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BREVET D'INVENTION.
MARTEAU AUTO-PNEUMATIQUE.
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Joaquin Maria de TRILLO-FIOEUEROA.
Actuellement, les marteaux pneumatiques utilisés pour certains travaux qui nécessitent une percussion répétée sur un outil, doivent être alimentés en air par un compresseur dans lequel l'air qui doit servir de moteur au marteau est emmagasiné; cet air arrive par une canalisation appropriée munie de tous les jeux de robinets voulus pour envoyer alternativement l'air comprimé sur l'une et l'autre faces du piston, pour provoquer les mouvements d'aller et de
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- -.1.-..- A.. nA dernier dans son oyiindre.
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La présente invention a pour objet d'éviter la nécessite de ce compresseur; à cet effet, l'air contenu dans le cylindre entre l'un des fonda de celui-ci et le piston est Comprimé automatiquement dans ce cylindre même et fournit par sa détente, au moment 'Voulus la puissance nécessaire à la projection du piston vers l'outil et à sa percussion sur ee dernier. En raison du fait que, dans cet appareil,, le marteau lui-même effectue la compression de l'air. cet appareil est, ci-après, dénommé ''marteau auto-pneumatique'*.
La présente demande de brevet a,, également,, pour objet, des perfectionnements aux marteaux pneumatiques permettant d'exécuter des travaux de tout genre pouvant être faits aveu des outils actionnés par l'air comprimé et qui exigent la percussion produite par l'outil.
Le marteau formant l'objet de la présente invention est essentiellement constitué par trois pièces principales, auxquelles viennent s'ajouter les éléments auxiliaires nécessaires à leur fonctionnement.
Les trois éléments principaux sont t une enveloppe cylindrique, un piston contenu dans cette enveloppe et qui est Isolément actif du marteau et un arbue qui, par son mouvement de rotation, provoque le mouvement du marteau.
Les éléments auxiliaires sont : a) des organes établis sur la face interne du cylindre et la face externe du piston et destinée à venir en contaet les uns avec les autres pendant une partie de chaque rotation du piston en produisant l'une des courses de ce dernier. b) un fond du cylindre traversé par l'arbre précité et pourvu d'organes d'étanchéité, c) des soupapes appropriées pour le passage de l'air dans les directions voulues.
L'arbre qui passe à travers le fond peut recevoir, par son extrémité externe libre et par un dispositif quelconque déjà connu, un mouvement de rotation. Son extrémité interne est accoudé* à. la. tige du piston de telle
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sorte que le piston est obligé de tourner avec l'arbre et à la marne vitesse que lui, tout en pouvant se déplacer longi- tudinalement sur l'arbre, en plus du mouvement de rotation qu'il est obligé d'effectuer.
Grâce aux éléments prévus sur la face interne du cylindre et sur la face externe du piston. éléments convenablement conjugués qui peuvent consister en galets sur l'une de ces faces et en ailettes hélicoïdales sur 1*autre ou en ailettes hélicoïdales sur ces deux faces, avec le profil et le développement oonvenables, l'en- gagement de ces organes dans le mouvement de rotation du piston force ce dernier à effectuer l'une de ses oouroes, par exemple sa course d'éloignement de l'outil, à l'intérieur du cylindre, d'oû il résulte une compression de l'air dans l'espace compris'entre le piston et le fond du cylindre) au moment même oû la compression de l'air contenu dans cette chambre'atteint son maximum,
et le piston continuant son mouvement de rotation, le contact entre les organes qui ont produit le mouvement longitudinal du piston se trouve rompu; alors. grâce à l'énergie emmagasinée dans l'air comprimé, le sens du mouvement du piston change; celui-ci est projeté brusquement en arrière et transmet sa forée vive à l'outil par percussion,
Une fois ce choc produit et le mouvement de rotation du piston continuant toujours, de nouveau, le contact approprié est rétabli entre les éléments conjugués (galets et ailettes ou ailettes et ailettes) pour commencer de nouveau le cycle qui comprend une course d'aller et une course de retour du piston, et ainsi de suite.
Pour renforcer Inaction de l'air comprimé, en par,% tioulier tant que le marteau n'a pas atteint sa vitesse de régime, un ressort peut être interposé entre l'arbre et le piston; ce ressorte comprimé par la montée du piston se n
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détend à la fin de la course de celui-ci en ajoutant son action à celle de l'air comprimée lors de la projeotion du dit piston vers l'outil-
Les soupapes oi-dessus sont disposées d'une manière appropriée pour diminuer les résistances que l'air lui-même pourrait provoquer au détriment du travail que le marteau doit effectuer, et pour compenser les pertes d'air qui pourraient se produire du fait de la pression.
De la description sommaire ci-dessus, il ressort que diverses combinaisons peuvent être adoptées pour la réalisation de marteaux auto-pneumatiques sans sortir du cadre de la présente invention.
Par exemple : l'arbre du marteau peut être mis en rotation soit à la main, soit mécaniquement et, dans oe dernier cas, au moyen d'un moteur; oe moteur peut être oalé directement sur l'arbre, avec ou sans accouplement élastique, ou relié à cet arbre par l'intermédiaire d'engrenages, d'une courroie, d'un câble ou de tout autre organe de transmission.
L'assemblage de l'arbre à la tige du piston peut être télescopique avec organes femelle et mile cylindriques, avec clavettes et rainures d'une longueur égale à la course du piston, ou bien cet assemblage peut être réalisé en donnant à l'arbre et à la tige une section polygonale*
De même, les éléments conjugués qui produisent le mouvement longitudinal du piston peuvent consister en un ou plusieurs galets disposés sur la face interne de 13'en- veloppe et en une ou plusieurs rampes hélicoïdales disposées sur la face externe du piston.
Il est clair que, dans les deux cas, il faudra établir la longueur et l'inclinaison des rampes, de telle sorte qu'elles ne gênent pas les mouvez ments de projection du piston vers l'outil, lesdites longueurs étant ainsi fonction des vitesse de rotation de l'arbre, de projeotion du piston sur l'outil et de la course du piston* La aae externe de la ti'ge du piston et la face interne du
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cylindre peuvent,, également, être munies de rampes) dans ce cas, outre les conditions ci-dessus, il faut tenir compte du fait que les deux rampes doivent avoir des profils et des inclinaisons conjuguées et qu'elles peuvent avoir la même longueur ou des longueurs différentes,
Les dessins ci-joints représentent, à titre d'exemples, divers types de marteaux conformes à l'invention)
tous les dessins sont schématiques et ne limitent nullement la portée du brevet,
Ces dessins montrent des coupes longitudinales axiales de ces marteaux.
La fig. 1 se rapporte à un marteau à deux galets portés par le cylindre et à deux rampes sur le piston; dans cette figure, la coupe longitudinale du marteau est complétée par une coupe schématique transversale,
La fig. 2 montre en deux coupes similaires aux précédentes un marteau avec deux rampes sur la face interne du cylindre et deux galets sur le piston.
Les figs. 3 et 4 montrent,en coupe similaire à celles des figures 1 et 2. un marteau dans lequel les galets sont remplacés par des billes logées dans des bottes disposées respectivement sur le piston et sur le cylindre et combinées avec des rainures pratiquées respea tivement dans le cylindre et dans le piston.
Les figs. 5 et 6 montrent deux modes d'accouplement de l'arbre à son moteur.
Les tige. 7, 8 et 9 représentent diverses positions du piston dans un marteau avec une rampe portée par chacun des éléments t cylindre et piston*
Les fige. 10, 11 et 12,similaires aux trois précédentes,représentent un autre marteau avec deux rampes sur chaque élément) elles sont accompagnées de coupes transversales schématiques*
Les tige. 13 et 14 montrent doux positions du piston .dans un marteau à galet sur le cylindre et à rampe sur le piston*
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Les Figs, 15 et 16 similaires aux deux précédentes se rapportent à un marteau avec deux galets et deux rampes.
La Fige 17 est la représentation du cylindre d'un marteau de l'un quelconque des types cités, mais pourvu d'une ohambre supérieure élargie pour augmenter le volume d'air qu'elle contient,
La Fig. 18 montre une variante de la forme du piston.
La Fig. 19 montre une seconde variante de cette forme,
Dans ces diverses figurest les mornes signes de référence désignent les mêmes éléments.
Référence étant d'abord faite à la figure 1, le marteau va être décrit en détail :
Un cylindre 00 est pourvu de deux bottes OR dans lesquelles sont logés les axes de deux galets R; ces axes peuvent tourner avec les galets, ou les galets peuvent tourner sur leurs axes; des orifices V, V1 et V2 permettent l'entrée et la sortie de l'air,. comme cela sera indiqué plus loin, par l'intermédiaire d'un nombre égal de soupapes logées dans des chapelles qui font également partie de l'enveloppe cylindrique*
Un piston P est monté dans ce cylindre) sa partie supérieure est parfaitement ajustée dans celui-ci au moyen de segmenta S, La partie médiane de ce piston est pourvue de deux filets hélicoïdaux, saillants, ayant tous les deux le marne pas et le même développement,
La partie intérieure de ce piston est parfaitement ajustée dans la partie inférieure du cylindre,
Le piston P qui, ainsi que cela est visible sur la figure, est complété par un troisième corps, a donc trois corps de diamètres différents (bien que le piston soit d'une seule pièce )$ Les deux premiers oorps (celui qui porte les segments et celui qui est contigü à ce dernier)
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sont creux, bien qu'il suffise que, dans le second corps, la cavité ait une longueur au moins égale à la course effectuée par le piston dans son mouvement longitudinal.
La partie creuse du piston a exactement la forme et les dimensions de l'arbre E, dans la partie NM où l'on voit que cet arbre cylindrique E est muni de olavettes Ch,au nombre de quatre sur la figure, mais dont le nombre est indifférent. Il s'ensuit que le piston peut glisser le long de cet arbre sur sa partie MN, en marne temps qu'il tourne aveo l'arbre quand ce dernier tourne..
A son tour, dans cet exemple l'arbre µ est également creux dans sa partie MN pour oontenir un ressort dont les extrémités s'appuient sur les parties déjà massives de l'arbre et du piston, ce qui tend à augmenter la longueur de l'ensemble de ces deux pièces*
Un fond vissé à la partie supérieure du cylindre 0, avec filetage intérieur ou extérieur, ferme ce dernier à son extrémité opposée à l'outil; il est traversé par l'arbre E et peut recevoir intérieurement un roulement JB à. billes ou à rouleaux; pourvu d'un écrou et d'un contre-écrou, et destiné à diminuer les frottements et supprimer les déplacements longitudinaux;
une garniture d'étanchéité JE, serrée par un presse-étoupe PE ou par tout autre dispositif, s'oppose aux sorties d'air du cylindre et aux entrées d'air dans le oylindre.
L'ensemble décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante t
Le cylindre étant supposé fixe, soit qu'il soit tenu par l'ouvrier, à la main, au moyen d'un manohe de forme quelconque monté sur le fond du cylindre ou sur oe cylindre même, soit, si le dispositif n'est pas maniable, qu'il soit monté d'une manière quelconque
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sur un autre corps fixe, par un moyen quelconque, un mouvement de rotation est imprimé à l'arbre E, dans le sens indiqué par la flèche (fig. 1).
En s'appuyant sur les galets R du cylindre, et sous l'action du mouvement de rotation que l'arbre E imprime au piston P, les ailettes saillantes H de ce piston glissent sur ces galets en les faisant tourner et se déplacent en même temps sur eux, sur toute leur longueur, produisant, ainsi, un déplacement correspondant dudit piston, qui s'éloigne, ainsi, de l'outil. Pendant ce temps, l'air conteau dans l'espace XZ du cylindre est comprimé, car la partie du piston qui est munie de segments s'oppose à son échappement, en même temps, le ressort logé dans une partie de l'arbre et dans une partie du piston est comprimé progressivement.
Au moment oû, par suite du déplacement asoendant et de la rotation du piston, les filets H cessent d'être en contact avec les galets R, après être passés sur eux, l' air qui, à la pression atmosphérique étant contenu dans l'espace XZ et se trouve maintenant comprimé dans le petit espace compris entre le fond T et le dessus du piston, se détend, obligeant le piston à effectuer, sans cesser de tourner, une oourse longitudinale en sens inverse de la précédente, ledit piston glissant le long de l'arbre E; en même temps que l'air. le ressort se détend*
Le piston est donc projeté à une vitesse d'autant plus grande que la pression de l'air oomprimé est plus élevée et. que la tension du ressort est plus forte*;
la foroe vive acquise par ce piston dans cette course vers l'outil est utilisée pour la peroussion de sa partie Inférieure sur cet outil; l'outil combiné avec le marteau peut être quelconque : bouterolle. burin, barre de mine, fleuret de percement de roches, etc..
Cet outil est engagé dans la partie inférieure du cylindre
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de manière telle que son extrémité se trcum sur la
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trajectoire du piston, à 1'extrémité de sa course de projection, de manière à ce que cet outil puisse recevoir le choc du piston. , üne fois la force vive du pi ston absorbée par l'outil, sous l'action de l'arbre E, le piston continue son mouvement de rotation ininterrompue ohaque filet H vient s'appuyer par son extrémité supérieure sur le galet R qui lui corresponde et les phénomènes déjà décrits se répètent indéfiniment, une fois, à chaque tour de l'arbre E.
Les autres organes composant le marteau, et qui n'ont pas été oités dans le fonctionnement oi-dessus, sont décrits ci-après ainsi que leurs r81es : lies soupapes V situées dans le. couvercle T, en nombre variable (une seule peut suffire), peuvent être d'un type quelconque;
elles permettent l'entrée de l'air extérieur dans le cylindre et empêchent la sortie de l'air intérieur de ce cylindre* Leur but est de restituer au volume XZ 1?,air qui a pu s'en échapper malgré le presse...étoupe, lorsque le cylindre est parfaitement étanche et qu'aucune fuite d'air hors de la chambre XZ n'est possible, ces soupapes peuvent être supprimées.
Les soupapes Vl,également en nombre variable (une seule peut suffire) permettent la sortie de l'air du cylindre et s'opposent à l'entrée de l'air extérieur.
Ces soupapes peuvent être remplacées par un ou plusieurs orifices pratiqués dans le cylindre qui, bien que permettant l'entrée de l'air extérieur, ont une section suffisante pour l'évacuer de l'intérieur, sans qu'il se produise de contrepression dans la course du piston vers l'outil*
Les soupapes V2, également en nombre variable (une seule peut suffire), s'ouvrent de dedans en dehors . ou de dehors en dedans, suivant l'utilisation du marteau.
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Si le marteau est employé pour pilonner, river ou buriner, eto. les soupapes doivent s'ouvrir de dedans en dehors pour expulser d'air que, dans sa course d'éloignement de l'outil, le piston fait pénétrer entre l'enveloppe et l'outilet éviter la oontrepression qui se produirait.
Mais si le marteau est utilisé pour percer des roches avec un fleuret oreux, ces soupapes doivent s'ouvrir de dehors en dedans pour absorber, dans le mouvement d'éloigné-* ment du piston de l'outil, de l'air qui, expulsé pendant la oourse du piston vers l'outil par l'âme de la barre, est utilisé pour l'expulsion de la poussière du fond du trou percé dans la roche*
Une ou plusieurs soupapes non représentées sur les figures peuvent être placées sur le fond du piston de manière à s'ouvrir pendant la course de projection du piston sur l'outil et à se fermer pendant la course de compression de l'air, afin d'augmenter la quantité d'air contenue dans la chambre XZ.
Enfin, le ressort placé entre le piston P et l'arbre B a, comme il a été dit plus haut, pour objet d'aider ou de faciliter le mouvement du piston vers l'outil pendant les premiers ooups. Ce ressort peut être supprimé lorsque, dès le premier coup de piston, ce mouvement du piston s'effectue à la vitesse de régimes
Les fige. 5 et 6 montrent deux exemples d'aooouplement du moteur à l'arbre E. Ce moteur peut être remplacé par un câble de transmission.
Le simple examen de la fig. 2 montre que le même résultat peut être obtenu en plaçant les éléments actifs (galets et rampes hélicoïdales) d'une manière inverse à la précédente,, c'est-à-dire en plaçant les galets sur le piston et les rampes sur l'enveloppe, avec la modification voule, à savoir que, dans ce cas* ce sont les galets qui roulent sur les rampes, ce qui donne le même résultat.
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Dans les figures 1 et 2,les ailettes hélicoïdales H ont un développement angulaire de 270 sur la surface cylindrique du piston ou du cylindre) un secteur de 900 de cette surface reste donc de libre pour la course de projection du piston qui devra se faire en moins de temps qu'il n'en faut au piston pour tourner d'un quart de tour.
Toutes les fois que l'amplitude des rampes hélicoïdales dépassera 90 , les axes des galets, bien que situés sur des génératrices diamétralement opposées, se trouveront à des hauteurs différentes, cette différence de hauteur étant fonotien de la course du piston et du diamètre des galets,
Par oontre, si les rampes, dans leur développement, ne dépassent pas 90 , non seulement les axes des galets se trouveront sur des génératrices opposées, mais, encore, ils pourront être à la même hauteur, ce qui présente encore l'avantage que, pour les mêmes dimensions de piston, on peut augmenter le nombre des rampes et des galets, et mieux répartir les efforts; mais il faut alors diminuer proportionnellement la course pour le même pas d'hélice.
Comme le montrent les figures 1 et 2, quand les rampes occupent un secteur de 270 , le nombre des percussions est de 1 par tour de l'arbre moteur E, tandis que si elles n'occupent que 90 et si ellessont convenablement distribuées.. le nombre de percussions peut,,. être de 2 par tour de ce même arbre.
Une autre variante est indiquée sur les figures 3 et 4 dans lesquelles les galets sont remplacés par des billes logées soit dans l'enveloppe, soit dans le piston, et combinées avec des rainures pratiquées respectivement sur la surface extérieure du piston ou sur la surface intérieure de l'enveloppe* Les observations relatives à l'amplitude du développement des rampes hélicoïdales peuvent être étendues à ces cas.
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Il est évident qu'on arrive au m'orne résultat en remplaçant la combinaison d'ailettes et de galets oi-dessus déorite par une combinaison formée uniquement d'ailettes hélicoïdales dont les unes sont disposées sur le piston et les autres sur le cylindre) ces ailettes doivent, naturellement, avoir le même pas, bien qu'il ne soit pas nécessaire qu'elles présentent le même développement angulaire.
Dans les figures 7, 9 et 9, une construction de ce genre est représentée; elle oomporte une seule ailette sur chaque élément (piston et cylindre)) ces figures montrent les trois phases suivantes du mouvement : commencement du contact des deux ailettes, contact total et fin de contacta pendant la course d'éloignement du piston de l'outil; la projection du piston sur l'outil commence lorsque ce piston est dans la position de la figure 9.
Dans ces figures, les soupapes et autres organes accessoires ont été supprimées,
Dans les figures 10, 11 et 12, un marteau analogue au précédent est représenté, mais avec deux paires d'ailettes ayant une amplitude de 90 et placées à des hauteurs distinctes et sur des génératrices diamé.. tralement opposées) le simple examen de ces figures permet de se rendre compte du fonctionnement de l'appareil.
Il faut remarquer que l'équilibre, produit par cette disposition grâce à la meilleure répartition des efforts, a une grande importance dans le cas où l'extrémité inférieure du piston n'est pas guidée, ainsi que cela est le cas dans les figures 7, 9, 9, 10, 11 et 12, par exemple) cette importance est moindre dans le cas des figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6, par exemple, où le piston est guidé à la partie Inférieure du cylindre, par où l'on pénètre la tige de l'outils
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Les figures 13 et 14 montrent un marteau pourvu d'un galet sur l'enveloppe et d'une ailette hélicoïdale sur le piston, cette dernière ayant un développement de 180 ;
oe développement pourrait être plus grand ou plus petit, par exemple, jusqu'à 270 ou 90 , la seule condition indispensable étant que la course descendante (dont la vitesse est fonction de la pression totale et de la masse du piston) puisse se réaliser ayant que le piston ait tourné de 180 , 90 ou 270 , respeotivement.
Sur ces mêmes figures, un piston différentiel est représentée la partie qui ne s'ajuste pas dans la partie supérieure du cylindre est composée de deux oorpst un de grand diamètre, qui porte les ailettes hélicoïdales et un autre, de diamètre réduite qui s'ajuste parfaitement à la partie inférieure du cylindre ou porte-outil. Il est clair que cette forme de piston est indépendante du nombre d'ailettes, et o'est ainsi que les figures 15 et 16 représentent le même type de marteau pourvu de deux ailettes et de deux galets.
La vitesse du piston dans sa course de projection et, par suite, la force vive du piston, sont fonction de la pression totale et, par conséquent, de la section supérieure du piston, pour augmenter cette section dans la mesure convenable sans arriver à un volume total et à un poids total trop considérable du marteau, le cylindre peut recevoir la forme de la figure 17. Dans cette figure, le cylindre est constitué par deux parties de diamètres différents pour pouvoir donner à la partie supérieure qui limite la chambre à air, une capacité et un volume d'air plus grande.
Dans ce cas, il est inutile de prévoir des segments, et il est évident que la forme du piston est indépendante de la forme du marteau et des éléments conjugués qui pourront être des galets et des ailettes, ou seulement des ailettes, .et
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ettégalement indépendante du nombre de galets ou d-ailettes.
Il y a lieu de noter qu'à partir de la figure 7 et dans toutes les figures suivantes, le roulement axial à billes de la figure 1, qui entoure l'arbre E à sa traversée du fond T du cylindre est supprimé; oe roulement peut être remplacé par un coussinet ajusté, établi en une matière appropriée.
La figure 18 donne une idée exacte d'un marteau automatique constcuit avec ailettes sur le piston et galets (au nombre de deux) sur le cylindre; dans cette figure, les rampes ont une forme particulière de manière à pouvoir entrer tangentiellement en contact avec les galets, sans aucun choc*
Enfin, un marteau conforme à l'invention peut, également, comporter les dispositions suivantes s
La poignée ou manche, quelle que soit sa forme, ne fait pas corps avec le cylindre;.elle est montée sur la gorge G visible sur le fond T et, bien qu'elle soit bien ajustée, elle ne l'est pas assez pour empêcher le marteau de tourner sous un¯effort de torsion, la poignée restant fixe.
La cavité inférieure du cylindre ou enveloppe a des sections de deux formes s une forme circulaire 0 dans laquelle s'ajuste.la partie inférieure du pist- (s'il est différentiel), une forme prismatique P à laquelle est adaptée la forme de l'extrémité inférieure de l'outil qui pénètre dans l'enveloppe.
Outre les soupapes précitées, d'autres peuvent être disposées à la partie inférieure du cylindre (une peut suffire); ces soupapes s'ouvrent de dedans en dehors ou de dehors en dedans, suivant le mode d'utilisation du marteau; ces soupapes font communiquer l'air extérieur uniquement avec la cavité inférieure du cylindre, lorsque l'outil est en place* Comme le piston doit avoir la moindre masse
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possible, il peut être constitua en deux parties, comme cela est indiqué sur la figure 18 t l'une interne, et l'autre, externe, munie de rampes; cette partie externe peut être en acier, tandis que le noyau Interne peut être en une matière moins dense, par exemple, en "Electron".
Le même résultat peut âtre obtenu avec la forme représentée sur la figure 19 dans laquelle le noyau a disparu et est remplace par un disque ayant la forme d'un évidement du piston dans lequel il s'ajuste pour le guider) cette disposition présente l'avantage supplémentaire de créer une nouvelle chambre à air qui, dans la. course de compression du piston diminue aussi de volume; l'air contenu dans cette chambre est donc comprimé, de sorte que la forte vive du piston est augmentée de manière correspondante lors de sa projection sur l'outil.
Dans les deux figures 18 et 19 et dans quelques autres figures, une chambre de freinage CF est prévue; son objet est d'éviter, en coopérant avec l'espace annulaire C'F' de la base du cylindre. le choc violent que produirait le piston sur ce fond du cylindre lorsque l'outil n'est pas encore mis en position.
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PATENT.
SELF-PNEUMATIC HAMMER.
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Joaquin Maria from TRILLO-FIOEUEROA.
Currently, pneumatic hammers used for certain works which require repeated percussion on a tool, must be supplied with air by a compressor in which the air which is to serve as a motor for the hammer is stored; this air arrives by a suitable pipe provided with all the sets of valves desired to send the compressed air alternately on one and the other faces of the piston, to cause the forward and reverse movements.
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- -.1.-..- A .. nA last in its oyiindre.
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The object of the present invention is to avoid the need for this compressor; for this purpose, the air contained in the cylinder between one of the bases of this one and the piston is compressed automatically in this same cylinder and provides by its expansion, at the moment 'Wanted the power necessary for the projection of the piston towards the tool and its percussion on the latter. Due to the fact that in this device, the hammer itself performs the compression of air. this device is hereinafter referred to as “self-pneumatic hammer” *.
The present patent application has ,, also ,, for object, improvements to pneumatic hammers making it possible to carry out work of any kind that can be done without tools actuated by compressed air and which require the percussion produced by the tool. .
The hammer forming the object of the present invention is essentially constituted by three main parts, to which are added the auxiliary elements necessary for their operation.
The three main elements are a cylindrical casing, a piston contained in this casing which is isolated from the hammer and an arbue which, by its rotational movement, causes the movement of the hammer.
The auxiliary elements are: a) organs established on the internal face of the cylinder and the external face of the piston and intended to come into contaet with each other during a part of each rotation of the piston producing one of the strokes of this latest. b) a bottom of the cylinder through which the aforementioned shaft passes and provided with sealing members, c) appropriate valves for the passage of air in the desired directions.
The shaft which passes through the bottom can receive, by its free external end and by any device already known, a rotational movement. Its inner end is elbowed * to. the. piston rod of such
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so that the piston is obliged to turn with the shaft and at the same speed as it, while being able to move longitudinally on the shaft, in addition to the rotational movement which it is obliged to perform.
Thanks to the elements provided on the internal face of the cylinder and on the external face of the piston. suitably conjugated elements which may consist of rollers on one of these faces and of helical fins on the other or of helical fins on these two faces, with the suitable profile and development, the engagement of these members in the rotational movement of the piston forces the latter to perform one of its operations, for example its travel away from the tool, inside the cylinder, resulting in compression of the air in the cylinder. space between the piston and the bottom of the cylinder) at the very moment when the compression of the air contained in this chamber reaches its maximum,
and the piston continuing its rotational movement, the contact between the members which produced the longitudinal movement of the piston is broken; so. thanks to the energy stored in the compressed air, the direction of movement of the piston changes; the latter is thrown sharply backwards and transmits its live bore to the tool by percussion,
Once this shock is produced and the rotational movement of the piston still continuing, again, the appropriate contact is reestablished between the conjugate elements (rollers and fins or fins and fins) to start again the cycle which includes a forward stroke. a return stroke of the piston, and so on.
To reinforce the inaction of the compressed air, in par,% tioulier as long as the hammer has not reached its operating speed, a spring can be interposed between the shaft and the piston; this spring compressed by the rise of the piston is not
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expands at the end of the stroke of the latter by adding its action to that of the compressed air during the projection of the said piston towards the tool-
The above valves are arranged in a suitable manner to decrease the resistances which the air itself might cause to the detriment of the work which the hammer has to perform, and to compensate for any air losses which might occur due to pressure.
From the above summary description, it emerges that various combinations can be adopted for the production of self-pneumatic hammers without departing from the scope of the present invention.
For example: the hammer shaft can be rotated either by hand or mechanically and, in the latter case, by means of a motor; oe motor can be oalé directly on the shaft, with or without elastic coupling, or connected to this shaft by means of gears, a belt, a cable or any other transmission member.
The assembly of the shaft to the piston rod can be telescopic with female and cylindrical members, with keys and grooves of a length equal to the stroke of the piston, or this assembly can be carried out by giving the shaft and at the rod a polygonal section *
Likewise, the conjugate elements which produce the longitudinal movement of the piston may consist of one or more rollers arranged on the internal face of the casing and of one or more helical ramps arranged on the external face of the piston.
It is clear that, in both cases, it will be necessary to establish the length and the inclination of the ramps, in such a way that they do not interfere with the movements of projection of the piston towards the tool, said lengths thus being a function of the speed. rotation of the shaft, projection of the piston on the tool and the stroke of the piston * The outer aae of the piston rod and the inner face of the
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cylinder can, also, be provided with ramps) in this case, in addition to the above conditions, it must be taken into account that the two ramps must have profiles and conjugate inclinations and that they can have the same length or different lengths,
The accompanying drawings show, by way of example, various types of hammers according to the invention)
all drawings are schematic and in no way limit the scope of the patent,
These drawings show axial longitudinal sections of these hammers.
Fig. 1 relates to a hammer with two rollers carried by the cylinder and two ramps on the piston; in this figure, the longitudinal section of the hammer is completed by a schematic transverse section,
Fig. 2 shows in two sections similar to the previous ones a hammer with two ramps on the internal face of the cylinder and two rollers on the piston.
Figs. 3 and 4 show, in section similar to those of Figures 1 and 2, a hammer in which the rollers are replaced by balls housed in boots arranged respectively on the piston and on the cylinder and combined with grooves made respectively in the cylinder and in the piston.
Figs. 5 and 6 show two modes of coupling the shaft to its motor.
The rods. 7, 8 and 9 represent various positions of the piston in a hammer with a ramp carried by each of the elements t cylinder and piston *
Freezes them. 10, 11 and 12, similar to the three previous ones, represent another hammer with two ramps on each element) they are accompanied by schematic cross sections *
The rods. 13 and 14 show smooth positions of the piston with a roller hammer on the cylinder and a ramp on the piston *
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Figs, 15 and 16 similar to the previous two relate to a hammer with two rollers and two ramps.
Fig. 17 is the representation of the cylinder of a hammer of any of the types cited, but provided with an enlarged upper chamber to increase the volume of air it contains,
Fig. 18 shows a variant of the shape of the piston.
Fig. 19 shows a second variant of this form,
In these various figures, the gloomy reference signs designate the same elements.
Reference being first made to Figure 1, the hammer will be described in detail:
A cylinder 00 is provided with two OR boots in which are housed the axes of two rollers R; these axes can rotate with the rollers, or the rollers can rotate on their axes; orifices V, V1 and V2 allow the entry and exit of air ,. as will be indicated later, by means of an equal number of valves housed in chapels which also form part of the cylindrical casing *
A piston P is mounted in this cylinder) its upper part is perfectly adjusted in it by means of segmenta S, The middle part of this piston is provided with two helical threads, projecting, both having the marl pitch and the same development,
The inner part of this piston is perfectly adjusted in the lower part of the cylinder,
The piston P which, as can be seen in the figure, is completed by a third body, therefore has three bodies of different diameters (although the piston is in one piece) $ The first two bodies (the one that carries the segments and the one that is contiguous to the latter)
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are hollow, although it is sufficient that, in the second body, the cavity has a length at least equal to the stroke performed by the piston in its longitudinal movement.
The hollow part of the piston has exactly the shape and dimensions of the shaft E, in the part NM where it can be seen that this cylindrical shaft E is provided with olavettes Ch, four in number in the figure, but whose number is indifferent. It follows that the piston can slide along this shaft on its MN part, while it turns with the shaft when the latter turns.
In turn, in this example the shaft µ is also hollow in its part MN to contain a spring whose ends rest on the already massive parts of the shaft and of the piston, which tends to increase the length of the shaft. 'set of these two pieces *
A bottom screwed to the upper part of cylinder 0, with internal or external thread, closes the latter at its end opposite the tool; it is crossed by the shaft E and can receive internally a bearing JB à. balls or rollers; provided with a nut and a counter-nut, and intended to reduce friction and eliminate longitudinal displacements;
a JE seal, tightened by a PE stuffing box or any other device, opposes the air outlets of the cylinder and the air inlets in the cylinder.
The set described above works as follows t
The cylinder being supposed to be fixed, either if it is held by the worker, by hand, by means of a handle of any shape mounted on the bottom of the cylinder or on the cylinder itself, or, if the device is not not handy, whether mounted in any way
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on another fixed body, by any means, a rotational movement is imparted to the shaft E, in the direction indicated by the arrow (fig. 1).
By resting on the rollers R of the cylinder, and under the action of the rotational movement that the shaft E imparts to the piston P, the projecting fins H of this piston slide on these rollers by causing them to rotate and move at the same time. time on them, over their entire length, thus producing a corresponding displacement of said piston, which thus moves away from the tool. During this time, the air conteau in the XZ space of the cylinder is compressed, because the part of the piston which is provided with rings opposes its exhaust, at the same time, the spring housed in a part of the shaft and in part of the piston is gradually compressed.
At the moment when, as a result of the asoendant displacement and of the rotation of the piston, the threads H cease to be in contact with the rollers R, after having passed over them, the air which, at atmospheric pressure being contained in the XZ space and is now compressed in the small space between the bottom T and the top of the piston, relaxes, forcing the piston to perform, without ceasing to rotate, a longitudinal oourse in the opposite direction to the previous one, said piston sliding the along shaft E; at the same time as the air. the spring relaxes *
The piston is therefore projected at a speed all the greater as the pressure of the compressed air is higher and. that the spring tension is greater *;
the live force acquired by this piston in this stroke towards the tool is used for the peroussion of its lower part on this tool; the tool combined with the hammer can be any: die. chisel, mine bar, rock drilling foil, etc.
This tool is engaged in the lower part of the cylinder
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in such a way that its end is trcum on the
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trajectory of the piston, at the end of its projection stroke, so that this tool can receive the impact of the piston. , once the living force of the rod is absorbed by the tool, under the action of the shaft E, the piston continues its uninterrupted rotational movement where each thread H comes to rest by its upper end on the roller R which to it corresponds and the phenomena already described are repeated indefinitely, once, at each turn of the tree E.
The other organs composing the hammer, and which have not been oités in the operation oi above, are described below as well as their r81es: lees valves V located in the. cover T, in variable number (only one may be sufficient), can be of any type;
they allow the entry of the outside air into the cylinder and prevent the exit of the inside air of this cylinder * Their goal is to restore to the volume XZ 1?, air which was able to escape despite the press. ., when the cylinder is perfectly sealed and no air leakage out of the XZ chamber is possible, these valves can be suppressed.
The valves Vl, also in variable number (only one can suffice) allow the exit of air from the cylinder and oppose the entry of outside air.
These valves can be replaced by one or more orifices made in the cylinder which, although allowing the entry of the outside air, have a section sufficient to evacuate it from the inside, without there being any back pressure in the cylinder. the stroke of the piston towards the tool *
The V2 valves, also in variable number (one can suffice), open from inside to outside. or from outside to inside, depending on the use of the hammer.
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If the hammer is used for pounding, riveting or chiselling, eto. the valves must open from the inside out to expel air which, in its travel away from the tool, the piston causes to penetrate between the casing and the tool and to avoid the backpressure which would occur.
But if the hammer is used to pierce rocks with an oreux foil, these valves must open from the outside in to absorb, in the outward movement of the piston from the tool, air which, expelled during the stroke of the piston towards the tool by the web of the bar, is used for the expulsion of dust from the bottom of the hole drilled in the rock *
One or more valves not shown in the figures can be placed on the bottom of the piston so as to open during the stroke of projection of the piston on the tool and to close during the compression stroke of the air, in order to '' increase the quantity of air contained in the XZ chamber.
Finally, the spring placed between the piston P and the shaft B has, as has been said above, the object of helping or facilitating the movement of the piston towards the tool during the first ooups. This spring can be removed when, from the first stroke of the piston, this movement of the piston takes place at engine speed.
Freezes them. 5 and 6 show two examples of coupling the motor to the shaft E. This motor can be replaced by a transmission cable.
A simple examination of fig. 2 shows that the same result can be obtained by placing the active elements (rollers and helical ramps) in an inverse manner to the previous one, that is to say by placing the rollers on the piston and the ramps on the envelope, with the modification voule, namely that in this case * it is the rollers which roll on the ramps, which gives the same result.
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In figures 1 and 2, the helical fins H have an angular development of 270 on the cylindrical surface of the piston or of the cylinder) a sector of 900 of this surface therefore remains free for the piston projection stroke which must be done in less time than it takes for the piston to turn a quarter turn.
Whenever the amplitude of the helical ramps exceeds 90, the axes of the rollers, although located on diametrically opposed generators, will be at different heights, this difference in height being a function of the stroke of the piston and the diameter of the rollers. ,
On the other hand, if the ramps, in their development, do not exceed 90, not only the axes of the rollers will be on opposite generatrices, but, moreover, they can be at the same height, which also has the advantage that, for the same piston dimensions, the number of ramps and rollers can be increased and the forces distributed better; but it is then necessary to proportionally decrease the stroke for the same propeller pitch.
As shown in figures 1 and 2, when the ramps occupy a sector of 270, the number of percussions is 1 per revolution of the motor shaft E, while if they occupy only 90 and if they are suitably distributed. the number of percussions can ,,. be 2 per turn of the same tree.
Another variant is shown in Figures 3 and 4 in which the rollers are replaced by balls housed either in the casing or in the piston, and combined with grooves made respectively on the outer surface of the piston or on the inner surface. of the envelope * The observations relating to the amplitude of the development of the helical ramps can be extended to these cases.
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It is obvious that we arrive at the same result by replacing the combination of fins and rollers above deorite by a combination formed only of helical fins, one of which is placed on the piston and the other on the cylinder) these fins must, of course, have the same pitch, although it is not necessary that they have the same angular development.
In Figures 7, 9 and 9, such a construction is shown; it oomporte a single fin on each element (piston and cylinder)) these figures show the following three phases of the movement: beginning of contact of the two fins, full contact and end of contact during the movement away from the piston from the tool; the projection of the piston on the tool begins when this piston is in the position of figure 9.
In these figures, the valves and other accessory parts have been omitted,
In figures 10, 11 and 12, a hammer similar to the previous one is shown, but with two pairs of fins having an amplitude of 90 and placed at different heights and on generatrices diametrically opposed) the simple examination of these figures allow you to see how the device works.
It should be noted that the balance, produced by this arrangement thanks to the better distribution of the forces, is of great importance in the case where the lower end of the piston is not guided, as is the case in figures 7 , 9, 9, 10, 11 and 12, for example) this importance is less in the case of figures 1, 2, 3, 4, 5 and 6, for example, where the piston is guided at the lower part of the cylinder, through which the tool shank is penetrated
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Figures 13 and 14 show a hammer provided with a roller on the casing and a helical fin on the piston, the latter having a development of 180;
This development could be larger or smaller, for example, up to 270 or 90, the only indispensable condition being that the downstroke (the speed of which is a function of the total pressure and the mass of the piston) can be achieved having whether the piston has rotated 180, 90 or 270, respectively.
In these same figures, a differential piston is shown the part that does not fit in the upper part of the cylinder is composed of two ororpst one of large diameter, which carries the helical fins and another, of reduced diameter which adjusts perfectly to the lower part of the cylinder or tool holder. It is clear that this form of piston is independent of the number of fins, and thus figures 15 and 16 show the same type of hammer provided with two fins and two rollers.
The speed of the piston in its stroke of projection and, consequently, the force of the piston, are a function of the total pressure and, consequently, of the upper section of the piston, to increase this section to the appropriate extent without arriving at a total volume and to a too considerable total weight of the hammer, the cylinder can receive the shape of figure 17. In this figure, the cylinder is constituted by two parts of different diameters to be able to give to the upper part which limits the air chamber , greater capacity and volume of air.
In this case, it is unnecessary to provide segments, and it is obvious that the shape of the piston is independent of the shape of the hammer and of the conjugate elements which could be rollers and fins, or only fins, .et
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andalso independent of the number of rollers or fins.
It should be noted that from Figure 7 and in all the following figures, the axial ball bearing of Figure 1, which surrounds the shaft E through its crossing of the bottom T of the cylinder is omitted; This bearing may be replaced by an adjusted bearing made of a suitable material.
Figure 18 gives an exact idea of an automatic hammer constructed with fins on the piston and rollers (two in number) on the cylinder; in this figure, the ramps have a particular shape so that they can come into contact tangentially with the rollers, without any impact *
Finally, a hammer in accordance with the invention may also include the following provisions s
The handle or handle, whatever its shape, does not form an integral part of the cylinder;. It is mounted on the groove G visible on the bottom T and, although it is well adjusted, it is not enough to prevent the hammer from turning under torsional force, with the handle remaining fixed.
The lower cavity of the cylinder or casing has sections of two shapes s a circular shape 0 in which the lower part of the piston fits (if it is differential), a prismatic shape P to which the shape of the l fits. lower end of the tool which enters the casing.
In addition to the above-mentioned valves, others can be arranged at the lower part of the cylinder (one can suffice); these valves open from inside to outside or from outside to inside, depending on how the hammer is used; these valves communicate the outside air only with the lower cavity of the cylinder, when the tool is in place * As the piston must have the least mass
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possible, it can be formed in two parts, as shown in Figure 18 t one internal, and the other, external, provided with ramps; this outer part may be made of steel, while the inner core may be of a less dense material, for example, "Electron".
The same result can be obtained with the form shown in figure 19 in which the core has disappeared and is replaced by a disc having the shape of a recess of the piston in which it fits to guide it) this arrangement presents the additional advantage of creating a new inner tube which in the. piston compression stroke also decreases in volume; the air contained in this chamber is therefore compressed, so that the force of the piston is correspondingly increased when it is projected onto the tool.
In both Figures 18 and 19 and in some other figures, a CF braking chamber is provided; its object is to avoid, by cooperating with the annular space C'F 'of the base of the cylinder. the violent shock that the piston would produce on this bottom of the cylinder when the tool is not yet placed in position.