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Outil à percussion à masse animée d'un-mouvement alternatif.
EMI1.1
Société -: SIEMENS- SCHUCKERTWERKE.. AKTIENGESELLSCHAFT.
L'invention concerne des outils à percussion à masse animée d'un mouvement alternatif et reliée à un orga- ne de commande, également animé d'un mouvement alternatif, par deux systèmes de ressorts qui transmettant le mouvement de l'organe de commande à la masse. Le mouvement alterna- tif de l'organe de commande est presque toujours obtenu par la liaison de cet organe au moyen d'une bielle et d'une manivelle avec l'arbre rotatif d'un moteur de commande.
L'invention indique un moyen d'améliorer considérablement la puissance de ces outils à percussion.
A cet effet,, suivant l'invention, les constantes d'élasticité des ressorts des deux systèmes de ressorts par lesquels la masse est reliée à l'organe de commande animé d'un mouvement alternatif sont choisies de façon à être
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différentes. La masse est reliée de préférence à 1* organe de commande, par son extrémité recevant le choc, au moyen d'un ressort dont la constante d'élasticité est grande.,et par son extrémité oscillant librement, au moyen d'un res- sort dont la constante d'élasticité est par contre petite.
La constante d'élasticité du ressort est dans ces condi- tions un nombre indiquant le travail à dépenser pour com- primer un ressort à boudin par exemple dans une mesure dé- terminée, On obtient donc la puissance de percussion supérieure par le fait que, lors du retour do l'organe de commande vers le moteur, un peu avant la fin de ce mouve- ment, le ressort do choc détendu, dont la constante d'élasticité est la plus grande, reçoit par l'énergie de retour de la masse une tension préalable qui est utilisée dans le sens de la percussion de la masse pendant le mou- vement d'aller suivant de l'organe de commande.
Les cons- tantes d'élasticité des ressorts des deux systèmes sont choisies de préférence de façon que la grandeur de l'éner- gie pouvant être absorbée par le ressort monté à l'extré- mité de la masse qui:reçoit le choc soit à peu près égale à celle qui est donnée par la somme de l'énergie pouvant être absorbée par le ressort monté à l'extrémité de la masse qui oscille librement, et de l'énergie de retour existant dans le marteau après le choc.
La fig. 1 montre un exemple de réalisation de l'intention appliqué à un marteau actionné par un moteur électrique.
A l'extrémité supérieure du bâti 11 du marteau est monté le moteur électrique 12, dont l'arbre porte un petit pignon conique 13. Ce pignon entraîne la grande roue conique 14 qui porte une manivelle 15 sur laquel- le est articulée une bielle 16. ,Cette bielle actionne un curseur 17. La'masse 22 est reliée au curseur 17
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par deux ressorts, le ressort de rappel 19 et le ressert de choc 21. Ces ressorts s'appuient extérieurement sur les plateaux 18 et 23 de la masse et antérieurement sur la face inférieure 20 'du curseur 17. La constance d'élasticité du ressort de rappel est sensiblement plus petite que celle du resport de choc 21. Lorsque la masse se déplace vers le bas, elle frappe l'outil, par exemple le burin 24.
Le fonctionnement du marteau est le suivant :
Lorsque la grande roue conique 14 est mise en mouvement par le moteur électrique 12, qui peut aussi être remplacé par un flexible actionné du dehors, la mani- velle 15 et la bielle 16 impriment au curseur un mou- vement alternatif dans le bâti du moteur. Lorsque le cur- seur revient vers le moteur après l'impulsion, le ressort de rappel 19, dont la constante d'élasticité est la plus petite, est comprimé par suite de l'inertie de la masse et le ressort de choc 21, dont la constante d'élasticité est la plus grande, se détend. Un peu avant la fin du mouvement du curseur, mouvement qui se ralentit à la fin, le ressort de rappel se détend pendant le mouvement de la masse et il .imprime 'à la masse une accélération supplément taire dans son mouvement vers le moteur.
Cette accéléra- tion de la masee donne une certaine tension préalable au ressort de choc 21.
Par suite du déplacement subséquent du curseur du côté du choc, le ressort de choc se tend davantage, ce qui oblige simultanément la masse à revenir en arrière.
Un peu avant la fin du mouvement du curseur dans le sens du choc, mouvement qui se ralentit à la fin, le ressort de cho.o se détend et il imprime à la masse une accéléra- tion supplémentaire dans le sens du choc. Au moment où la masse atteint son maximum de vitesse', elle cède
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son énergie de mouvement à l'outil 24 par l'impact.
Le dispositif décrit permet d'augmenter sensible- ment la -ouissance de percussion du marteau et de réduire sen- siblement les réactions sur les mains de l'opérateur. On peut obtenir un effet particulièrement bon de l'outil à percussion en faisant en sorte que la masse soit montée de.façon à ne coulisser que sur l'organe de commande animé d'un mouvement alternatif ou à l'intérieur de cet organe., dans le sens de son axe longitudinal, et qu'elle n'ait pas besoin d'être guidée à aucun autre endroit d'autres..pièces de construction.
L'avantage de cette disposition, c'est que .le frottement propre de la masse est réduit au minimum. En conséquence un outil à -oercussion ainsi construit ,a un très, grand rende- ment.
Une autre construction avantageuse'de l'outil à percussion consiste a relier la masse, au moyen de coussins d'air présentant des degrés de compression différents-, à l'organe de commande animé d'un mouvement alternatif. Ceci a pour avantage d'éviter la fatigue des ressorts. fatigue qui se produit à la longue lorsqu'on utilise des ressorts métalliques.
Pour que la compression des coussins d'air soit linéaire comme dans un- ressort à boudin en métal, des ajuta- -ges de sortie d'air sont montés à l'intérieur des cylindres à air, dans le sens de la longueur, et ils ont une grandeur telle qu'ils deviennent plus petits au fur et à mesure que le volume d'air diminue dans le cylindre. Il peut aussi être suffisant, dans bien des cas, que seule l'une des liai- sons de la masse avec l'organe de commande soit construite sous forme de coussin d'air, l'autre liaison étant réalisée par contre par un resport..
Les fig. 2 à 4 montrent un exemple de -réalisation de ce genre et sont respectivement,une élévation de face,
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une vue de côté et un plan. A l'extrémité supérieure de ce bâti est fixé un palier 26 dans lequel est monté l'arbre moteur 27 qui peut être mis en mouvement par une commande quelconque. Le mouvement de rotation de cet arbre est transmis par l'intermédiaire.de la manivelle 28 et de la bielle 29 au curseur 30 guidé dans le bâti et effectuant ainsi un mouvement alternatif. Le curseur 30 est cons-, truit sous' forme de cylindre creux. 31 est la masse à l'extrémité supérieure de laquelle se trouve le piston 22 qui est monté dans le cylindre creux du curseur 30 et qui a presque le même diamètre que ce cylindre creux. La masse 31 .traverse la,paroi inférieure du cylindre ceux comme une tige de piston.
Le piston 32 n'a qu'une len- gueur telle qu'il reste au-dessus et au-dessous de ce pis- ton des chambres formant coussins d'air et permettant au piston 32. et par suite à la masse 31 d'effectuer, penè dant le mouvement alternatif du curseur 30, un mouvement oscillant dent la course est plus grande que celle du cur- seur 30. Les deux coussins d'air qui se trouvent au-des- sus et au-dessous du piston 32 constituent ainsi une liaison"élastique entre la masse 31 et le curseur 30 à mouvement alternatif. A l'extrémité inférieure du bâti 25 est fixé le burin 33 sur lequel la masse frappe à chaque mouvement de va-et-vient.
Pour que les coussins d'air présentent des degrés de compression différente la naroi du curseur 30 nrésen-- te dans¯sa partie qui entoure le coussin d'air supérieur des ajutages 35 par lesquels l'air du coussin d'air peut s'échapper dans les canaux d'évacuation latéraux 36 pra-. tiqués dans le bâti 25. Les ajutages de sortie d'air 34 et 35 sont tels qu'ils deviennent plus petits au fur et à mesure que le volume d'air diminue. En outre les ajuta- ges 34 sont réglés par rapport aux ajutages 35 de façon
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que le coussin d'air supérieur soit moins compressible que le coussin d'air inférieur.
Pour régler la force de percussion on peut encore pratiquer dans les parois du bâti, aux deux extrémités de la course de la masse, des ouvertures reliées entre elles par un canal fermé par une soupape commandée par l'interrup- teur de courant de travail, de façon que l'air comprimé par la masse puisse aussi s'écouler dans le canal et se déten- dre lorsque la soupape est ouverte. Cette soupape est 'de préférence accouplée par une bielle au levier de l'interrup teur du moteur de commande. Un peut faire en sorte que la bielle soit sollicitée par un ressort maintenant la soupape fermée au repos et lorsque l'interrupteur est fermé. Un ou- til à percussion ainsi construit a l'avantage qu'on peut régler la puissance,de percussion sans toucher à la partie électrique.
Les fig. 5 et 6 sont respectivement une coupe et une vue de côté d'un autre exemple de réalisation de l'in- vention. Le bâti 37 du marteau contient le moteur de com- mande 38 qui actionne le curseur 42 par l'intermédiaire du train d'engrenages coniques 40 et de la bielle 41 Là masse 43 est reliée au curseur 42 par le ressort de rap- pel 44 et le ressort de choc 45. Ces ressorts soht mori' tés entre les plateaux 46 et 47 de la masse et la face inférieure 48 du curseur 42. La masse 43 agit direc- tement sur le burin 49 et ,elle est construite sous forme de piston s'appliquant étroitement sur la paroi intérieure du bâti cylindrique 37 du marteau, de façon à comprimer dans son mouvement de descente l'air qui se trouve au-des- sus de la tête de percussion 48.
L'air comprimé 'peut pas- ser par l'ouverture 50 pratiquée dans la paroi du cyin- dre et entrer dans le-canal, 51, qui conduit vers le haut, puis s'écouler par l'ouverture 52, ainsi que par les
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ouvertures pratiquées dans le curseur, dans la partie su- périeure plus grande du bâti du marteau, où il se détend.
A l'intérieur du canal 51 est monté le robinet 53 sur la clé duquel est fixée la manivelle 54 qui est reliée par la bielle 55 au levier 56 de l'interrupteur 58 monté dans la,poignée 57 du marteau. Le ressort 59 maintient le robinet 53 fermé.
Le marteau et son outil étant posés sur une pièce, on met le moteur 38 en circuit en appuyant sur le levier
56, ce qui imprime un mouvement alternatif vertical à la masse 43 qui se déplace librement dans le curseur 42.
Le robinet 53 étant encore fermé, l'air qui se trouve en- tre la tête de percussion 48 et la masse 43 est compri- mé par suite du grand nombre de percussions. Ceci a pour effet d'amortir le mouvement de descente de la masse 43, de sorte que celle-ci ne peut pas frapper l'outil 49 avec toute sa force. Lorsque l'outil est correctement placé., on peut ouvrir graduellement le robinet 53 en continuant à appuyer sur le levier de manoeuvre 56, de façon à augmen- ter l'effet du choc.
-Si l'air ne se détend pas suffisamment dans les chambres supérieures du bâti du marteau, on peut le laisser s'échapper au dehors de préférence au moyen d'une soupape montée dans le bâti 37 de l'interrupteur. Toutefois, comme le bâti du marteau'est rempli d'huile pour assurer une bonne lubrification des pièces en mouvement, l'air doit être 'conduit au dehors par une soupape de construction par- ticulière empêchant l'huile de sortir du bâti du marteau.
Pour pouvoir se servir-de l'outil à percussion en' service prolongé ou continu, il convient d'utiliser des dispositifs réfrigérants particuliers empêchant un échauf- fement trop grand de l'outil, échauffement produit princi- palement par la chaleur du choc. La chaleur dit choc est
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évacuée de façon particulièrement avantageuse au moyen de courants d'air produits par'les parties tournantes ' de 1 .ou- til à percussion ou par celles qui sont animées d'un mouve- ment alternatif.
A cet effet les parties animées.d'un mou- vement alternatif dans le bâti de l'outil à percussion com- portent des orifices pour le passage du courant d'air et l'une de ces parties, la masse ou le curseur.transmettant' le mouvement de commande à la masse, est construite sous forme de piston aspirant l'air extérieur dans-son mouvement et le refoulant à travers le bâti, l'air .passant à travers les orifices ménagés dans les p arties animées d'un mouvement alternatif et arrivant sur la tête de percussion de la masse de façon à évacuer la chaleur de percussion produite à cet endroit.
Les fig, 7 à 8 montrent plusieurs modes de réali- sation de dispositifs de ce genre, les pièces semblables ou correspondantes portant les mêmes numéros de référence.
A l'extrémité supérieure du bâti 60 d'un mar- teau à percussion est monté le moteur électrique 61 qui actionne le curseur 65 par l'intermédiaire du train d'en- grenages coniques 62 et de la bielle 64. montée excen- triquement sur la grande roue de-ce train. La masse 72 est reliée au curseur 65 par les ressorts 67 à 69 qui- sont maintenus dans leur position par les cylindres creux 68 à 70 comportant un plateau de ressort, l'un à son extrémité supérieure et l'autre à son extrémité inférieure.
La masse 72 est construite sous forme de piston et compor- te des canaux 73 fermés par la soupape 74. -Les canaux 73 contournent la tête de percussion 75 de la masse, de sorte que l'air frais aspiré du dehors par le mouvement ascendant de la masse arrive très près de la tête de percus- sion en passant à travers les orifices 77 pratiqués à l'extrémité inférieure de la masse et fermés /également par
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des soupapes 76. La chaleur de percussion produite sur la tête de percussion peut donc être bien évacuée par le courant d'air frais. L'air de refroidissement sortant des canaux 73 de la masse, air dont le trajet est indiqué par des flèches, monte en partie à l'intérieur du cylindre creux 70, passe à travers des ouvertures pratiquées dans le curseur 65 et entre dans la chambre contenant les engrenages 62.
L'autre partie de l'air de refroidissement passe à travers des ouvertures 71 pratiquées dans le cy- 'lindre creux 68 et monte le long des parois intérieures du bâti 60 du marteau, jusqu'à ce qu'il arrive également, en passant par les orifices 66 pratiqués dans le curseur
65, dans la chambre contenant les engrenages 62. L'air ,contenu dans cette chambre s'échappe au dehors par les ou- vertures 63. Dans son mouvement de descente la masse frappe l'outil, par exemple le burin 78.
Le dispositif 'représenté par la fig. 8 est sen siblement le même que celui de la fig. 7, sauf que l'air de-refroidissement aspiré du .dehors par la masse 72 dans . son mouvement ascendant est distribué par des soupapes 79 -,montées sur-le curseur 65.
Dans la fig. 9 le courant d'air de refroidissement est produit par un ventilateur 80 monté sur l'arbre du moteur électrique 61. Ce ventilateur aspire l'air du de- hors par les ouvertures 77 pratiquées à l'extrémité infé- rieure du bâti 60 du marteau, les ouvertures 73 de la 'masse 72, les ouvertures 66 du curseur 65 et les ou- vertures 82 .pratiquées dans la paroi 81 de la partie .supérieure du bâti du marteau, 'et il le refoule au dehors 'par les ouvertures 83. A cause du courant d'air uniforme -produit par' le ventilateur 80 on n'a pas besoin de soupa- pes, ni sur les pièces animées d'un mouvement de va-et-vient ni à l'extrémité inférieure du marteau, extrémité qui
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comporte des ouvertures.
Au lieu d'aspirer l'air de refroidissement à l'ex- trémité inférieure du 'bâti du marteau, on peut aussi le fai- re circuler en sens inverse, de façon que la tête de percus- sion soit refroidie par l'air comprimé produit par les par- ties en mouvement. Par suite de la bonne évacuation, obte- nue suivant l'invention, de la chaleur de percussion, on peut augmenter sensiblement la puissance de percussion du marteau, en particulier dans un service continu de longue durée.
L'invention est appliquable aussi à des outils à percussion dont la masse est reliée à un noyau d'électro- aimants mobile dans le sens de l'axe. On utilise pres.que toujours plusieurs électro-aimants dont le noyau commun sert d'organe de commande. Les outils à percussion de ce genre, connus en eux-mêmes, peuvent marcher avec du.courant continu ou du courant alternatif, les deux bobines recevant alternativement une impulsion de courant.- Les outils à per- cussion sont branchés de façon connue sur un-réseau de cou- rant alternatif, de préférence par l'intermédiaire de re- dresseurs ou d'ampoules électroniques donnant à chaque bobi- ne une impulsion de courant de polarité toujours, constante.
Le nombre de percussions de cet outil est égal à la fréquen- ce du courant alternatif ; il est donc de 3000 coups par minute lorsque l'outil est branché sur un réseau à..courant alternatif normal de 50 périodes. La puissance de percussion dépend de la masse 'ainsi que de la vitesse de l'organe percu- teur. Comme l'énergie de mouvement croît avec le carré de la vitesse, on peut augmenter sensiblement la puissance de per- foration pour une même masse de l'organe percuteur, s'il est possible d'augmenter de façon quelconque la vitesse de cet organe.
On peut obtenir un effet particulièrement bon des outils de ce genre en montant, entre la massef et le noyau
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des aimants, des ressorts ayant des constantes d'é- lasticité différentes, le ressort ayant la constante la plus grande 'étant monté de façon à-imprimer une accéléra- tion supplémentaire à la masse dans le sens de la percus- sion.
Les fig. 10 et 11 montrent deux exemples de réalisation d'outils de ce genre.. Dans la fig. 10 les deux solénoïdes 85 et 86 sont montés dans le bâti 84 de façon à former un aimant en forme de pot. Entre les deux solénoïdes 85 et 86 est monté le noyau 87, qui est mobile sur le levier oscillant 88 articulé en 89, Au noyau 87 est fixée au moyen du ressort à lame 90 la- masse 91 qui agit sur .le burin -93 introduit dans la tête de percussion 92 du bâti 84 du marteau. L'inter- rupteur 95 du circuit d'excitation est monté de préféren- ce dans la partie supérieure, en forme de poignée 94, du bâti du marteau.
Par suite de la liaison élastique entre la masse et le noyau 87 les vibrations du noyau sont amplifiées, de sorte que la vitesse de la masse est augmentée, ainsi que l'énergie de mouvement transmise par la masse au burin.
La fig. 11 montre un deuxième exemple de réalisa- ' tion. La masse 101 ,de l'outil représenté par cette figu- re est montée dans le même axe que le noyau 99 et' reliée à ce noyau par l'intermédiaire des deux ressorts 102 et
103. A l'intérieur du bâti 93 du marteau sont montés les deux solénoïdes 97 et 98, entre lesquels peut se déplacer le noyau cylindrique 99, qui comporte une perforation 104.
A l'intérieur de la perforation 104 du noyau passe la ti- ge 100 portant la mas'se '101 à son extrémité inférieure et le plateau de ressort 105 à son extrémité supérieure.
Un ressort à boudin 102 est monté entre ceplateau et le
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noyau 99 et entre la masse 101 et le noyau 99- est mon- té =,ressort à boudin 103' dont'la constante d'élasticité est plus grande que celle du ressort 102. Dans-la tête de percussion 106 est engagé le burin 107, sur lequel agit la masse 101.
Lorsque le solénoïde 97 est excité, le noyau 99 est attiré vers le haut ; ressort de rappel 102 est com- primé et le ressort de choc 103 se détend. Un peu avant la fin du mouvement ascendant du noyau 99 le ressort de rappel 102 se détend par suite du mouvement¯de.la masse et il donne à celle-ci une accélération supplémentaire vers le haut, Cette accélération de la masse donne au ressort de choc 103 une certaine tension préalable...Par suite de l'excitation du solénoïde 98 le noyau 99 est attiré du coté de la percussion, de sorte que le ressort de choc con- tinue à être comprimé, la masse étant simultanément obligée de revenir en arrière.
Un peu avant la fin du mouvement as- cendant du noyau 99 dans le sens de la percussion le res- sort de choc se détend et imprime à la masse une accéléra- '.ion supplémentaire dans le sens de la percussion. Au mo- ment où la masse atteint son maximum de vitesse, elle frap- pe le burin 107, auquel elle cède son énergie de mouvement.
La vitesse de la masse à l'extrémité de la courbe est donc considérablement plus grande que celle du noyau 99. Le montage des deux ressorts a en outre pour effet de réduire sensiblement les réactions sur les mains de l'opérateur.
Pour réduire autant que possible le poids de l'ou- til à percussion, il convient de faire le bâti non pas en fer, mais en matière moins dense, par exemple en métal léger.
Pour la même raison le noyau monté entre les solénoïdes peut être aussi en matière de densité moindre. Toutefois dans ce cas il doit comporter des garnitures en fer aux endroits où le flux magnétique est le plus intense.
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On peut obtenir enfin un autre perfectionnement d'outils à percussion de ce genre lorsqu'on réussit à en ré- duire le poids le plus possible, parce que la production de travail d'un ouvrier dépend aus.si pour beaucoup du poids de 1' outil qu' il doit manier. Lorsqu'il s'agit d'outils à per- cussion actionnés par un moteur asynchrone triphasé unipo- laire ou multipolaire, on peut obtenir ce résultat en ali- mentant le moteur au moyen de'courant triphasé d'une fréquen- ce de soixante dix périodes par seconde et davantage.
L'utilisation d'un outil à percussion comportant un moteur asynchrone triphasé n'est pas nouvelle, toutefois en utilisant des fréquences de commande plus hautes, on peut augmenter la vitesse du rotor et diminuer ainsi le poids du moteur et par suite celui de l'ensemble de l'outil à percus- sion de façon à faire de ce dernier un outil léger et commo- de à manier., -