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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.