Brevet FR2915123A1 — publié le 20081024

SYSTEME DE COMPRESSEUR ET D'OUTIL PNEUMATIQUE ASSOCIE FONCTIONNANT A BASSE PRESSION. L'invention concerne un système de compresseur et d'outil pneumatique associé fonctionnant à basse pression. On sait que les compresseurs de chantier produisent de l'air à une pression relativement élevée, à environ 7 bars, ce qui nécessite des installations relativement lourdes, génératrices de bruits et d'émission de gaz polluants. De plus, les outils pneumatiques associés (à haute pression) génèrent beaucoup de vibrations pour les personnes qui les manoeuvrent. L'invention vise à remédier à ces inconvénients et propose un système comportant au moins un compresseur d'un fluide gazeux et notamment d'air et au moins un outil pneumatique relié au compresseur, caractérisé en ce que ledit compresseur alimente ledit outil pneumatique en fluide gazeux à une pression relativement basse, comprise entre 0,5 et 2 bars et en ce que l'outil pneumatique est adapté pour fonctionner à une pression au plus égale à ladite basse pression, de préférence proche de ladite basse pression, étant adapté dans la cylindrée de sa chambre de travail, dans les circuits d'admission et d'échappement dudit fluide gazeux et dans le dispositif de distribution dudit fluide gazeux relativement à un outil similaire à haute pression pour fournir un travail utile à ce niveau de pression. Ledit compresseur peut comporter au moins un bloc à vis hélicoïdales complémentaires montées rotatives dans une chambre d'entraînement du fluide gazeux et lubrifiées avec étanchéité au moyen d'un dispositif d'introduction d'huile introduite dans la chambre du bloc à vis. Il peut naturellement être d'un autre type de fonctionnement (à pistons alternatifs ou rotatifs etc.). Lesdites vis hélicoïdales du bloc à vis peuvent tourner l'une sur l'autre à un jeu relativement serré (d'environ quelques centièmes de millimètres) et avec une faible quantité d'huile, de préférence un brouillard d'huile, ce qui réduit la quantité d'huile utilisée relativement aux vis correspondantes à haute pression, lesquelles tournent à un jeu important et nécessitent un filet d'huile pour leur lubrification, étanchéité et refroidissement. Lesdites vis peuvent tourner en service à un régime de rotation variable de 2 000 à 5 000 tr/mn environ, de façon sensiblement équivalente au régime de rotation des vis correspondantes à haute pression, mais elles peuvent tourner jusqu'à 10 000 tr/mn ou plus. Lesdites vis sont avantageusement en acier durcies à coeur à environ 70-90 kg/mm2 et en surface (sur quelques centièmes de millimètres) à environ 150-180 kg/mm2 de manière à subir une faible déformation en charge, à contenir des traces d'huile en surface, à limiter le refroidissement et à subir une usure faible dans le temps. Lesdites vis sont avantageusement traitées durcies en surface sur quelques centièmes de millimètres, avec une couche dure poreuse retenant l'huile en surface, par exemple par un traitement de surface de nitruration gazeuse dit "ARCOR" (marque déposée). De plus la chambre de compression du bloc à vis est pourvue de cavités internes relativement longues et profondes permettant un échappement plus en amont du fluide relativement à celles d'un bloc à vis classique fonctionnant à haute pression, ces cavités étant avantageusement en forme de haricot et d'une profondeur de quelques millimètres, correspondant au parcours du fluide sur les vis, et recevant ainsi le fluide gazeux à une pression d'environ 2 bars au lieu de 12-13 bars pour une chambre de compression classique de bloc à vis à haute pression. Le dispositif d'introduction d'huile comporte avantageusement un tube de venturi monté en dérivation du circuit d'alimentation de l'outil en fluide gazeux, aspirant l'huile introduite dans le bloc à vis par sa branche médiane (reliée à un réservoir d'huile) et dont au moins l'un des canaux intérieurs est formé avec un chemin restreint pour réaliser une faible consommation de fluide d'alimentation et d'huile d'introduction dans le bloc à vis. La sortie du tube venturi est formée avec un évasement de sortie en épaulement ou progressif apte à transformer l'huile de sortie introduite dans le bloc à vis en un brouillard d'huile. Le système comporte un dispositif de refroidissement du bloc à vis, externe et éventuellement interne, le refroidissement externe pouvant être à circulation d'eau ou d'air (par un dispositif ventilateur par exemple) à la surface du bloc à vis et le refroidissement interne être du type à faible circulation de fluide gazeux dans le bloc à vis, avec un échappement adéquat de celui-ci dans les périodes de faible charge ou hors service de l'outil pneumatique. Ledit outil pneumatique relativement à un outil similaire à haute pression, notamment dans le cas d'un marteau piqueur pneumatique comporte une cylindrée de chambre d'actionnement supérieure, dans un rapport de 1, 5 à 3 à celle dudit outil similaire, et de même les collecteurs d'admission et d'échappement du fluide gazeux ainsi que ledit dispositif de distribution du fluide gazeux à l'élément actionneur de l'outil. Il résulte de cette disposition de nombreux avantages. D'une part, au niveau du compresseur, la compression du fluide gazeux à basse pression nécessite beaucoup moins d'énergie que la compression à haute pression. Elle nécessite donc un moteur d'entraînement plus petit, moins lourd, et moins polluant. De plus, l'échauffement du bloc à vis est également bien moindre, d'où un dispositif de refroidissement réduit. D'autre part, au niveau de l'outil, le bruit de détente de l'actionneur de l'outil est également bien moindre et de même les vibrations de l'outil relativement à un outil à haute pression. De plus, un outil selon l'invention ne nécessite pas de gaine d'isolation phonique, ni de dispositif de suspension de ses poignées. L'invention est illustrée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation et en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - La figure 1 est une vue schématique d'un système de compresseur et d'outil pneumatique associé fonctionnant à basse pression selon l'invention, - La figure 2 est une vue schématique d'un système conventionnel de compresseur et d'outil pneumatique associé fonctionnant à haute pression, - La figure 3 est une vue en coupe schématique du dispositif de venturi du dispositif d'introduction d'huile dans le bloc à vis du compresseur selon l'invention, et - La figure 4 est une vue en coupe de la chambre de compression du bloc à vis du compresseur selon l'invention. Avec référence aux dessins et en particulier à la figure 1, un système de compresseur et d'outil pneumatique associé selon l'invention comporte essentiellement, tel que représenté, un compresseur d'air 1 entraîné par un moteur thermique 3 et un marteau piqueur pneumatique 5 relié au compresseur 1 au moyen d'un conduit souple d'alimentation en air comprimé 7. Le compresseur 1 comporte un bloc 9 à vis hélicoïdales complémentaires (représentées sur la figure 4) montées rotatives l'une avec l'autre dans une chambre du bloc à vis 9, lesdites vis en tournant aspirant l'air par un filtre à air 11 et entraînant l'air en compression à la sortie du bloc à vis dans une chambre de compression 13 à environ 2 bars, d'où l'air est acheminé par le conduit souple 7 jusqu'à l'outil 5. Le bloc à vis 9 est refroidi en surface par un ventilateur 15 ventilant de l'air sur le corps du bloc à vis 9. Le moteur thermique 3 est un moteur à pistons à 4 temps de faible puissance (4,8 kw environ) et de faible poids (16 kg environ) tournant à environ 2 000 tr/mn et entraînant les vis hélicoïdales au même régime de rotation ou différent suivant la transmission, dans le cas présent à 3 000 tr/mn environ avec un rapport de transmission de 0.65. Le bloc à vis 9 est lubrifié en cours de fonctionnement par un dispositif d'introduction d'huile 17 dans le bloc vis 9, au niveau de l'aspiration d'air des vis, en aval du filtre à air 11. Ce dispositif d'introduction d'huile 17 comporte un réservoir d'huile de compresseur 19 et un tube de venturi 21 monté par un conduit souple adéquat 23 en dérivation du conduit d'alimentation 7 en air comprimé de l'outil et dont la branche médiane aspirante 25 est reliée au réservoir d'huile 19, à sa partie de fond. Le collecteur 27 d'admission d'huile aspirée du tube de venturi 21 (figure 3) est formé avec un canal de section restreinte (de quelques dixièmes de millimètre) de façon à acheminer une faible quantité d'huile au canal de sortie 29 du tube de venturi. Dans la partie évasée de ce col de sortie, l'huile se mélange à l'air traversant le tube venturi 21 (selon flèche) pour former un mélange air-huile à forme de brouillard d'huile 31. Les vis hélicoïdales du bloc à vis 9 sont en acier, durcies à coeur à environ 80 kg/mm2 et en surface à environ 160 kg/mm2 sur quelques centièmes de millimètre de profondeur, par exemple 0,05 mm par un traitement de surface dit ARCOR à couche dure poreuse apte à retenir des traces d'huile. Ces traitements assurent en combinaison avec la lubrification à faible consommation d'huile (par brouillard d'huile) une faible déformation en charge des vis, une faible usure de celles-ci dans le temps et limitent leur refroidissement. Ce refroidissement peut être assuré en partie (en combinaison avec le refroidissement par ventilation externe 15) par le passage d'air frais dans les vis, à faible rotation de ces dernières, lorsque l'outil 5 n'est pas utilisé (utilisé en intermittence), cet air s'échappant par une soupape basse pression 33 disposée sur l'outil 5 ou sur le conduit d'alimentation 7, cette soupape 33 étant ouverte lorsque l'outil 5 est à l'arrêt et fermée lorsqu'il est en service. La chambre de sortie d'air comprimé ou de compression 13 du bloc à vis 9 comporte des cavités 35 en forme de haricot formées sur une profondeur de quelques millimètres et s'étendant longitudinalement le long du parcours de l'air sur les filets 37 des vis 39. Ces cavités 35 sont nettement plus longues et plus profondes que celles d'un bloc à vis classique à haute pression, l'air étant reçu à 2 bars environ, plus en amont dans la rotation des vis 39, au lieu de 12-13 bars dans une chambre de compression d'un bloc à vis à haute pression classique. Ainsi, le compresseur 1 comprenant les éléments mentionnés ci-dessus est de faible poids, ne dépassant pas 80 kg et il peut être logé dans un ensemble compact, mobile, monté sur roues, et apte à être logé dans le coffre d'un véhicule automobile. L'outil pneumatique 5 associé au compresseur 1 et dans le cas présent le marteau piqueur pneumatique fonctionnant avec de l'air comprimé à environ 2 bars est bien moins bruyant qu'un marteau piqueur pneumatique classique 5' (figure 2) fonctionnant avec de l'air comprimé à environ 7 bars ; il ne nécessite pas de gaine ou carter isolant phonique 41 entourant son corps, ni un dispositif de suspension 43 des poignées, comme un marteau classique 5' à haute pression, en raison d'un niveau de vibrations moindres. Il est à noter que pour obtenir un résultat équivalent si ce n'est plus efficace qu'un marteau classique 5', la cylindrée de la chambre d'entraînement de l'actionneur du marteau 5 selon l'invention et de même la section de ses collecteurs d'admission et d'échappement d'air, ainsi que celle du dispositif de distribution de l'air comprimé audit actionneur (non représenté), sont augmentées relativement à celles respectives d'un marteau piqueur pneumatique 5' à haute pression dans un rapport de 1,5 à 3 pour un poids de l'outil sensiblement équivalent. Le système de compresseur 1' et d'outil associé classique (figure 2) à haute pression (environ 7 bars) apportant un service d'outil comparable ou proche de celui du système de compresseur 1 et d'outil 5 selon l'invention est nettement plus lourd et plus encombrant que le système de compresseur 1 et d'outil associé 5 selon l'invention. Le bloc à vis 9' peut être sensiblement identique (à l'exception de la chambre de compression susmentionnée 13' et de la dureté des vis lubrifiées, avec étanchéité et refroidies par une consommation d'huile importante) mais lie moteur d'entraînement 3' pour parvenir à comprimer l'air aspiré à la haute pression à la sortie du bloc à vis, est beaucoup plus gros, étant par exemple de 18 kw avec un poids de 95 kg environ. Il nécessite en outre des dispositifs annexes lourds et encombrants, par exemple un réservoir d'huile 19' important avec séparateur d'huile 45, un dispositif volumineux de refroidissement d'huile 47 (radiateur et ventilateur) et le poids de l'ensemble monté sur un châssis de remorque s'élève à environ 500 kg. Ce qui précède démontre les caractéristiques avantageuses du système de compresseur et outil pneumatique associé selon l'invention. Naturellement, l'invention comporte de nombreuses variantes de réalisation. Ainsi, la conformation des vis peut être modifiée pour permettre d'utiliser un bloc à vis 9 plus petit, tournant éventuellement plus rapidement (jusqu'à :L0 000 tr/mn ou plus) pour parvenir à un volume d'air suffisant à basse pression pour actionner un outil pneumatique 5. En raison de la faible puissance nécessaire pour l'entraînement du bloc à vis 9, il est très facile de remplacer le moteur thermique 3 (de quelques chevaux) par un moteur électrique domestique correspondant, ce qui diminue encore le bruit de fonctionnement produit et les gaz émis pour activer un outil pneumatique 5. REVENDICATIONS 1. Système comportant au moins un compresseur (1) d'un fluide gazeux et notamment d'air et au moins un outil pneumatique (5) relié au compresseur (1), caractérisé en ce que ledit compresseur 1 alimente ledit outil pneumatique (5) en fluide gazeux à une pression relativement basse, comprise entre 0,5 et 2 bars et en ce que l'outil pneumatique (5) est adapté pour fonctionner à une pression au plus égale à ladite basse pression, de préférence proche de ladite basse pression, étant adapté dans la cylindrée de sa chambre de travail, dans les circuits d'admission et d'échappement dudit fluide gazeux et dans le dispositif de distribution dudit fluide gazeux relativement à un outil similaire à haute pression pour fournir un travail utile à ce niveau de pression. 2. Système selon la revendication 1, tel que ledit compresseur (1) comporte au moins un bloc (9) à vis hélicoïdales complémentaires (39) montées rotatives dans une chambre d'entraînement du fluide gazeux et lubrifiées avec étanchéité au moyen d'un dispositif d'introduction d'huile (17) introduite dans la chambre du bloc à vis (9). 3. Système selon la revendication 2, tel que lesdites vis hélicoïdales (39) du bloc à vis (9) tournent l'une sur l'autre à un jeu relativement serré (d'environ quelques centièmes de millimètres) et avec une faible quantité d'huile, de préférence un brouillard d'huile. 4. Système selon l'une des revendications 2-3, tel que lesdites vis (39) tournent en service à un régime de rotation variable de 2 000 à 10 000 tr/mn environ. 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, tel que lesdites vis (39) sont en acier durcies à coeur à environ 70-90 kg/mm2 et en surface (sur quelques centièmes de millimètre) à environ 150-180 kg/mm2 de manière à subir une faible déformation en charge, à contenir des traces d'huile en surface, à limiter le refroidissement et à subir une usure faible dans le temps. 6. Système selon la revendication 5, tel que lesdites vis (39) sont traitées durcies en surface sur quelques centièmes de millimètres, avec une couche dure poreuse retenant l'huile en surface, par exemple par un traitement de surface dit "ARCOR". 7. Système selon l'une des revendications 2 à 6, tel que ledit bloc à vis (9) comporte une chambre de compression (13) pourvue de cavités internes (35) relativement longues et profondes permettant un échappement plus en amont du fluide relativement à celles d'un bloc à vis classique (9') fonctionnant à haute pression, ces cavités (35) étant en forme de haricot et d'une profondeur de quelques millimètres, correspondant au parcours du fluide sur les vis (39), et recevant ainsi le fluide gazeux à une pression d'environ 2 bars. 8. Système selon l'une des revendications 2-7, tel que le dispositif d'introduction d'huile (17) comporte un tube de venturi (21) monté en dérivation du circuit d'alimentation (7) de l'outil (5) en fluide gazeux, aspirant l'huile introduite dans le bloc à vis (9) par sa branche médiane (25) (reliée à un réservoir d'huile (19)) et dont au moins l'un (27) des canaux intérieurs est formé avec un chemin restreint pour réaliser une faible consommation de fluide d'alimentation et d'huile d'introduction dans le bloc vis (9). 9. Système selon la revendication 8, tel que la sortie (29) du tube de venturi (21) est formée avec un évasement de sortie, en épaulement ou progressif, apte à transformer l'huile de sortie introduite dans le bloc vis (9) en un brouillard d'huile (31). 10. Système selon l'une des revendications 2 à 9, tel qu'il comporte un dispositif de refroidissement du bloc à vis (9), externe et éventuellement interne, le refroidissement externe pouvant être à circulation d'eau ou d'air (par un dispositif ventilateur (15) par exemple) à la surface du bloc à vis (9) et le refroidissement interne être du type à faible circulation de fluide gazeux dans le bloc à vis (9), avec un échappement adéquat (33) de celui-ci dans les périodes de faible charge ou hors service de l'outil pneumatique (5). 11. Système selon l'une des revendications précédentes, tel que ledit outil pneumatique (5) relativement à un outil similaire à haute pression (5'), notamment dans le cas d'un marteau piqueur pneumatique, comporte une cylindrée de chambre d'actionnement supérieure, dans un rapport de 1,5 à 3 et de même les collecteurs d'admission et d'échappement du fluide gazeux ainsi que le dispositif de distribution du fluide gazeux à l'élément actionneur de l'outil. 12. Système selon la revendication 11, tel que ledit outil pneumatique (5), notamment pour un marteau piqueur pneumatique, est dépourvu de gaine ou carter isolant phonique (41) et de dispositif de suspension (43) des poignées de l'outil.