20 qui est conformée en préchambre de combustion 21 et dans laquelle est disposée une unité d'allumage supplémentaire 23. Juste au-dessous du piston-poussoir 15 placé en position initiale 30 se trouve l'orifice débouchant 25 d'un passage, respectivement d'un canal de trop-plein 24 qui 10 relie la préchambre de combustion 21 à la chambre de combustion principale 11. Dans le présent exemple de réalisation, la position initiale 30 correspond au point mort haut du piston-poussoir 15. La distance entre l'extrémité de la chambre de combustion principale 11 15 située dans la direction de scellement 40 et l'orifice débouchant 25 du passage 24 dans la préchambre 20 correspond sensiblement à l'épaisseur axiale 18 du pistonpoussoir 15. Dans le passage 24 est implanté un moyen formant soupape 26, tel qu'une soupape anti-retour, par 20 l'intermédiaire duquel la communication entre la préchambre de combustion 21 et la chambre de combustion principale 11 est normalement interrompue. Ce moyen formant soupape 26 dans le passage 24 permet, en présence d'une pression positive dans la préchambre de combustion 21, de faire 25 passer un courant d'agent 42 de la préchambre de combustion 21 à la chambre de combustion principale 11, mais arrête un courant d'agent dans la direction inverse. l'extrémité du guide-piston 17 située dans la direction 30 de scellement 40 sont disposés un ou plusieurs éléments amortisseurs ou éléments d'arrêt 37 pour le piston-poussoir 15, lesquels évitent, respectivement amortissent un impact direct du piston-poussoir 15 sur le fond du guide-piston 17. Dans le guide-piston 17 sont également disposés, dans la zone de l'extrémité située dans la direction de scellement 5 40, une sortie 32, respectivement un échappement et, en biais en vis-à-vis, une soupape d'admission d'air 31. Sur la figure 1, la soupape d'admission d'air 31 est représentée fermée. Sur la figure 1, la sortie 32 est également fermée par l'intermédiaire d'un moyen de 10 fermeture, respectivement d'un manchon de commande 33. Le manchon de commande 33 est sollicité par l'élasticité d'un ressort à l'opposé de la direction de scellement 40 par l'intermédiaire d'un élément de ressort 34 qui, au niveau de son extrémité orientée à l'opposé du manchon de commande 15 33, prend appui sur le carter, ici non représenté, de l'outil de scellement. Dans le fond du manchon de commande 33 est prévue une ouverture qui sert de passage pour la tige de piston 38. Dans l'ouverture est prévu, en au moins un endroit, une surface conique, respectivement un cône 35 20 qui prend appui contre une bille 36. La fonction du manchon de commande 33 et de l'ensemble structurel cône 35/bille 36 sera exposée en détail ci-après. Sur la figure 1, l'outil de scellement se trouve à l'état 25 initial dans lequel un mélange combustible air-combustible se trouve déjà dans la préchambre de combustion 21 et l'outil a été mis en contact avec un support non représenté. La chambre de combustion principale 11 est fermée par rapport à l'environnement et isolée du guide30 piston 17 par l'intermédiaire du piston-poussoir 15. Dans la chambre de combustion principale 11 se trouve également déjà un mélange combustible aircombustible qui y a été introduit par exemple par une installation d'injection et/ou par une soupape d'admission d'air après ou pendant l'opération de mise en contact. Sur la figure 2, l'outil de scellement a été actionné par 5 l'intermédiaire d'une gâchette ou d'un dispositif de déclenchement (non représenté), de sorte que l'unité d'allumage 23 a été activée et qu'un allumage 29 s'est produit. L'élévation de pression produite par la combustion explosive dans la préchambre de combustion 21 a pour effet 10 d'admettre dans la chambre de combustion principale 11 des gaz encore imbrlés et/ou des gaz de réaction refoulés dans les directions 41 et 42 à travers le passage 24 dont le moyen formant soupape 26 s'ouvre sous la pression. Cette admission a pour effet d'accroître la pression imposée à la 15 chambre de combustion principale 11. Lorsque est atteinte dans la chambre de combustion principale 11 une pression prédéterminée qui est détectée par le capteur 14, il se produit, par l'intermédiaire du 20 dispositif d'allumage décrit précédemment 13, un allumage 19 du mélange air-combustible dans la chambre de combustion principale 11, comme cela est représenté sur la figure 3. Du fait de la combustion et de la pression des gaz de réaction en expansion 43 qui agissent sur le piston25 poussoir 15, la force de retenue des moyens de retenue magnétiques 12, respectivement des aimants est surmontée, et le piston est propulsé vers l'avant dans la direction de scellement 40. Du fait du déplacement vers l'avant du piston-poussoir 15 et donc de la tige de piston 38, le 30 manchon de commande 33 est amené, par les billes 36 entraînées par les cônes 35, à l'encontre de la force de l'élément de ressort 34, dans sa position avant o le manchon de commande 33 libère la sortie 32, respectivement l'échappement. De ce fait, les gaz d'échappement de précombustion peuvent s'échapper dans l'atmosphère. Le piston-poussoir 15 poursuit son déplacement dans le guidepiston 17 et, au moyen de sa tige de piston 38, peut 5 enfoncer un élément de fixation non représenté dans un support. Sur son trajet, le piston-poussoir 15 passe devant la sortie 32, de sorte que les gaz d'échappement de la 10 combustion survenue dans la chambre de combustion principale 11 peuvent finalement être eux aussi évacués 44 par la sortie 32 (figure 4). Lorsque le piston-poussoir 15 se trouve dans sa position extrême comme cela est représenté sur la figure 4, les gaz restant à l'intérieur 15 de la chambre de combustion principale 11 et à l'intérieur du compartiment créé par le guide-piston 17 commencent déjà à refroidir, de sorte que le piston-poussoir 15 est aisément déplacé de sa position extrême en direction de sa position initiale 30. Du fait de ce déplacement, les billes 20 36 libèrent immédiatement le manchon de commande 33, lequel est rappelé dans sa position de fermeture devant la sortie 32 sous l'action de l'élément de ressort 34 (figure 5). Comme cela est également visible sur la figure 5, la soupape d'admission d'air 31 s'ouvre elle aussi du fait de 25 l'effet d'aspiration du pistonpoussoir 15, lequel poursuit son déplacement dans la direction de rappel 46, de sorte que de l'air peut pénétrer dans la préchambre de combustion 21, comme cela est symbolisé par la flèche 45. Lorsque le piston-poussoir 15 se retrouve dans sa position initiale 30 contre les aimants 12, il se produit également un balayage de la chambre de combustion principale 11 par l'intermédiaire d'un dispositif de ventilation non représenté ici. En cas de nouvelle mise en contact de l'outil de scellement avec un support, le cycle décrit cidessus recommence. L'exemple de réalisation d'un outil de scellement représenté sur la figure 6 se différencie du mode de réalisation déjà décrit par le fait qu'un clapet 27 est disposé à l'extrémité du passage 24 débouchant dans la chambre de combustion principale 11 au lieu d'une valve 10 anti-retour. Lorsqu'un allumage 29 se produit au niveau de l'unité d'allumage 23 comme indiqué précédemment, le clapet 27 peut être ouvert par les gaz de réaction s'écoulant dans la direction d'expansion 41 et 42, de sorte que le front de flammes avancé 28 peut pénétrer jusque dans la chambre de 15 combustion principale 11. Ce front de flammes 28 a alors pour effet d'allumer dans la chambre de combustion principale 11 le mélange air-combustible qui s'y trouve. Toutes les autres séquences fonctionnelles de l'outil de scellement correspondent à celles déjà décrites en 20 référence aux figures 1 à 5. L'outil de scellement représenté sur la figure 7 se différencie de l'outil de scellement selon les figures 1 à 5 par le fait qu'à l'intérieur de la préchambre 20 est 25 disposée une plaque 39 qui est montée à coulissement sur la tige de piston 38 et à l'intérieur du guide- piston 17, la plaque séparant et étanchant toutefois aussi simultanément la préchambre de combustion 21 par rapport à une préchambre de compression 22 qui se trouve entre la plaque 39 et la 30 face inférieure 16 du piston-poussoir 15. Lorsque l'allumage d'un mélange air-combustible se produit au niveau de l'unité d'allumage 23, l'onde de pression engendrée est transmise indirectement à la préchambre de compression 22 par la plaque 39, laquelle se rapproche de la chambre de combustion principale 11 à l'opposé de la direction de scellement 40 sous l'action de la pression. Sous l'effet de la pression alors accrue dans la préchambre 5 de compression, le moyen formant soupape 26 implanté dans le passage 24 s'ouvre, ce qui provoque aussi une élévation de pression dans la chambre de combustion principale 11. l'atteinte de la pression prédéterminée, un allumage du mélange air-combustible se produit de la manière déjà 10 décrite dans la chambre de combustion principale 11 par l'intermédiaire du dispositif d'allumage 13. REVENDICATIONS 1. Outil de scellement actionné par combustion interne pour l'enfoncement d'éléments de fixation tels que 5 clous, goujons, broches ou analogues dans un support, avec au moins une chambre de combustion principale (11) pour un combustible compressible, avec un pistonpoussoir (15) qui est logé dans un guide-piston (17) et qui peut être entraîné dans la direction de scellement 10 (40) par l'intermédiaire de gaz en expansion provenant de la chambre de combustion principale (11), et avec une préchambre (20) dans laquelle une pression agissant sur la chambre de combustion principale (11) peut être établie avant l'allumage (19) d'un mélange combustible15 air dans la chambre de combustion principale (11), caractérisé en ce que la préchambre (20) est formée par un compartiment situé à l'intérieur du guide-piston (17), et adjacent à la face inférieure (16), orientée à l'opposé de la chambre de combustion principale (11), 20 du piston-poussoir (15) placé en position initiale (30), et en ce que la préchambre (20) est au moins temporairement en communication avec la chambre de combustion principale (11) par l'intermédiaire d'un passage (24). 2. Outil de scellement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la préchambre (20) comprend une préchambre de combustion (21) qui est au moins temporairement en communication avec la chambre de 30 combustion principale (11) par l'intermédiaire du passage (24) pourvu d'un moyen formant soupape (26, 27). 3. Outil de scellement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la préchambre (20) comprend une préchambre de combustion (21) et une préchambre de compression (22), la préchambre de compression (22) 5 étant au moins temporairement en communication avec la chambre de combustion principale (11) par l'intermédiaire du passage (24) muni du moyen formant soupape (26, 27). 4. Outil de scellement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la préchambre de compression (22) est séparée de la préchambre de combustion (21) par l'intermédiaire d'une plaque (39) guidée à coulissement dans le guide-piston (17) sur la tige de piston (38) du 15 piston-poussoir (15). 5. Outil de scellement selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans la chambre de combustion principale (11) est prévu un moyen (14) pour la 20 détection de la pression, lequel coopère avec le dispositif d'allumage (13) pour la chambre de combustion principale (11). 6. Outil de scellement selon une des revendications 1 à 5, 25 caractérisé en ce que le moyen formant soupape comprend une soupape anti-retour (26) qui, de préférence, laisse passer un courant d'agent (42) de la préchambre (20) à la chambre de combustion principale (11), mais arrête un courant d'agent dans la direction inverse. 30 7. Outil de scellement selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen formant soupape (27) forme un trajet pour un front de flammes en expansion (28) sortant de la préchambre de combustion (21). 8. Outil de scellement selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de retenue 5 magnétiques (12) qui retiennent le piston-poussoir (15) avec une force de retenue prédéterminée dans sa position initiale (30). 9. Outil de scellement selon une des revendications 1 à 8, 10 caractérisé en ce que la distance de l'orifice débouchant (25) du passage (24) dans la préchambre (20) à la chambre principale (11) correspond sensiblement à l'épaisseur axiale (18) du piston-poussoir (15).