Brevet FR2887797A1 — publié le 20070105

PROCEDE DE DETERMINATION DE DONNEES D'EXPLOITATION D'UN APPAREIL PORTATIF A ACTIONNEMENT MANUEL ET L'APPAREIL POUR LA MISE EN UVRE DU PROCEDE L'invention concerne l'adaptation de la puissance des appareils de fixation d'éléments de fixation dans un matériau support à la taille de ces éléments de fixation ainsi qu'à la nature du matériau. Comme éléments de fixation, on peut songer aux clous et aux agrafes. Plus généralement, l'invention s'applique à tous outils portatifs à actionnement manuel, du type, certes pour clouer, agrafer, mais également pour perforer ou encore démolir, bref tous outils ayant une utilité dans la construction, le bâtiment, les travaux publics, notamment. L'invention s'applique aux outils à gaz, mais sans pour autant exclure les outils à poudre, les outils électriques ou pneumatiques. Tous ces outils sont des outils à tir indirect, avec un piston d'entraînement, 20 notamment d'un tampon ou clou de fixation, le piston étant propulsé vers l'avant jusqu'à ce que sa tête vienne s'écraser contre un amortisseur. Tous ces outils encaissent de nombreux chocs, essentiellement deux à chaque tir, un au moment de la mise à feu, quand il s'agit d'un appareil à gaz ou à 25 cartouche, un autre, lorsque le piston s'écrase sur l'amortisseur. L'écrasement du piston sur l'amortisseur peut provoquer un deuxième choc a) peu de temps après le premier, qui est un choc important, en cas de tir à vide, b) un peu plus longtemps après, mais toujours relativement important, dans le cas, par exemple, d'un clou court ou d'un matériau tendre, c) plus longtemps après, dans le cas d'un clou long ou d'un matériau dur ou d) encore plus longtemps après, dans le cas d'un clou long ou d'un matériau très dur. Dans le premier cas a), l'appareil est très franchement en surpuissance, dans le second cas b), il l'est encore, mais moins, dans le troisième cas c), l'appareil n'est qu'en très légère surpuissance et, enfin, dans le quatrième cas d), l'appareil est en sous-puissance. Utiliser un appareil en sous-puissance n'est pas souhaitable, pas plus qu'en surpuissance, cela peut le détériorer et provoquer une usure précoce. On peut même vouloir alerter un opérateur de l'appareil en cas d'utilisation intensive en surpuissance ou en sous-puissance, voire même l'empêcher de continuer io d'utiliser son appareil. La demanderesse a voulu traiter ce problème de l'adaptation de la puissance d'un appareil de fixation aux conditions de son exploitation, voire même de l'adéquation de l'appareil lui-même à ces conditions d'exploitation, par is exemple en l'allégeant, ou en abandonnant quelques exigences de robustesse ou de résistance mécanique, dans un souci de vraiment adapter l'appareil aux stricts besoins pour lesquels il est destiné et d'allonger au mieux sa durée de vie. C'est ce problème qui constitue le fondement de la présente invention et de son activité inventive. Ainsi, l'invention concerne tout d'abord un procédé de détermination de données d'exploitation d'un appareil portatif à actionnement manuel et à tir indirect par un piston d'entraînement comprenant en outre des moyens de propulsion du piston et des moyens d'amortissement du piston, procédé dans lequel on exploite les données d'exploitation de l'appareil et on adapte l'appareil à ces données. L'adaptation peut être réalisée en temps réel et alors c'est son exploitation par avertissement à son opérateur, notamment en l'avertissant de tirs en sous-30 puissance ou en surpuissance. On peut ainsi mesurer la durée écoulée entre la mise à feu et le choc du piston sur les moyens d'amortissement. On peut adapter l'exploitation de l'appareil en déterminant l'énergie consommée et l'énergie résiduelle du piston sur les moyens d'amortissement, l'énergie consommée pouvant dépendre, dans le cas d'un appareil de fixation d'éléments de fixation, de la longueur des éléments et de la résistance du matériau support recevant les éléments. L'énergie résiduelle peut être déterminée par un capteur. Comme capteur, on peut songer à un capteur piézoélectrique, un capteur à jauges de contrainte, un accéléromètre ou autre détecteur de choc. Mais l'adaptation peut aussi être réalisée en temps différé, ou pour adapter la puissance de l'appareil dans un cadre de diagnostic, de maintenance ou même d'étude de conception des appareils futurs. Dans ce cas, on détermine les données d'exploitation de l'appareil et on les stocke dans l'appareil avant leur exploitation ultérieure. L'invention concerne également un appareil portatif à actionnement manuel et à tir indirect par un piston d'entraînement comprenant en outre des moyens de propulsion du piston et des moyens d'amortissement du piston, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour détecter le choc du piston contre les moyens d'amortissement. De préférence, le détecteur de choc est choisi dans le groupe comprenant un 25 capteur à jauges de contrainte et un capteur piézoélectrique. Avantageusement, l'appareil comprend des moyens de détection de la mise à feu et des moyens de calcul de la durée écoulée entre une mise à feu et le choc du piston contre les moyens d'amortissement. De préférence, les moyens de calcul sont agencés pour déterminer l'énergie résiduelle du piston au moment de son choc contre les moyens d'amortissement et, encore plus avantageusement à un seuil d'alerte. io 2887797 -4 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée de l'appareil de l'invention, en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 représente une vue en coupe de l'appareil de l'invention, 5 comportant un détecteur de choc et un module de calcul permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention; la figure 2 représente un schéma par blocs fonctionnels de l'appareil de l'invention et d'un système d'aide au diagnostic couplé à l'appareil; - la figure 3 représente les chronogrammes comparés correspondant à un tir à io vide et à deux tirs avec des éléments de fixation de longueurs différentes et - la figure 4 représente un organigramme du mode préféré de détermination de données d'exploitation de l'appareil de l'invention et de leur exploitation. is En référence à la figure 1, l'appareil est ici un appareil de fixation d'éléments de fixation à gaz. Il comporte, de façon classique, dans un boîtier 1, une culasse arrière 2, une chambre de combustion 3, un manchon de chambre de combustion 4, un cylindre 5, un piston 6, un guide-tampon 8 et un support de guide-tampon 7. Le guide-tampon 8 fait fonction de palpeur de mise en appui et de fermeture de la chambre de combustion 3. Le manchon de chambre de combustion 4 est monté coulissant sur le cylindre 5, ferme la chambre de combustion 3 à l'arrière et à l'avant, avec le piston 6 et le cylindre 5. Le piston 6, pourvu d'une tête postérieure 6', est monté coulissant dans le cylindre 5 qui est solidaire du boîtier 1. Le guide-tampon 8, faisant saillie hors du boîtier 1 à l'avant, est monté coulissant dans le support de guide-tampon 7 qui est solidaire du boîtier 1. Le cylindre 5 contient, à l'avant, un amortisseur 18, solidaire du cylindre 5, contre lequel la tête 6' du piston 6, propulsée vers l'avant lors d'un tir, est destinée à venir buter, et, à l'arrière, un ventilateur de mélange 16. Tous ces éléments de l'appareil ont un axe commun 9. Des ressorts 35, 36 sont destinés à rappeler vers l'avant, en position de repos le manchon 4, lors de la sortie d'appui de l'appareil. En position de repos de l'appareil, le manchon 4 et le guide-tampon 8 sont rappelés vers l'avant par les ressorts 35, 36 et la chambre de combustion 3 est ouverte à l'arrière. Un magasin d'alimentation ici en clous non représenté, communique avec le 5 guide-tampon 8, pour le chargement de clous dans le guide-tampon 8. L'appareil comporte un capteur piézoélectrique 23 entre le fond antérieur transversal 22 du cylindre 5 et l'amortisseur 18, à l'avant de celui-ci. On aurait également pu prévoir, collé sur la culasse 2, un accéléromètre ou un lo détecteur de choc à bille ou un capteur extensométrique à jauges de contrainte monté sur la culasse 2 ou le cylindre 5. Le capteur 23 aurait pu aussi être disposé dans l'amortisseur 18. Le capteur 23 est électriquement relié à un module de calcul 25, qui est une is carte électronique ici fixée sur la culasse 2, comportant essentiellement une fonction de calcul 26 qui sera détaillée plus loin. En référence à la figure 2, l'appareil comprend en outre des cartes mémoire 29 et 31 réinscriptibles, qui peuvent être situées sur le module 25, un voyant 33, tous reliés électriquement au module 25, et un conduit d'injection de gaz 10 qui est relié à un organe d'admission de gaz 11 (une électrovanne). Une bougie d'allumage et de mise à feu 12 plonge dans la chambre 3. L'électrovanne 11, reliée à une cartouche de gaz 15, pour l'ouverture et la fermeture du conduit 10, injecte dans la chambre 3, avant chaque tir, une quantité Q de gaz pendant une durée d'ouverture D correspondant à une puissance de tir P. Lors de la mise en appui de l'appareil contre un support 100 (figure 1), le guide-tampon 8 est entraîné vers l'arrière par rapport à son support 7, au cylindre 5 et au boîtier 1. Le déplacement du guide-tampon 8 entraîne vers l'arrière, par l'intermédiaire de la cage 24, le manchon 4, jusqu'à ce que la chambre de combustion 3 soit fermée à l'arrière par la culasse 2 et, à l'avant, par la tête 6' du piston 6 et le cylindre 5. Durant le recul du manchon 4 détecté par un contact 30, l'électrovanne 11 est ouverte par une fonction 20 de commande d'électrovanne du module 25 pendant la durée D et du gaz est injecté par le conduit 10 depuis la cartouche dans la chambre de combustion 3. Et lorsque le manchon 4 vient buter contre la culasse 2, il met en marche le ventilateur 16 afin de brasser le contenu de la chambre 3. Au tir commandé par l'utilisateur de l'appareil par des moyens de mise à feu 37, ces moyens 37 excitent, d'une part, une fonction de collecte 28 du module 25 et, d'autre part, la bougie 12 qui fait exploser le mélange de gaz et d'air contenu dans la chambre de combustion 3, ce qui provoque la propulsion du piston 6 vers l'avant avec une énergie cinétique totale Et égale lo à la puissance de tir P. Un clou ayant été mis en place dans le guide-tampon 8, le piston 6 vient frapper le clou qui est propulsé vers l'avant et s'enfonce dans le support 100 en consommant une énergie utile Eu. En fin de course, la tête 6' du piston 6 vient buter contre l'amortisseur 18 avec une énergie cinétique résiduelle Er, les gaz de combustion s'échappent du cylindre 5 et de la chambre de combustion 3 et le piston 6 est entraîné vers l'arrière pour revenir en position de repos. L'énergie Eu est telle que: Eu = Et Er A la sortie d'appui de l'appareil, les ressorts de rappel 35, 36 se relâchent, le 25 guidetampon 8 et le manchon 4 reviennent en position de repos et la chambre de combustion 3 s'ouvre à nouveau à l'arrière. Après fermeture de l'électrovanne 11 à l'instant to, le capteur de choc 23, en référence à la figure 3, peut détecter les chocs successifs 50, 51 ou 52 ou 53 résultant de l'explosion du mélange à un instant tl et de la dissipation de l'énergie Er de fin de course du piston 6 dans l'amortisseur 18 à différents intervalles de temps dtl, dt2, dt3 après tl selon les conditions d'exploitation 1, 2, 3. Condition 1: il n'y a pas de clou dans le guide-tampon 8, ce qui provoque un tir à vide. Cela peut arriver quand le magasin est vide. dtl est de durée minimale. D'autre part, les signaux 50 et 51 délivrés par le capteur de choc 23 sont sensiblement les mêmes et d'amplitude égale à al. Condition 2: le tir d'un clou court a été effectué. dt2 est d'une durée toujours supérieure à dtl maximale connue par expérience préalable et mémorisée dans la mémoire 29. Le tir reste toutefois un tir en surpuissance s avec une amplitude de signal d'énergie résiduelle a2, plus petite que al. Condition 3: le tir d'un clou long a été effectué. dt3 est d'une durée toujours supérieure à dt2 maximale connue par expérience préalable et mémorisée dans la mémoire 29. Le tir est en légère surpuissance avec une io amplitude de signal a3 plus petite que a2. Condition 4: l'une des conditions précédentes pour lesquelles a2 ou a3 ne sont même pas perçues; le tir est en souspuissance. On a considéré comme données d'exploitation la longueur des clous. La dureté ou la résistance du matériau récepteur en est une autre qui peut être combinée à la longueur des clous. Ainsi, la condition 2 peut correspondre à un matériau tendre et la condition 4 à un matériau très dur. Le calcul des durées dtl, dt2, dt3 est effectuée par la fonction de collecte 28 avec l'aide des tops temps réel d'une horloge 27. Ici, les durées dtl, dt2, dt3 sont calculées en effectuant la différence entre l'instant tl du signal de tir délivré par les moyens de mise à feu 37 et l'instant de réception tl+dtl, dt2, dt3 du deuxième choc 51, 52, 53 compté à partir de t l. Si, comme dans la condition 4, ce deuxième choc n'intervient pas dans un intervalle de temps prédéterminé, l'énergie totale Et est insuffisante ou, comme dans la condition 1, le tir est à vide, l'utilisateur est averti par une signalisation 33 particulière, visuelle ou sonore. Dans ce dernier cas, la fonction 26 compte le nombre de tirs à vide et bloque par un circuit ET 34 l'allumage de la bougie 12 si ce nombre dépasse un seuil prédéterminé mémorisé dans la mémoire 29. Dans des conditions normales de tir telles que les deux dernières cidessus, les amplitudes du choc 52, 53 en fin de course a2 et a3 sont plus petites que celle al correspondant au tir à vide. Ces données al, a2, a3 sont aussi, éventuellement, collectées par la fonction de collecte 28 et transmises à la fonction de calcul 26. La fonction de calcul 26 en déduit les énergies Et, Er et Eu à partir de ces 5 amplitudes al, a2, a3, qui sont directement représentatives des énergies cinétiques du piston 6 au tir et en fin de course. On pourrait également comparer l'amplitude du signal d'énergie résiduelle à un seuil et déclencher une alerte en cas de franchissement de ce seuil et io comme précédemment bloquer l'appareil si le nombre de franchissements dépasse un autre seuil. En référence à la figure 4, pour régler la puissance de tir P de l'appareil de fixation, on procède comme suit, l'adaptation de l'appareil étant alors is réalisée en temps différé. Lors d'une étape 103, le capteur 23 capte les données caractéristiques de l'exploitation al, a2, a3 aux instants t l, t2, t3 repérés par la fonction de détection 28, suivant les tops d'horloge temps réel de l'horloge 27. Lors d'une étape 104, la fonction de détection 28 relève les durées, entre l'instant de mise à feu et celui de l'impact de la tête 6' du piston sur l'amortisseur 18, dtl, dt2, dt3. A une étape 105, la fonction de calcul 26 calcule l'énergie résiduelle Er à partir des données al,a2, a3, et à l'étape 106 l'énergie utile Eu = Et Er représentative aussi du matériau support 100, compte tenu du clou y enfoncé. La nature des clous, notamment leur longueur, est déterminée à l'étape 108 par la fonction de calcul 26, en comparant les valeurs de dtl, dt2 ou dt3 aux valeurs dtl, dt2, dt3 maximales mémorisées dans la mémoire 29. La fonction 26 exécute ensuite une étape 109 de traitement dans laquelle elle détermine la nature du matériau par une opération 114 ou 116 ou autre choisie compte tenu de la longueur du clou et de l'énergie utile Eu calculée à l'étape 106, ou une opération 118 discriminant les tirs à vide ou en sous-puissance. Une fois l'opération 118 effectuée, on passe à une étape 112 d'enregistrement des données caractéristiques de l'exploitation dans la mémoire 31 et de comptage pour émettre un avertissement à l'utilisateur lors d'une étape 113 ou pour bloquer l'appareil en inhibant la porte ET 34. Sinon, lors d'une étape 110, on utilise l'énergie résiduelle Er non absorbée calculée à l'étape 105 pour calculer la puissance de tir P en fonction de données d'exploitation prédéterminées mémorisées en mémoire 29, c'est-à- io dire la durée D d'ouverture de l'électrovanne 11, par une opération 119 ou 120 ou autre choisie selon la nature de la fixation, longueur du clou ou autre, en fonction de la nature du matériau. Par exemple, on fixe l'énergie résiduelle à un pourcentage de l'énergie utile Eu calculée à l'étape 106. A une opération 111, on enregistre les données caractéristiques de l'exploitation de l'appareil dans la mémoire 31, et on met à jour la valeur de la durée D, qui vient d'être calculée, en mémoire 29. L'appareil est prêt pour une nouvelle utilisation dans laquelle, à l'étape 101, la fonction de commande 20 de l'électrovanne 11 utilise D juste mémorisé dans la mémoire 29 pour injecter une quantité de gaz Q optimale dans la chambre 3, à l'étape 102 les moyens de mise à feu 37 commandent l'allumage de la bougie 12 avec l'autorisation de la porte 34, et en même temps envoient un signal à la fonction de collecte 28 qui relève l'instant tl de son arrivée, avant de recommencer une nouvelle étape 103. En lisant la mémoire 31, la fonction de calcul 26 est en mesure, en retour de maintenance, de transmettre à un moyen de maintenance informatisé non représenté un historique de l'exploitation de l'appareil à l'aide d'une prise 32 prévue sur l'appareil, par exemple une liaison série RS 232. Il est alors possible d'évaluer globalement les conditions d'exploitation de l'appareil par son utilisateur lors de la maintenance de l'appareil et d'utiliser les enregistrements successifs comme aide au diagnostic de dépannage en recherchant dans les enregistrements de l'appareil les causes de défaillance ou d'usure constatées. Ordinairement, on détermine les dimensions des différents éléments de la 2887797 - io - structure de l'outil ci-dessus: cylindre, piston, manchon de chambre et culasse, etc. en fonction de l'énergie totale Et théorique dissipée lors du tir. Ici, on peut les déterminer en fonction de l'énergie Eu maximale, calculée 5 sur des données d'exploitation réelle d'un ensemble d'appareils pendant une durée déterminée, énergie qui est inférieure à Et. On pourra donc réaliser ultérieurement des structures d'outil plus légères, moins coûteuses. REVENDICATIONS 1 Procédé de détermination de données d'exploitation d'un appareil portatif à actionnement manuel et à tir indirect par un piston s d'entraînement (6) comprenant en outre des moyens (3, 15, 10-12) de propulsion du piston et des moyens (18) d'amortissement du piston, procédé dans lequel on exploite (23, 25) les données d'exploitation de l'appareil et on adapte l'appareil à ces données. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'adaptation est réalisée en temps réel. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel on adapte l'exploitation de l'appareil par avertissement (25, 26, 33) à son opérateur. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on avertit (33) l'opérateur de tirs en sous-puissance ou en surpuissance. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on mesure 20 la durée écoulée (dt) entre la mise à feu (tl) et le choc (t2, t3) du piston (6) sur des moyens d'amortissement (18). 6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on adapte l'exploitation de l'appareil en déterminant (23, 25) l'énergie consommée Et et l'énergie résiduelle Er du piston (6) sur les moyens d'amortissement (18). 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on détermine l'énergie résiduelle par un capteur (23, 25). 8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on réalise l'adaptation en temps différé pour adapter la puissance de l'appareil. - 12 - 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on détermine (103, 104, 105) les données d'exploitation de l'appareil et on les stocke (112) dans l'appareil avant l'exploitation ultérieure. 10.- Appareil portatif à actionnement manuel et à tir indirect par un piston d'entraînement (6) pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, comprenant en outre des moyens (3, 15, 10-12) de propulsion du piston (6) et des moyens (18) d'amortissement du piston (6), caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (23) pour détecter le choc du piston (6) contre les moyens d'amortissement (18). 11. Appareil selon la revendication 10, dans lequel le détecteur de choc (23) est choisi dans le groupe comprenant un capteur à jauges de contrainte et un capteur piézoélectrique. 12. Appareil selon l'une des revendications 10 et 11, dans lequel il est prévu des moyens (37) de détection de la mise à feu et des moyens de calcul (25) de la durée écoulée entre une mise à feu et le choc du piston (6) contre les moyens d'amortissement (18). 13.- Appareil selon la revendication 12, dans lequel les moyens de calcul (25, 26) sont agencés pour déterminer (105, 106) l'énergie résiduelle du piston (6) au moment de son choc contre les moyens d'amortissement (18). 14.- Appareil selon la revendication 13, dans lequel les moyens de calcul (25, 26) sont agencés pour utiliser l'énergie résiduelle Er et en déduire la puissance de tir P en fonction de données d'exploitation. 15.- Appareil selon l'une des revendications 10 à 14, dans lequel le détecteur de choc (23) est placé à l'avant des moyens d'amortissement (18) . - 13 - 16.- Appareil selon l'une des revendications 10 à 14, dans lequel le détecteur de choc est placé sur la culasse (2) de l'appareil. 17.- Appareil selon l'une des revendications 101 à 14, qui est un appareil 5 de fixation à gaz comprenant un cylindre (5) dans lequel est monté le piston (6) et le détecteur de choc est placé sur le cylindre (5).