Le brevet suisse No 290 394 correspondant au brevet US
No 2 672 677 se rapporte à un outil portatif à percussion, muni d'un faisceau de tiges fines ou d'aiguilles martelées par un organe de frappe actionné pneumatiquement. Les extrémités des aiguilles qui font saillie hors du carter de l'outil sont mises au contact de la surface à décaper et l'action de frappe répétée des aiguilles à une certaine fréquence, dépendant du rapport des masses en présence, attaque cette surface. Cet outil se présente sous la forme d'un pistolet alimenté par un compresseur.
Pour maintenir un écartement déterminé entre les aiguilles, celles-ci sont montées à travers des ouvertures respectives d'un support appelé porte-aiguilles et sont retenues grâce à des têtes formées à leurs extrémités situées à l'intérieur du carter.
Au bout de quelques dizaines d'heures de fonctionnement, les aiguilles se cassent au niveau des têtes et les trous du porteaiguilles sont peu à peu agrandis consécutivement au martèlement des têtes d'aiguilles de sorte que le porte-aiguilles doit aussi être changé.
Jusqu'ici on a considéré cette usure comme normale et inhérente à ce genre d'outil.
Le but de la présente invention est précisément de réduire cette usure tout en augmentant l'efficacité de l'outil.
A cet effet, cette invention a pour objet un outil à percussion pour le décapage de surfaces comprenant un carter allongé. à une extrémité duquel fait saillie un faisceau d'aiguilles métalliques de décapage, un porte-aiguilles monté longitudinalement coulissant à l'intérieur de ce carter, ce porte-aiguilles présentant la forme d'une cuvette cylindrique dont le bord est pressé élastiquement contre une enclume retenue par une butée et dont le fond est percé d'ouvertures, lesdites aiguilles étant montées respectivement au travers de ces ouvertures, leurs extrémités intérieures se terminant chacune par une tête servant de butée axiale, un organe de frappe monté longitudinalement coulissant dans ledit carter du côté de l'enclume opposé audit porte-aiguilles et des moyens moteurs pour amorcer et entretenir une série de percussions à fréquence donné dudit marteau contre ladite enclume.
Cet outil est caractérisé par le fait que ledit porte-aiguilles est en une matière plastique dont l'énergie de déformation est au moins égale à 10 kp.m/cm3, la température de fluage au moins égale à 100oC et la résistance au choc au moins égale à 50 kp.cm/cm2.
La figure unique du dessin annexé est une coupe longitudinale illustrant, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'outil objet de la présente invention.
Cet outil se présente sous la forme d'un pistolet comprenant un carter cylindrique 1 et une poignée 2. Un faisceau d'aiguilles ou de tiges d'acier trempé 3 fait saillie à l'extrémité avant du carter 1. Ces aiguilles 3 sont montées à travers un support appelé porte-aiguilles 4 monté coulissant dans le carter
l et pressé élastiquement contre une enclume 5 par un ressort 6.
Ce porte-aiguilles est en matière plastique, dans cet exemple en polyamide 6, réalisé soit par usinage, soit par moulage par injection à partir d'une poudre ayant subi un conditionnement poussé en vue de la débarasser au maximum de toute humidité qui interfère avec les propriétés mécaniques de la matière moulée. Ce porte-aiguilles se présente sous la forme d'une cuvette cylindrique dont le bord appuie contre l'enclume 5, tandis que le fond est percé d'ouvertures régulièrement réparties pour recevoir les aiguilles 3 respectives du faisceau. L'extrémité intérieure de chaque aiguille 3 se termine par une tête 3a, tronconqiue dans cet exemple, logée dans un dégagement de forme correspondante ménagé à l'extrémité de chaque ouverture traversant le fond du porte-aiguilles et située vers l'intérieur de la cuvette formant ce porte-aiguilles.
L'enclume 5 est constituée par un cylindre d'acier monté librement dans le carter et prenant appui contre une butée solidaire de ce carter et formée par l'extrémité d'un organe tubulaire 7 rapporté à l'intérieur du carter 1. Cette enclume présente au moins une rainure longitudinale 5a pour permettre à l'air de s'échapper comme on l'expliquera par la suite.
Un organe de frappe 8 appelé marteau et constitué par une sorte de piston est monté coulissant dans l'organe tubulaire 7.
Cet organe tubulaire est divisé en deux chambres 7a et 7b par une saillie annulaire 7c qui est ajustée autour du corps 8a du marteau 8 tandis que la tête 8b de ce marteau est montée coulisssante dans la chambre 7a ménagée en arrière de la saillie annulaire 7c. Un conduit 9 en forme de T sert à faire communiquer les chambres 7a et 7b suivant la position axiale du marteau 8. La chambre 7a est reliée à une source d'air sous pression par un conduit 10 qui débouche dans la paroi latérale de la chambre 7a, en avant de la tête 8b du marteau lorsque celui-ci appuie contre l'enclume 5.
Ce pistolet est alimenté par un compresseur non représenté qui envoie de l'air sous pression dans la partie avant de la chambre 7a de sorte que le marteau 8 est poussé en arrière jusqu'à ce que la branche transversale du conduit 9 en T pénètre dans la chambre 7a, mettant alors en communication la partie avant de cette chambre 7a avec sa partie arrière située derrière la tête 8b du marteau. Etant donné que la chambre 7a est à une pression supérieure à celle de la chambre 7b et que l'extrémité arrière du marteau 8 sur laquelle s'exerce la pression régnant dans la chambre 7a est supérieure à la surface de la portée formée entre la tête 8b et le corps 8a du marteau, le marteau est poussé vers l'avant contre l'enclume 5.
En pénétrant dans la chambre 7b, la partie transversale du conduit 9 en
T permet à l'air comprimé dans la partie arrière de la chambre 7a de s'échapper, la rainure longitudinale 5a servant à évacuer cet air vers l'avant du pistolet à travers le porte-aiguilles 4. Cet échappement de l'air vers l'avant constitue en même temps un moyen efficace de refroidissement des organes de l'outil.
Lorsque le pistolet travaille au décapage d'une surface, les aiguilles 3 sont normalement appliquées contre l'enclume 5 au moment où le marteau 8 frappe contre la face arrière de cette enclume. A la suite de la percussion du marteau 8 contre l'enclume 5, cette dernière communique son énergie aux aiguilles 3 ainsi qu'au porte-aiguilles 4 et au ressort 6. Le cycle décrit recommence, étant donné que l'air comprimé est amené en continu par le conduit 10 dans la chambre 7a. La fréquence de frappe est essentiellement donnée par les dimensions et le rapport des différentes masses en présence.
Les essais effectués avec un tel pistolet dont le porteaiguilles est réalisé en polyamide 6 ont montré que la durée de vie des aiguilles qui était de quelques dizaines d'heures avec le porte-aiguilles acier connu, devient pratiquement illimitée.
Quant au porte-aiguilles, sa durée de vie, suivant le mode de fabrication (injection ou usinage) ainsi que l'état de conditionnement du plastique utilisé peut être sensiblement égale, voire supérieure à celle du porte-aiguilles acier et peut même être jusqu'à deux fois supérieure, notamment lorsque le porteaiguilles est usiné au moins en partie. On a constaté en outre que le rendement du pistolet muni d'un porte-aiguilles en polyamide 6 est notablement amélioré. Le décapage d'une surface de 0,125 m2 a été effectué, d'une part, en 10 min 50" avec le porte-aiguilles acier, d'autre part, en 7 min 10" avec le porte-aiguilles en polyamide 6.
En fait, les essais très poussés qui ont été effectués systématiquement avec une grande variété de matières plastiques ont montré qu'il existe très peu de matières plastiques réunissant l'ensemble des propriétés permettant de satisfaire aux diverses contraintes auxquelles est soumis le porte-aiguilles. C'est sans doute ce qui explique la raison pour laquelle aucun constructeur n'avait pensé jusqu'ici recourir à une matière plastique pour remédier à l'usure rapide des aiguilles. Etant donné que le porte-aiguilles est la pièce qui, avec les aiguilles, est soumise à l'usure la plus forte de tous les organes du pistolet, il était inattendu que la matière plastique résisterait autant, sinon mieux que l'acier et permettrait de supprimer la casse des aiguilles.
En fait, les essais sus-mentionnés ont permis de dresser la liste des caractéristiques essentielles que la matière plastique doit nécessairement présenter pour être utilisable.
Cette matière doit posséder une énergie de déformation assez élevée, c'est-à-dire, L'énergie de déformation absorbée avant la rupture, qui peut être trouvée en multipliant la résistance limite à la traction par la déformation du matériau à la rupture. Cette énergie de déformation qui est d'environ 10 kp.m/cm3 pour l'acier utilisé jusqu'ici pour réaliser le porteaiguilles est de 15 à 20 kp.m/cm3 pour le polyamide 6.
La température de fluage du matériau doit être assez élevée et c'est un des critères pour lesquels de nombreuses matières plastiques sont éliminées. Compte-tenu du refroidissement très efficace du porte-aiguilles par l'air s'échappant de la chambre 7b à travers les rainures 5a de l'enclume 5 et le porte-aiguilles 4, cette température de fluage doit au moins atteindre 100oC, celle du polyamide 6 étant située au voisinage de 2000C. Les sources d'échauffement du porte-aiguilles sont de deux sortes, le frottement entre les aiguilles et le porte-aiguilles et la transformation de l'énergie cinétique des différents organes du pistolet, en particulier des aiguilles, en chaleur lors des chocs.
Enfin, cette matière doit résister aux chocs. Il y a plusieurs façons de déterminer cette caractéristique, la plus courante ayant recours à un pendule de masse connue, frappant un échantillon encoché et en calculant l'énergie potentielle conservée par le pendule après le choc.
Cet essai dépend du type d'encoche faite dans l'échantillon et souvent celui-ci ne casse pas, signe d'une résistance élevée aux chocs. Des mesures de résistance aux chocs selon la norme
DIN 53 453 exprimée en kp.cm/cm2 donne 100 pour le nylon, 9 à 10 pour le Delrin , 2 à 3 pour le PVC. Les matières plastique chargées, contenant des lubrifiants, ont une plus faible résistance aux chocs. Ainsi le polyamide 66 + MoS2 présente une résistance de 15 à 20, tandis que le matériau seul a une résistance sensiblement équivalente à celle du Nylon.
Ces additifs semblent également réduire la valeur de l'énergie de déformation.
Tous les essais ont été effectués avec des aiguilles en acier trempé.
Les améliorations constatées aussi bien en ce qui concerne l'usure des organes que le rendement proviennent également de la faible masse du porte-aiguilles en plastique due au poids spécifique de la matière plastique beaucoup plus bas que celui de l'acier. Par conséquent, la masse du porte-aiguilles s'approchant de celle de chaque aiguille, le mouvement du porteaiguilles tend à suivre celui des aiguilles, au moment du choc entre les têtes d'aiguilles et le porte-aiguilles, réduisant les contraintes résultant de ces chocs, ce qui explique la disparition de la casse des aiguilles qui se produisait au niveau de la tête. La déformation plus importante de la matière plastique lors de chaque choc atténue sensiblement les vibrations aléatoires que l'on rencontre avec un porte-aiguilles en acier.
C'est sans doute ce qui explique également pourquoi le porteaiguilles en matière plastique est capable de résister au moins aussi longtemps, voire jusqu'à deux fois plus longtemps qu'un porte-aiguilles en acier, celui-là étant soumis à des sollicitations plus faibles que ce dernier.
Le porte-aiguilles se déplace à l'encontre de la pression exercée par le ressort 6 de sorte que l'énergie nécessaire pour comprimer ce ressort est perdue. La forte réduction de masse du porte-aiguilles due à l'utilisation de matière plastique permet, par conséquent, de réduire la perte d'énergie par une plus faible sollicitation du ressort, ce qui explique l'augmentation d'efficacité du pistolet muni du porte-aiguilles plastique.
Cette efficacité accrue s'accompagne par ailleurs d'une réduction de la consommation d'air comprimé qu'il est difficile de chiffrer parce que difficile à mesurer. Par conséquent, le rendement plus élevé du pistolet et la plus faible consommation d'air conduisent à une importante diminution de la consommation d'énergie et à une productivité accrue. On peut encore relever que le porte-aiguilles en matière plastique moulé, partiellement moulé ou décolleté est d'un prix de revient inférieur à celui du porte-aiguilles en acier trempé.
Il est évidemment possible d'utiliser un autre moyen moteur que l'air comprimé pour l'entraînement du marteau 8, par exemple des moyens électriques du genre de ceux utilisés pour les perceuses à percussions.