Brevet FR2848896A1 — publié le 20040625

Dispositif d'amorçage pour cartouches-film dans un outil fonctionnant par combustion, en particulier dans un outil de scellement pour éléments de fixation L'invention concerne un dispositif d'amorçage pour cartouchesfilm dans un outil fonctionnant par combustion, en particulier dans un outil de scellement pour éléments de fixation. Par le document DE 199 05 549 Al, on connaît déjà un 10 dispositif d'amorçage pour cartouches-film dans un outil fonctionnant par explosion qui est utilisé comme outil de scellement pour des éléments de fixation Ce dispositif d'amorçage comporte une partie de support, un isolant électrique inséré dans la partie de support, ainsi qu'une 15 électrode à broche se trouvant dans l'isolant électrique dont la pointe est en liaison avec le milieu ambiant par un canal qui s'étend à l'intérieur de l'isolant électrique dans la direction longitudinale de l'électrode à broche Au cours d'une opération de scellement, l'isolant électrique 20 presse contre une feuille conductrice de courant qui forme le fond d'une cartouche-film Par un arc électrique se formant dans le canal, la feuille conductrice de courant est amenée à fondre, ce qui entraîne l'amorçage de la charge propulsive dans la cartouche-film. La feuille conductrice du courant, qui forme la bande de couverture de la cartouche-film, est constituée d'aluminium et ne présente qu'une tenue réduite En outre, l'aluminium brle en donnant du A 1203 Or cette substance n'est pas souhaitable dans les outils du type cité De 30 plus, l'isolant est mécaniquement peu résistant On court ainsi le risque que l'électrode à broche centrale puisse être projetée à l'extérieur de l'isolant lorsque par suite de l'amorçage de la cartouche-film, de très hautes pressions se constituent Par ailleurs, des gaz chauds très tendus risquent de circuler entre l'électrode à broche et l'isolant et peuvent causer d'autres dommages. L'invention a pour but de perfectionner un dispositif 5 d'amorcage du type précité de manière qu'il présente une construction mécaniquement plus résistante et plus sre et que pour produire l'arc électrique, aucun élément électriquement conducteur ne soit plus nécessaire sur la cartouche-film. Ce but est atteint avec un dispositif d'amorçage pour cartouches-film dans un outil actionné à combustion, en particulier dans un outil de scellement pour éléments de fixation, comportant une partie de support, un isolant électrique inséré dans la partie de support, une électrode 15 à broche se trouvant dans l'isolant électrique dont la pointe est en liaison avec le milieu ambiant par un canal qui s'étend à l'intérieur de l'isolant électrique dans la direction longitudinale de l'électrode à broche, et une électrode annulaire électriquement conductrice, supportée 20 côté canal par la partie de support, qui laisse dégagé le canal et s'applique contre l'isolant. Grâce à l'utilisation de l'électrode annulaire électriquement conductrice, l'arc électrique destiné à amorcer une cartouche-film peut se former directement entre 25 l'électrode à broche et l'électrode annulaire, de sorte qu'il n'est plus nécessaire d'utiliser des cartouches-film présentant des zones électriquement conductrices, par exemple des cartouches-film comportant des feuilles d'aluminium Ceci entraîne une combustion plus propre 30 puisqu'il n'est plus produit d'A 1203, et donc un outil plus propre Si les feuilles classiques d'aluminium des cartouches-film sont remplacées par des feuilles plastiques, la stabilité ou la résistance aux hautes températures des cartouches-film augmente aussi, car les feuilles plastiques présentent à cet égard de meilleures propriétés que les feuilles d'aluminium. Pour perforer une feuille plastique résistante et 5 électriquement non conductrice, la pression dans le canal est augmentée Ceci est obtenu grâce au fait que le canal est réalisé si mince qu'une décharge d'arc remplit autant que possible tout le volume du canal L'arc électrique qui se forme lors de la décharge d'arc a une température 10 comprise entre environ 3 000 OC et 4 000 OC Cette température élevée et la forte dissociation des gaz dans l'arc permettent la constitution d'une pression très élevée qui est en mesure d'arracher ou de faire fondre entièrement la feuille plastique de la cartouche-film La 15 reconstitution du plasma lors du refroidissement dégage une énergie considérable qui est alors utilisée pour allumer un fluide propulseur ou un détonateur de la cartouche-film. L'arc qui se forme dans le canal brle entre l'électrode à broche et l'électrode annulaire, de sorte que 20 l'on peut renoncer à une feuille d'aluminium sur la cartouche-film L'électrode annulaire elle-même est réalisée à la manière d'un couvercle qui presse l'isolant dans un évidement de forme conique de la partie de support. Ceci a pour effet d'augmenter sensiblement la tenue de 25 l'isolant Par ailleurs, l'électrode annulaire est bombée sur le côté du magasin à cartouches, c'est-à-dire qu'elle est réalisée convexe sur le côté opposé à l'isolant La feuille de couverture, constituée de matière plastique, d'une cartouche-film, est ainsi mieux pressée contre 30 l'électrode annulaire lorsque la cartouche-film est pressée contre la partie de support, par exemple par une douille d'étanchéité pouvant coulisser axialement dans le magasin à cartouches Le pressage réduit le risque que des gaz chauds de la feuille de couverture puissent s'échapper et s'écouler dans l'espace compris entre l'électrode annulaire et la feuille de couverture L'électrode annulaire empêche en outre le contact direct entre les vapeurs de poudre sortant du magasin à cartouches et l'isolant, de sorte que 5 ce dernier est mieux protégé L'isolant est fabriqué de préférence en matière plastique et est plus élastique et donc moins cassant que la céramique. Selon une forme de réalisation de l'invention, l'électrode annulaire est vissée sur la partie de support 10 par un filetage de vis, de sorte qu'au besoin elle peut être facilement échangée et remplacée par un nouveau type ou un autre type. De préférence, le filetage de vis présente ici un jeu axial Ceci permet à l'électrode annulaire de suivre le 15 mouvement de ressort de l'isolant et d'éloigner les gaz chauds de celui-ci lorsqu'une cartouche-film est allumée. L'électrode annulaire est déformée mécaniquement à la manière d'un ressort Belleville Cette élasticité protège l'isolant contre une surcharge mécanique due aux 20 dilatations thermiques. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, la paroi périphérique du canal est formée par une douille insérée dans l'isolant, constituée d'une matière très résistante aux hautes températures, par exemple en 25 céramique Cette douille protège l'isolant de la chaleur de l'arc, et les dilatations thermiques ainsi que les pointes des contraintes mécaniques sont compensées par la flexibilité de la matière plastique adjacente de l'isolant. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, 30 l'isolant comporte un tronçon d'isolant de forme conique dont l'angle de cône s'ouvre en direction du canal Par ailleurs, l'électrode à broche peut aussi comporter un tronçon d'électrode de forme conique dont l'angle de cône 2848896 s'ouvre en direction du canal De préférence, l'angle de cône du tronçon d'électrode est choisi inférieur à l'angle de cône du tronçon d'isolant. Le tronçon d'électrode de forme conique de l'électrode 5 à broche empêche l'extrusion de l'isolant sous la pression des vapeurs de poudre à l'amorçage de la cartouche-film Il fonctionne de la même manière qu'un clapet de non-retour qui " flotte " dans la matière plastique souple de l'isolant Si l'angle de cône du tronçon d'électrode est 10 inférieur à l'angle de cône du tronçon d'isolant, on obtient entre le tronçon d'électrode et le tronçon d'isolant une fente en coin qui se rétrécit dans la " direction d'écoulement " de la matière plastique de l'isolant On s'oppose par là aussi à l'extrusion 15 indésirable de la matière plastique de l'isolant Enfin, le tronçon d'électrode de forme conique de l'électrode à broche est pressé par la pression balistique interne des vapeurs de poudre contre la matière plastique de l'isolant, de manière à le rendre étanche On empêche ainsi une 20 pénétration dangereuse des vapeurs de poudre entre l'électrode à broche et l'isolant On obtient par là une étanchéité et une tenue fiables de l'isolant malgré des variations de la température de l'outil. La figure unique représente un exemple de réalisation 25 de l'invention Il est montré une coupe axiale d'un outil à combustion dans la zone de son dispositif d'amorçage. L'outil est ici un outil à poudre. Selon la figure unique, l'outil comporte un corps de base de boîtier 1 dans lequel se trouve une chambre de 30 piston 2 cylindrique La chambre de piston 2 reçoit un piston-poussoir 3 qui est monté coulissant dans la direction axiale de la chambre de piston 2 L'axe central de la chambre de piston 2 porte la référence 4 et concide 6 2848896 avec la direction longitudinale de l'outil de scellement A l'intérieur du corps de base de boîtier 1 se trouve en outre un évidement cylindrique 5 dont l'axe de cylindre 6 s'étend coaxialement à l'axe central 4 Dans la zone 5 inférieure de l'évidement cylindrique 5, celui-ci est en liaison avec la chambre de piston 2, par un canal de liaison 7 s'étendant coaxialement à l'axe central 4. En variante, l'axe de cylindre 6 et l'axe central 4 pourraient toutefois aussi être inclinés l'un par rapport 10 à l'autre, par exemple être perpendiculaires l'un à l'autre, de sorte que l'on pourrait réaliser le concept dit side-fire L'évidement cylindrique 5 et la chambre de piston 2 sont ici inclinés l'un par rapport à l'autre. Face au côté ouvert de l'évidement cylindrique 5 est 15 disposé un fond de percussion 8 qui sert ici de partie de support à un dispositif d'amorçage de l'outil Le fond de percussion 8 est déplacable en direction du corps de base de boîtier 1 et à partir de celui-ci, à savoir le long des axes 4, 6 ou dans la direction de la flèche P Entre le 20 fond de percussion 8 et le corps de base de boîtier 1 est guidée une bande 9 de cartouches-film ou cartouches-blister 10 reliées entre elles Sur la figure, l'une des cartouches-blister 10 se trouve précisément dans sa position de mise à feu Les cartouches-blister 10 ne se 25 trouvent que sur une face de la bande 9, de sorte que celle-ci est dirigée par son autre face arrière plate vers le fond de percussion 8 Si le fond de percussion 8 est soulevé par rapport au corps de base de boîtier 1, la bande peut être transportée dans sa direction longitudinale pour 30 guider une cartouche-blister 10 usée à l'extérieur du magasin à cartouches et pour positionner à cet endroit une nouvelle cartouche La bande 9 est formée par une feuille de couverture lia constituée de matière plastique, qui est tournée vers le fond de percussion 8, et par une feuille 7 2848896 d'enveloppe de cartouche 11 b, solidaire par endroits de cette feuille de couverture lia, et qui sinon fait saillie de la feuille de couverture lia pour former une cartoucheblister 10 ou cartouche-film La feuille d'enveloppe de 5 cartouche 11 b est également constituée de matière plastique. Dans l'évidement cylindrique 5 du corps de base de boîtier 1 est insérée une douille d'étanchéité 12 qui peut coulisser dans sa direction longitudinale, c'est-à-dire 10 dans la direction longitudinale de l'axe de cylindre 6 La douille d'étanchéité 12 est ici montée élastiquement flexible à l'intérieur de l'évidement cylindrique 5 A cet effet, il est prévu un ressort de compression 13 qui est réalisé hélicodal et entoure concentriquement la douille 15 d'étanchéité 12 Le ressort de compression 13 prend appui d'une part contre le corps de base de boîtier 1 et d'autre part contre une surface dirigée vers le corps de base de boîtier d'une bride périphérique 14 extérieure sur le côté frontal, dirigé vers le fond de percussion 8, de la douille 20 d'étanchéité 12 Le ressort de compression 13 tend donc à presser la douille d'étanchéité 12 toujours en direction du fond de percussion 8 Pour empêcher que, sous l'effet du ressort de compression 13, la douille d'étanchéité 12 ne soit pressée à l'extérieur de l'évidement cylindrique 5, la 25 douille d'étanchéité 12 est vissée, par un filetage périphérique 15, dans un taraudage 16 de la paroi intérieure de l'évidement cylindrique 5 Les filetages 15, 16 ont un jeu axial, ce qui permet un léger déplacement de la douille d'étanchéité 12 en direction de l'axe central 6. 30 Les filetages 15, 16 empêchent toutefois aussi que la douille d'étanchéité 12 ne ressorte de l'évidement cylindrique 5 sous l'effet du ressort de compression 13. Sur son tronçon inférieur tourné vers le piston 3, la douille d'étanchéité 12 possède un canal périphérique extérieur 17 dans lequel sont montées trois bagues 18, 19, 20 dites FEY afin de rendre étanche la fente périphérique entre la douille d'étanchéité 12 et le corps de base de boîtier 1 ou la paroi intérieure de l'évidement cylindrique 5 5 Une face frontale inférieure 21, dirigée vers le piston 3, de la douille d'étanchéité 12, se trouve toujours à distance d'un fond 22 de l'évidement cylindrique 5 duquel part le canal de passage 7. La douille d'étanchéité 12 présente sur son côté 10 intérieur une forme telle qu'elle constitue un magasin à cartouches 23 La cavité constituant le magasin à cartouches 23 présente à peu près la forme de la cartoucheblister 10 qui doit être stockée dans celle-ci. Le fond de percussion 8 porte le dispositif d'amorçage 15 déjà mentionné de l'outil Ce dispositif d'amorçage se trouve face au magasin à cartouches 23 et est disposé coaxialement à l'axe central 6 Le dispositif d'amorçage comprend un isolant 24, une électrode à broches 25, une douille céramique 26 et une électrode annulaire 27 Tous 20 les éléments 24, 25, 26 et 27 sont solidaires du fond de percussion 8 ou déplaçables avec celui-ci Par des lignes de liaison 28 ou 29, l'électrode à broche 25 peut être reliée au pôle négatif d'une source de tension et l'électrode annulaire 27 au pôle positif de la source de 25 tension. L'électrode à broche 25 a la forme d'une barre cylindrique et présente une pointe 30 qui est dirigée vers le magasin à cartouches 23 L'extrémité, tournée à l'opposé de la pointe 30, de l'électrode à broche 25, est reliée à 30 la ligne de liaison 28 A distance de la pointe 30 et à l'intérieur du fond de percussion 8, l'électrode à broche 25 comporte un tronçon d'électrode 31 de forme conique dont l'angle de cône 3 s'ouvre en direction du magasin à 9 2848896 cartouches 23 Devant et derrière le tronçon d'électrode 31 de forme conique, l'électrode à broche 25 est réalisée cylindrique, comme déjà mentionné, et avec le même diamètre de cylindre L'électrode de broche cylindrique 25 est coaxiale à l'axe central 6. Sur la pointe 30 de l'électrode de broche 25, se trouve la douille céramique 26 qui est également disposée coaxialement à l'axe central 6 Du fait de la douille céramique 26, on obtient un canal 32 de diamètre très petit 10 qui peut être désigné aussi par chambre centrifuge A l'intérieur de celle-ci il se forme un arc lorsqu'une haute tension est appliquée aux lignes de liaison 28, 29. L'électrode à broche 25 comme la douille céramique 26 sont reçues par l'isolant 24 I 1 entoure périphériquement 15 les deux éléments 25, 26 et se trouve dans un évidement 33 de forme conique à l'intérieur du fond de percussion 8 qui s'ouvre en direction du magasin à cartouches 23 L'isolant 24 est constitué de matière plastique et est inséré ajusté dans l'évidement 33 I 1 possède donc un tronçon d'isolant 20 34 de forme conique dont l'angle de cône a s'ouvre en direction du magasin à cartouches 23 Le tronçon d'isolant 34 de forme conique est également coaxial à l'axe central 6 Dans son extrémité, tournée à l'opposé du magasin à cartouches 23, le tronçon d'isolant 34 de forme conique se 25 prolonge par un tronçon cylindrique 35, afin d'isoler à cet endroit l'extrémité arrière 36 de l'électrode à broche 25. A son extrémité tournée vers le magasin à cartouches 23, le tronçon d'isolant 34 de forme conique se prolonge par un tronçon conique 37 se rétrécissant et se terminant sur la 30 douille céramique 26, tronçon duquel ressort un peu la douille céramique 26. L'électrode annulaire 27 est vissée sur un appendice 8 a, coaxial à l'axe central 6 et dirigé vers le magasin à no 2848896 cartouches 23, du fond de percussion 8 L'électrode annulaire 27 est réalisée sous la forme d'un couvercle et comporte une bride périphérique 38 qui porte sur son côté intérieur un taraudage 39 qui repose sur un filetage 5 extérieur 40 de l'appendice 8 a Ce filetage de vis 39, 40 possède un jeu axial L'électrode annulaire 27 en forme de couvercle recouvre le tronçon conique 37 de l'isolant 24 et vient se placer aussi sur le côté frontal de la douille céramique 26 qui est dirigé vers le magasin à cartouches 10 23 Coaxialement à l'axe central 6, l'électrode annulaire 27 présente une ouverture de passage 41 dont le diamètre correspond au diamètre du canal 32 A l'intérieur, l'électrode annulaire 27 est également réalisée conique et s'ajuste sur le tronçon conique 37. Le mode de fonctionnement de l'outil suivant l'invention est décrit ciaprès plus en détail. On éloigne d'abord le fond de percussion 8 du corps de base de boîtier 1 en direction de l'axe central 6 La distance est maintenant suffisante pour transporter la 20 bande 9 et pour disposer une cartouche-blister 10 dans la zone comprise entre le fond de percussion 8 et le corps de base de boîtier 1 La douille d'étanchéité 12 est pressée sous l'effet du ressort 13 en direction du fond de percussion 8, mais le filetage 15, 16 empêche un 25 déplacement trop grand Si maintenant le fond de percussion 8 est déplacé en direction du corps de base de boîtier 1, il emporte la bande 9 dans cette direction et pousse une cartouche-blister 10 dans le magasin à cartouches 23 Le déplacement du fond de percussion 8 en direction du corps 30 de base de boîtier 1 s'effectue ici suffisamment pour que le ressort de compression 13 soit comprimé et presse ainsi la douille d'étanchéité 12, par la bride 14, en direction du fond de percussion 8 On obtient ainsi une certaine force de pression dans la zone périphérique de la l 1 cartouche-blister 10 Par application d'une tension aux lignes de liaison 28, 29, il se forme maintenant un arc dans le canal 32; celui-ci fait ainsi entièrement fondre la feuille de couverture lia de la bande 9, ce qui entraîne 5 l'allumage d'une charge propulsive à l'intérieur de la cartouche-blister 10 Du fait de la très haute pression des gaz qui se constituent alors à l'intérieur du magasin à cartouches 23, la douille d'étanchéité 12 est pressée, par sa surface frontale 21, encore plus fortement en direction 10 du fond de percussion 8, pour rendre totalement étanche la zone comprise entre la douille d'étanchéité 12 et l'électrode annulaire 27 Le piston 3 est ici aussi accéléré en direction de l'extrémité avant de l'outil, pour enfoncer dans un support un élément de fixation non 15 représenté. Sous l'effet de la pression très élevée des gaz se formant lors de l'amorçage de la cartouche-blister 10 dans le magasin à cartouches 23, l'isolant 24 et l'électrode à broche 25 sont pressés en direction du fond de percussion 8 20 ou à l'intérieur de celui-ci Ils ne peuvent toutefois être projetés à l'extérieur de celui-ci, ce qui est empêché par le tronçon d'isolant 34 de forme conique et le tronçon d'électrode 31 de forme conique Dans cette zone, on obtient aussi un bon effet d'étanchéité par rapport aux gaz 25 sortants, car dans la zone de la fente conique entre le fond de percussion 8 et le tronçon d'électrode 31 de forme conique, se trouve une sorte de clapet de non-retour La matière de l'isolant 24 est pressée à l'intérieur de cette zone conique et assure ainsi mieux l'étanchéité D'autre 30 part, l'électrode annulaire 27 de type couvercle est maintenue par le filetage 39, 40, assurant un jeu axial, sur l'appendice 8 a du fond de percussion 8, de sorte qu'en cas de pression élevée des gaz dans le magasin à cartouches 23, l'électrode annulaire 27 est pressée avec l'isolant 24 en direction du fond de percussion 8 et on empêche par là qu'il se forme, entre le côté intérieur de l'électrode annulaire 27 et le tronçon conique 37, une fente à travers laquelle le gaz peut s'échapper La zone comprise entre 5 l'électrode annulaire 27 et le tronçon conique 37, qui reposent ici l'une sur l'autre de manière ajustée, est ainsi toujours fermée de manière étanche. 13 2848896 REVENDICATIONS 1 Dispositif d'amorçage pour cartouches-film ( 10) dans un outil fonctionnant par combustion, en particulier dans un outil de scellement pour éléments de fixation, comportant une partie de support ( 8) ; un isolant électrique ( 24) inséré dans la partie de support ( 8) ; une électrode à broche ( 25) se trouvant dans 10 l'isolant électrique ( 24) dont la pointe ( 30) est en liaison avec le milieu ambiant par un canal ( 32) qui s'étend à l'intérieur de l'isolant électrique ( 24) dans la direction longitudinale de l'électrode à broche ( 25) ; et une électrode annulaire ( 27) électriquement conductrice, supportée côté canal par la partie de support ( 8), qui laisse dégagé le canal ( 32) et s'applique contre l'isolant ( 24). 2 Dispositif d'amorçage selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que l'isolant ( 24) comporte un tronçon d'isolant ( 34) de forme conique dont l'angle de cône (a) s'ouvre en direction du canal ( 32). 3 Dispositif d'amorçage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'électrode à broche ( 25) comporte 25 un tronçon d'électrode ( 31) de forme conique dont l'angle de cône (P) s'ouvre en direction du canal ( 30). 4 Dispositif d'amorçage selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'angle de cône (P) du tronçon d'électrode ( 31) est inférieur à l'angle de cône (c) du 30 tronçon d'isolant ( 34). Dispositif d'amorçage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la paroi périphérique du canal ( 32) est formée par une douille ( 26), insérée dans l'isolant ( 24), constituée d'un matériau très résistant aux hautes températures. 6 Dispositif d'amorçage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la douille ( 26) est en céramique. 7 Dispositif d'amorçage selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'électrode annulaire ( 27) est 10 conformée en couvercle qui présente une courbure convexe sur son côté tourné à l'opposé de l'isolant ( 24). 8 Dispositif d'amorçage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'électrode annulaire ( 27) est vissée sur la partie de support ( 8) par 15 un filetage de vis ( 39, 40). 9 Dispositif d'amorçage selon la revendication 8, caractérisé en ce que le filetage de vis ( 39, 40) présente un jeu axial.