Brevet FR2891760A1 — publié le 20070413

L'invention concerne à l'origine un appareil de scellement à gaz à combustion interne, dans lequel un piston est propulsé sous l'action de l'explosion d'un mélange de gaz et d'air pour, par l'intermédiaire de sa tige, venir frapper un clou, il s'agit alors d'un cloueur à gaz, ou autre élément de fixation. L'intérêt des appareils à gaz, par rapport à celui des appareils à poudre, est de pouvoir procéder à un très grand nombre de tirs sans le moindre rechargement. Aussi a-t-on cherché à augmenter au mieux l'efficacité de ces appareils à gaz. On utilise depuis un certain temps des appareils à fonctionnement à gaz comprenant une première chambre d'un premier volume comprenant des moyens pour enflammer un gaz combustible et générer une flamme, une deuxième chambre d'un deuxième volume et des moyens de mise en communication des deux chambres agencés pour permettre le passage de la flamme. Les appareils à deux chambres sont déjà relativement satisfaisants. Avec deux chambres, la première est une chambre de pré-compression qui permet d'accroître la pression d'explosion dans la deuxième chambre, la pression d'explosion dans un volume étant proportionnelle à la pression du mélange avant l'explosion. Si la deuxième chambre est délimitée en partie par le piston d'entraînement, grâce à cette pré-compression, le piston n'a que très faiblement bougé vers l'avant au moment où l'explosion se produit dans cette deuxième chambre de propulsion de piston, ce qui permet au piston de profiter correctement de l'énergie de combustion du gaz. Quand, de surcroît, il est prévu un ventilateur dans la chambre génératrice de flamme, on augmente la vitesse de combustion et le niveau de la pression maximale dans cette chambre, ce qui permet de réduire le temps de montée de cette pression et, par suite, de limiter encore le déplacement du piston dans sa chambre d'entraînement avant que ne s'y produise l'explosion et donc d'augmenter encore l'énergie de l'appareil. On notera que l'effet d'un ventilateur d'accélération est plus que significatif ; il permet de diviser le temps de montée en pression par un facteur de l'ordre de 10. Cependant, et même avec une chambre de pré-compression, ou pré-chambre de combustion, on ne profite pas pleinement de l'énergie de combustion du gaz et, par conséquent, on a cherché à encore accroître le niveau de pression et la vitesse de combustion dans la deuxième chambre d'entraînement et, ainsi, à augmenter l'énergie des appareils à deux chambres. Par le document FR-A-2 852 547, on connaît un appareil à fonctionnement à gaz comprenant une première chambre de pré-compression d'un gaz combustible et génératrice de flamme, une deuxième chambre de propulsion, des moyens de mise en communication des deux chambres agencés pour permettre le passage de la flamme et une troisième chambre intermédiaire de compression et d'accélération de la flamme reliant les première et deuxième chambres. Avec trois chambres, on est sûr qu'au moins tout le volume de mélange de la troisième chambre intermédiaire est poussé dans la deuxième chambre de propulsion pour y augmenter la pression, la flamme engendrée dans la première chambre passant par l'entrée et la sortie de la chambre intermédiaire. La demanderesse a encore cherché à augmenter l'énergie des appareils à gaz et c'est ainsi qu'elle propose son invention qui est un appareil de scellement à gaz à combustion interne, dans lequel un piston peut être propulsé sous l'action de l'explosion d'un mélange de gaz et d'air pour venir frapper un élément de fixation, appareil caractérisé par le fait qu'il comporte une première chambre de dosage de gaz, une deuxième chambre de préparation du mélange de gaz et d'air, agencée pour communiquer avec la première chambre, et une troisième chambre, agencée pour communiquer avec la seconde chambre, qui est délimitée par le piston et qui est une chambre de laminage et de propulsion. Grâce à la chambre de laminage et de propulsion, l'efficacité de la combustion dans cette chambre est considérablement accrue. La demanderesse entend élargir la portée de sa demande au-delà des seuls appareils de scellement. Et c'est ainsi qu'elle entend revendiquer tout appareil à main à gaz et à combustion interne, dans lequel un piston d'entraînement peut être propulsé sous l'action de l'explosion d'un mélange de gaz et d'air pour venir entraîner un élément, l'appareil étant caractérisé par le fait qu'il comporte une première chambre de dosage de gaz, une deuxième chambre de préparation du mélange de gaz et d'air, agencée pour communiquer avec la première chambre, et une troisième chambre, agencée pour communiquer avec la seconde chambre, qui est délimitée par le piston et qui est une chambre de laminage et de propulsion. Un appareil de scellement est un cas particulier de l'appareil à main, dont le piston est destiné à venir entraîner, ou frapper, un élément de fixation. Le piston de l'appareil à main de l'invention peut être une tige de vérin, par exemple d'un sécateur, d'une sertisseuse, d'une cisaille, d'un coupe-boulons, d'une poinçonneuse. L'appareil à main de l'invention pourrait même être encore une seringue hypodermique sans contact. Dans la forme de réalisation préférée de l'appareil de l'invention, les deuxième et troisième chambres sont séparées par un plateau mobile de laminage du mélange, avantageusement équipé de moyens de passage du mélange comprenant des moyens d'éjection (quasi)tangentielle du mélange dans la troisième chambre. De préférence encore, il est prévu un distributeur à trois voies dont une voie d'entrée de gaz et deux voies débouchant respectivement sur la première chambre de dosage et la deuxième chambre de préparation du mélange, la première chambre pouvant être reliée à la voie d'entrée de gaz ou à la deuxième chambre de préparation de mélange. Avantageusement encore, la chambre de dosage est délimitée par une paroi en cloche montée coulissante, sur un plateau fixe délimitant la deuxième chambre de préparation de mélange, contre l'action de moyens de rappel. Dans ce cas, et de préférence, la chambre de dosage est solidaire d'un plateau mobile fixé à la paroi en cloche et qui est soumis à l'action des moyens de rappel. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée de l'appareil de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une représentation schématique de l'appareil à trois chambres de dosage, de mélange et de laminage, en coupe axiale, en cours de remplissage de la chambre de dosage ; - la figure 2 est une représentation en coupe axiale de l'appareil de la figure 1, à la fin du remplissage de la chambre de dosage ; - la figure 3 est une représentation en coupe axiale de l'appareil de la figure 1, en cours de remplissage de la chambre de mélange de gaz et d'air ; - la figure 4 est une représentation en coupe axiale de l'appareil de la figure 1, en cours de remplissage de la chambre de laminage et de propulsion ; -la figure 5 est une représentation en coupe axiale de l'appareil de la figure 1, prêt au tir ; - la figure 6 est un ensemble d'histogrammes illustrant le fonctionnement de l'appareil des figures 1 à 5 ; - la figure 7 est une vue en coupe axiale et schématique du plateau mobile de laminage du mélange de gaz et d'air séparant les deuxième et troisième chambres de l'appareil et - la figure 8 est une vue de dessous du plateau de laminage de la figure 7. L'appareil de la figure 1 est un cloueur à gaz pour enfoncer des clous dans un matériau. Il comporte un corps 1 avec une poignée de manoeuvre et d'actionnement 2 et, en partie basse, un guide-pointe 3 et un bras 4 de réception d'une bande de clous et de chargement des clous dans le guide-pointe. Pour l'entraînement des clous, un piston 5, par sa tête 6, est monté coulissant dans un cylindre 7, contre l'action d'un ressort 8. Le piston 6 comporte une tige 9 de poussée des clous. Le corps 1 comporte un logement de réception d'une cartouche d'un gaz combustible destiné à être injecté dans un ensemble de chambres de combustion avant d'enflammer le mélange de gaz et d'air pour la propulsion du piston 6. Le corps 1 comporte encore un équipement d'allumage, non représentée, pour enflammer le mélange de la dernière chambre de propulsion 13. Il est ici prévu dans le corps 1 trois chambres 11, 12, 13. Une première chambre 11 de dosage de gaz est délimitée par une paroi latérale tubulaire 14, montée coulissante sur un plateau fixe 15, séparant la première chambre 11 de la deuxième chambre 12. Le plateau 15 constitue la paroi transversale aval de la chambre de dosage 11 et la paroi transversale amont de la deuxième chambre 12. La chambre de dosage 11 est également délimitée par un manchon 16 dont il constitue la paroi transversale amont, la paroi latérale 14, 2891760 -5 combinée au manchon amont 16, formant une paroi en cloche. Le manchon 16 est agencé pour jouer un rôle de piston. Il est prévu dans le corps 1 un distributeur 17 à trois voies, à savoir une voie d'entrée 18, destinée à être raccordée à la cartouche de gaz, et deux voies de sortie 29, 30 raccordées respectivement à une tubulure d'admission et de refoulement 19 de la chambre de dosage 11 et à une tubulure d'admission 20 de la deuxième chambre 12. La tubulure d'admission 19 de la chambre de dosage 11 est montée sur le plateau fixe 15 et traverse le manchon amont 16. La tubulure d'admission 19 est percée d'orifices 21 de passage de gaz. La paroi en cloche 14, 16 de la chambre de dosage 11 est solidaire d'un plateau mobile 22, auquel elle est fixée, ce plateau étant monté mobile contre l'action d'un ressort de rappel 23 en appui contre une paroi de fond 24 du corps 1 et une petite jupe tubulaire axiale 25, par un rebord extérieur 26. Cette jupe 25 est plaquée contre le plateau mobile 22 par le ressort 23 mais contre l'action d'un autre ressort 27 en appui contre le plateau mobile 22 et un rebord intérieur 28 de cette petite jupe 25. C'est dans un évidement central du plateau mobile 22 que sont montés la paroi tubulaire 14 et le manchon 16 de la chambre de dosage 11. La deuxième chambre 12 de préparation du mélange de gaz et d'air est agencée pour communiquer avec la chambre de dosage 11 par la tubulure d'admission et de refoulement 19 de la chambre de dosage 11, sa tubulure d'admission 20 et le distributeur à trois voies 17. Cette deuxième chambre 12 est délimitée par le plateau fixe 15, constituant sa paroi transversale amont, et un plateau mobile de laminage 31, constituant sa paroi transversale aval et qui la sépare de la troisième chambre de laminage et de propulsion 13. Le plateau de laminage 31 est pourvu d'orifices 37 de passage du mélange et d'éjection (quasi)tangentielle de ce mélange dans la troisième chambre 13, comme décrit plus en détail ci-après. La troisième chambre de laminage et de propulsion 13 est délimitée par le plateau de laminage amont 31 et, à l'aval, la tête de piston 6 ainsi que par une portion de paroi aval 32 du corps 1 de l'appareil. Un clapet 33 est monté dans le plateau fixe 15, mobile contre l'action d'un ressort 34, pour le passage de l'air dans la chambre de mélange 12. Une 2891760 -6 soupape 35 d'admission d'air dans la chambre de propulsion 13 est montée sur la portion de paroi aval 32 et peut être actionnée par une détente 36 montée sur la poignée de manoeuvre 2. Le fonctionnement de l'appareil va maintenant être décrit. En référence à la figure 1, le distributeur 17 est dans une position dans laquelle, la voie d'entrée 18 étant raccordée à une cartouche de gaz, le gaz sous pression de la cartouche est admis par la tubulure 19 et les orifices 21 dans la chambre de dosage 11 et pousse le piston amont 16 pour remplir la chambre 11, tout en comprimant le ressort 23, jusqu'à ce que le plateau mobile de laminage 31, solidaire de la paroi en cloche 14, 16 de la chambre de dosage 11, vienne en butée contre le plateau fixe 15 et que la chambre 11 contienne la bonne quantité de gaz pour un tir (figure 2). En référence à la figure 3, la position du distributeur 17 a été changée, pour fermer l'arrivée de gaz de la cartouche dans la chambre de dosage 11 et autoriser le transfert du gaz de la chambre de dosage 11 dans la chambre de mélange 12 par les orifices 21 et la tubulure 19, servant cette fois de tubulure de refoulement, et la tubulure d'admission 20 de la chambre de mélange 12. Dans ces conditions, la chambre de dosage 11 se vidant, le ressort 23 se détend en repoussant le plateau mobile 22, la paroi en cloche 14, 16 et le plateau de laminage 31. Concomitamment, par le clapet 33, la chambre de mélange 12 se remplit aussi d'un volume d'air approprié. En référence à la figure 4, on actionne la soupape 35 par la détente 36 et on change à nouveau la position du distributeur 17 pour autoriser l'admission de gaz dans la chambre de dosage 11 pour le tir suivant, ce qui entraîne le plateau de laminage 31 vers le plateau fixe 15. Le clapet 33 et la soupape 35 étant dans leur position de fermeture, le déplacement vers l'amont du plateau de laminage 31 force le mélange de gaz et d'air de la chambre de mélange 12 à passer, à travers les orifices d'éjection 37, dans la chambre de laminage et de propulsion 13. Du fait de l'éjection (quasi)tangentielle du mélange dans la chambre 13, le mélange s'y répand en strates ou lamelles, particulièrement propices à une excellente combustion. Quand le plateau de laminage 31 arrive en butée contre le plateau fixe 15 (figure 5), on commande l'équipement d'allumage pour le tir. A la mise à feu, le piston 5 est entraîné vers l'aval (l'avant de l'appareil), sa tête 6 passe devant une soupape d'évacuation (non représentée) puis est rappelé vers l' arrière par le ressort 8. La séquence de tir suivante se poursuit en référence aux figures 3 et suivantes. Le fonctionnement de l'appareil peut être illustré par les histogrammes de la figure 6. La figure 6A représente les périodes d'ouverture et de fermeture OCD de la chambre de dosage 11 sur la cartouche de gaz. La figure 6B représente la variation du volume VCD de la chambre de dosage 11. Pendant les durées d'ouverture, le volume augmente. Hors de ces durées d'ouverture, le volume diminue. La figure 6C représente l'extension ER du ressort 23 de rappel du plateau mobile 22 solidaire de la paroi en cloche 14, 16 de la chambre de dosage 11. Pendant les durées d'ouverture, ce volume diminue et, hors de ces durées, il augmente, contrairement au volume VCD de la chambre de dosage. La figure 6E représente les périodes d'ouverture et de fermeture Os de la soupape 35. Elle reste en position ouverte pendant le premier cycle d'ouverture-fermeture de la chambre de dosage 11, jusqu'au premier actionnement de la détente 36, puis se trouve en position de fermeture pendant les durées d'ouverture de la chambre de dosage. La figure 6F représente la variation du volume VcLP de la chambre de laminage et de propulsion 13 qui varie comme le volume VCD de la chambre de dosage 11. Enfin la figure 6G représente les cycles de tirs T, le premier intervenant à la fin de la durée d'ouverture de la deuxième période de la chambre de dosage, les autres à la fin de chaque durée d'ouverture. En référence aux figures 7 et 8, le plateau de laminage 31 comporte, du côté de la chambre de mélange 12, un disque 38 duquel est solidaire, du côté de la chambre de laminage et de propulsion 13, une plaque de laminage 39 percée des orifices de passage du mélange 37. Le disque 38, d'une section correspondant à la section intérieure de la chambre 12, est solidaire de la paroi tubulaire 14. Contre cette paroi, sont ménagées dans l'épaisseur du disque 38 des ouïes 40 de passage du mélange communiquant avec le côté amont de la plaque 39. Une cuvette annulaire 41 est formée du côté amont de la plaque 39 pour former, avec le disque 38 et ses ouïes de passage 40, un peigne de distribution du mélange sur la plaque 39. La paroi tubulaire 14 repose sur la partie centrale de la plaque 39. Un épaulement annulaire périphérique 42 est 2891760 -8 ménagé sur la plaque 39 pour recevoir un jonc annulaire d'étanchéité 43. Le laminage du mélange est créé dans la chambre de laminage et de propulsion 13 par éjection tangentielle du mélange du côté de la chambre 13 hors des orifices 37. Cette éjection tangentielle est assurée par un effet de vortex au travers des orifices de passage 37 créé ici par un organe fileté 44, du type vis, disposé dans chaque orifice 37. REVENDICATIONS 1. û Appareil à main à gaz à combustion interne, dans lequel un piston (5) peut être propulsé sous l'action de l'explosion d'un mélange de gaz et d'air pour venir entraîner un élément, appareil caractérisé par le fait qu'il comporte une première chambre de dosage de gaz (11), une deuxième chambre de préparation du mélange de gaz et d'air (12), agencée pour communiquer avec la première chambre (11), et une troisième chambre (13), agencée pour communiquer avec la seconde chambre (12), qui est délimitée par le piston (5) et qui est une chambre de laminage et de propulsion. 2. û Appareil à main à gaz selon la revendication 1, dans lequel les deuxième et troisième chambres (12, 13) sont séparées par un plateau mobile (31) de laminage du mélange. 3. û Appareil à main à gaz selon la revendication 2, sur lequel le plateau de laminage (31) est équipé de moyens (37) de passage du mélange comprenant des moyens (44) d'éjection (quasi)tangentielle du mélange dans la troisième chambre (13). 4. û Appareil à main à gaz selon la revendication 3, dans lequel les moyens d'éjection tangentielle comprennent des moyens (44) pour créer un effet de vortex dans les moyens de passage (37). 5. ù Appareil à main à gaz selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le plateau de laminage (31) comprend un disque (38) et une plaque (39) solidaires l'un de l'autre et conformés pour former un peigne de distribution du mélange de gaz et d'air. 6. û Appareil à main à gaz selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel il est prévu un distributeur (17) à trois voies dont une voie (18) d'entrée de gaz et deux voies (29, 30) débouchent respectivement sur la première chambre de dosage (11) et la deuxième chambre de préparation de mélange (12), la première chambre (11) pouvant être reliée à la voie d'entrée de gaz (18) ou à la deuxième chambre de préparation de mélange (12). 7. û Appareil à main à gaz selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la chambre de dosage (11) est délimitée par une paroi en cloche (14, 16) montée- 10- coulissante, sur un plateau fixe délimitant la deuxième chambre de préparation de mélange (12), contre l'action des moyens de rappel (23). 8. ù Appareil à main à gaz selon la revendication 7, dans lequel la chambre de dosage (11) est solidaire d'un plateau mobile (22) fixé à la paroi en cloche (14, 16) et qui est soumis à l'action des moyens de rappel (23). 9. ù Appareil à main à gaz selon l'une des revendications 1 à 8, qui est un appareil de scellement dont le piston est destiné à venir frapper un élément de fixation.