FR3118434A1 - Dispositif de vissage-dévissage à impact à pilotage à vide - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de vissage-dévissage à impact comprenant :
un moteur électrique comprenant un rotor ;des moyens de commande dudit moteur aptes à transmettre une consigne de commande audit moteur ;un mécanisme d’impact comprenant :au moins une enclume montée mobile en rotation suivant l’axe de rotation dudit rotor ;au moins un marteau susceptible d’être entrainé en rotation par ledit moteur suivant ledit axe, ledit au moins un marteau étant mobile entre au moins :une position non engagée dans laquelle il n’est pas susceptible d’entrer en collision avec ladite au moins une enclume lorsqu’il est entrainé en rotation par ledit moteur, etune position engagée dans laquelle il est susceptible d’entrer en collision avec ladite au moins une enclume lorsqu’il est entrainé en rotation par ledit moteur.
Selon l’invention, une variation de ladite consigne de commande délivrée audit moteur par lesdits moyens de commande déclenche le passage dudit au moins un marteau d’une à l’autre de ses positions.
Fig.1
Description
1. Domaine de l’invention
Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication des dispositifs de vissage-dévissage à impact ou à choc plus communément appelés clés à choc.
2. Art antérieur
Une clé à choc est un outil classiquement utilisé pour assurer le serrage et desserrage d’éléments, comme des écrous ou des vis, sans provoquer de retour de couple dans la main de l’opérateur qui les utilise.
Un tel outil comprend un moteur, électrique ou pneumatique, et un mécanisme d’impact dont l’entrée est reliée au rotor du moteur et la sortie comprenant un carré de sortie apte à entrainer en rotation un outil de vissage. Le mécanisme d’impact comprend généralement un volant susceptible d’être entrainé en rotation par le moteur, et portant une masse, plus généralement appelée marteau, apte à venir frapper le carré de sortie, qui joue le rôle d’une enclume, et l’entrainer ainsi en rotation pour transmettre à l’élément à serer-desserrer un couple. Le mécanisme de frappe transforme ainsi l’énergie cinétique d’une masse en rotation (entrainée par le moteur), en énergie d’impact. Il existe plusieurs types de mécanisme d’impact mais ils ont le point commun d’avoir toujours un ou plusieurs marteaux qui viennent frapper le carré de sortie.
Il existe différents types de mécanismes d’impacts, comme par exemples les Twin hammer, Two jaws, Pin cluch… en langue anglaise qui ont tous pour point commun de générer systématiquement un nombre déterminé d’impact par tour, généralement égale à un parfois à deux. Le nombre d’impact par tour est lié à la cinématique du mécanisme d’impact et ne peut pas être changé.
Tous les mécanismes d’impact fonctionnent sur le même principe, à savoir qu’une multitude d’impacts est nécessaire pour atteindre petit à petit le couple de serrage. Le couple de serrage d’une clé à choc est donc fonction du nombre d’impacts et de la quantité d’énergie transmise à l’enclume lors de chaque impact. On prétend de manière générale que le couple de serrage d’une clé à choc correspond au couple atteint après 10 secondes de vissage.
Pour atteindre rapidement un couple de serrage élevé, l’énergie transmise au carré de sortie lors de chaque impact doit être importante. Ceci peut être obtenu en augmentant la vitesse de rotation du mécanisme d’impact avant impact. Il est pour cela nécessaire de mettre en œuvre un moteur plus puissant, ce qui est un inconvénient, notamment en terme d’encombrement, de poids et de coût.
Une autre solution consiste à faire tourner la clé à choc à vide, c’est-à-dire en maintenant les marteaux dans une position non engagée dans laquelle ils ne peuvent pas entrer en collision avec l’enclume, jusqu’à ce que le moteur atteigne une vitesse prédéterminée, puis à placer les marteaux dans une position engagée dans laquelle ils sont susceptibles d’entrer en collision avec l’enclume pour générer un impact de forte puissance.
Cette technique est intéressante mais nécessite la mise en œuvre d’un actionneur, indépendant du moteur, pour déplacer les marteaux de l’une à l’autre de leurs positions engagée et non engagée. Les clés à choc de ce type sont donc structurellement complexes.
Les clés à choc peuvent donc encore être améliorées pour leur permettre d’atteindre rapidement un couple de serrage important.
3. Objectifs de l’invention
L’invention a notamment pour objectif d’apporter une solution efficace à au moins certains de ces différents problèmes.
En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l’invention est de fournir une clé à choc électrique permettant d’atteindre rapidement un couple de serrage élevé.
Notamment, l’invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle clé à choc qui soit simple de conception.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle clé à choc qui soit fiable et robuste.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle clé à choc qui soit économique.
4. Présentation de l’invention
Pour ceci, l’invention propose un dispositif de vissage-dévissage à impact comprenant :
- un moteur électrique comprenant un rotor ;
- des moyens de commande dudit moteur aptes à transmettre une consigne de commande audit moteur ;
- un mécanisme d’impact comprenant :
- au moins une enclume montée mobile en rotation suivant l’axe de rotation dudit rotor ;
- au moins un marteau susceptible d’être entrainé en rotation par ledit moteur suivant ledit axe, ledit au moins un marteau étant mobile entre au moins :
- une position non engagée dans laquelle il n’est pas susceptible d’entrer en collision avec ladite au moins une enclume lorsqu’il est entrainé en rotation par ledit moteur, et
- une position engagée dans laquelle il est susceptible d’entrer en collision avec ladite au moins une enclume lorsqu’il est entrainé en rotation par ledit moteur.
Selon l’invention, une variation de ladite consigne de commande délivrée audit moteur par lesdits moyens de commande déclenche le passage dudit au moins un marteau d’une à l’autre de ses positions.
Ainsi, selon cet aspect de l’invention, une simple variation de la consigne de commande délivrée au moteur permet de faire passer les marteaux de l’une à l’autre de leur position sans qu’il ne soit nécessaire de mettre en œuvre d’actionneur pour permettre ce déplacement. Ceci confère au dispositif selon l’invention une grande simplicité de conception pour permettre néanmoins d’atteindre rapidement des couples de serrage élevés en rendant possible l’activation du mécanisme de frappe lorsque le moteur tourne suffisamment vite.
Selon une caractéristique possible :
-ledit au moins un marteau comprend au moins une surface de frappe et ladite au moins une enclume comprend au moins une surface de collision,
-lesdites surfaces de frappe et de collision étant susceptibles de s’entrechoquer lorsque ledit au moins un marteau se trouve dans ladite position engagée et que ledit au moins un marteau est entrainé en rotation par ledit moteur,
-lesdits surfaces de frappe et de collision n’étant pas susceptibles de s’entrechoquer lorsque ledit au moins un marteau se trouve dans ladite position non engagée et que ledit au moins un marteau est entrainé en rotation par ledit moteur.
Selon une caractéristique possible :
-ledit rotor est muni d’un arbre d’entrainement,
-ledit dispositif comprenant un volant d’inertie coaxial audit arbre d’entrainement,
-ledit au moins un marteau étant fixé audit volant d’inertie de manière mobile entre ses positions non engagé et engagé,
-ledit volant d’inertie étant mobile en rotation par rapport audit arbre d’entrainement sur une plage angulaire délimitée par au moins une position extrême dans laquelle ledit volant d’inertie et ledit arbre d’entrainement sont liées en rotation et ledit au moins un marteau se trouve dans sa position non engagée,
-ledit dispositif comprenant au moins un élément d’actionnement agissant sur ledit au moins un marteau pour le placer
-dans sa position non engagée lorsque ledit arbre d’entrainement occupe ladite au moins une position extrême et
-dans sa position engagée lorsque ledit arbre d’entrainement occupe une position prédéterminée sur ladite plage angulaire.
Selon une caractéristique possible ladite plage angulaire est délimitée par deux positions extrêmes dudit arbre d’entrainement par rapport audit volant d’inertie dans lesquelles ledit volant d’inertie et ledit arbre d’entrainement sont liées en rotation et ledit au moins un marteau se trouve dans sa position non engagée.
Selon une caractéristique possible ledit au moins un marteau est mobile en rotation, entre ses positions engagée et non engagée, suivant un axe parallèle à l’axe de rotation dudit moteur.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend un doigt d’indexage solidaire en rotation dudit arbre d’entrainement apte à venir en appui contre au moins une butée solidaire en rotation dudit volant d’inertie dans ladite au moins une position extrême pour lier en rotation ledit arbre d’entrainement et ledit volant d’inertie.
Selon une caractéristique possible :
-ledit au moins un élément d’actionnement comprend au moins un ergot solidaire en rotation dudit arbre d’entrainement et susceptible de se déplacer le long d’au moins une rampe solidaire dudit au moins un marteau,
-ledit au moins un ergot et ladite au moins une rampe étant conformés
-pour placer ledit au moins un marteau dans ladite position non engagée lorsque ledit arbre d’entrainement occupe ladite au moins une position extrême et
-pour placer ledit au moins un marteau dans ladite position engagée lorsque ledit arbre d’entrainement occupe ladite position prédéterminée sur ladite plage angulaire.
Selon une caractéristique possible :
-ledit dispositif comprend au moins un pignon mené solidaire en rotation de chacun desdits marteaux solidaires dudit volant d’inertie,
-ledit au moins un élément d’actionnement comprenant un pignon menant solidaire en rotation dudit arbre d’entrainement et en prise avec le ou lesdits pignons menés,
-un mouvement relatif dudit arbre d’entrainent par rapport audit volant d’inertie permettant de déplacer ledit au moins un marteau entre ses positions engagée et non engagée.
Selon une caractéristique possible ledit au moins un marteau est mobile en translation, entre ses positions engagée et non engagée, suivant un axe parallèle à l’axe de rotation dudit arbre d’entrainement.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend un arbre d’entrainement secondaire solidaire en rotation mais libre en translation avec ledit arbre d’entrainement, ledit arbre d’entrainement secondaire étant monté mobile en translation et en rotation par rapport audit volant d’inertie selon l’axe de rotation dudit arbre d’entrainement, ledit arbre d’entrainement secondaire comprenant au moins une came contre laquelle au moins un doigt de guidage solidaire dudit volant d’inertie est susceptible de se déplacer, ladite au moins une came ayant un profil conformé pour permettre audit arbre d’entrainement secondaire de se déplacer en rotation par rapport audit volant d’inertie sur ladite plage angulaire entre ladite au moins une position extrême et ladite position prédéterminé, et un déplacement en translation dudit arbre d’entrainement secondaire par rapport audit volant d’inertie au cours de son déplacement entre ladite au moins une position extrême et ladite position prédéterminé.
Selon une caractéristique possible ledit au moins un marteau est solidaire en translation mais non en rotation avec ledit arbre d’entrainement et est monté mobile en translation par rapport audit volant d’inertie pour être déplacé entre ses position engagée et non engagée par ledit arbre d’entrainement.
Selon une caractéristique possible ledit moteur comprend un stator interne muni de bobines, ledit rotor étant externe, ledit au moins un marteau étant solidaire en rotation dudit rotor et étant monté mobile en rotation par rapport audit rotor entre ses positions engagée et non engagée suivant un axe parallèle à l’axe de rotation dudit rotor, les champs magnétiques créés par lesdites bobines agissant sur ledit au moins un marteau :
- pour le placer dans sa position non engagée lorsque lesdits moyens de commande alimentent lesdits bobines pour entrainer en rotation ledit rotor,
- pour le placer dans sa position engagée lorsque lesdits moyens de commande n’alimentent pas lesdits bobines pour entrainer en rotation ledit rotor.
Selon une caractéristique possible lesdits moyens de commande sont aptes :
- à délivrer une consigne d’accélération dans un sens dudit moteur pour placer ledit arbre d’entrainement dans l’une de ses positions extrêmes et entrainer en rotation dans un sens ledit volant d’inertie jusqu’à une vitesse prédéterminée ;
- à délivrer une consigne de ralentissement audit moteur de sorte que ledit arbre d’entrainement se déplace par rapport audit volant d’inertie sur ladite plage angulaire pour atteindre ladite position prédéterminée et placer ledit au moins un marteau dans sa position engagée pour engendrer une collision dudit au moins un marteau contre ladite au moins une enclume,
- à délivrer une consigne de ré-accélération dudit moteur dans ledit sens.
Selon une caractéristique possible lesdits moyens de commande sont configurés pour :
- délivrer une consigne d’alimentation dudit moteur pour entrainer ledit rotor en rotation et placer ledit au moins un marteau dans ladite position non engagée ;
- délivrer une consigne de non alimentation dudit moteur pour placer ledit au moins un marteau dans ladite position non engagée et laisser ledit rotor tourner dans ledit sens pour engendrer une collision dudit au moins un marteau contre ladite au moins enclume.
Selon une caractéristique possible lesdits moyens de commande sont configurés pour maintenir la rotation dudit rotor à ladite vitesse prédéterminée jusqu’à ce qu’ils détectent moins un paramètre signifiant que ledit au moins un marteau occupe une position angulaire prédéterminée selon l’axe de rotation dudit rotor par rapport à ladite au moins une enclume avant de délivrer ladite consigne de ralentissement ou de non-alimentation.
Selon une caractéristique possible ledit moteur comprend un capteur de mesure de la position angulaire dudit rotor, et lesdits moyens de contrôle sont configurés pour déterminer et enregistrer la position angulaire de ladite au moins une enclume à l’issue de chaque cycle d’impact à partir de la mesure réalisée avec ledit capteur, et d’en déduire à un cycle d’impact suivant la position angulaire dudit au moins un marteau par rapport à ladite au moins une enclume et l’atteinte de ladite position angulaire prédéterminée.
Selon une caractéristique possible un dispositif selon l’invention comprend un arbre de sortie solidaire de ladite au moins une enclume, ledit dispositif comprenant un capteur de mesure de la position angulaire dudit arbre de sortie, lesdits moyens de contrôle étant configurés pour déterminer et enregistrer la position angulaire dudit arbre de sortie à l’issue de chaque cycle impact et d’en déduire au cycle d’impact suivant la position angulaire dudit au moins un marteau par rapport à ladite au moins une enclume et l’atteinte de ladite position angulaire prédéterminée.
Selon une caractéristique possible lesdits moyens de contrôle sont aptes à piloter ledit moteur de manière à stabiliser le décalage angulaire entre ledit rotor et ledit volant d’inertie à ladite position angulaire prédéterminée dudit au moins un marteau.
Selon une caractéristique possible un dispositif selon l’invention comprend un capteur d’angle apte à mesurer la position angulaire dudit volant d’inertie, lesdits moyens de contrôle étant aptes à calculer la position angulaire dudit rotor par rapport audit volant.
5. Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
6. Description de modes de réalisation particuliers
6.1. Premier mode de réalisation
On présente, en relation avec les figures 1 à 8, un premier mode de réalisation d’un dispositif de vissage/dévissage selon l’invention, encore appelé clé à choc.
Un tel dispositif comprend un carter 1 logeant un moteur électrique 2 comprenant un stator 20 et un rotor 21. Il comprend une gâchette d’actionnement 10.
Le rotor 21 est muni d’un arbre d’entrainement 3 à l’extrémité duquel deux ergots 4 forment saillie en s’étirant l’un à l’opposé de l’autre suivant un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’arbre d’entrainement 3.
L’extrémité de l’arbre d’entrainement 3 comprend également un doigt d’indexage 5.
Le dispositif comprend un mécanisme d’impact 6 comprenant :
- au moins une enclume 60 montée mobile en rotation suivant l’axe de rotation du rotor 21 ;
- au moins un marteau 61 susceptible d’être entrainé en rotation par le moteur suivant ledit axe.
Chaque enclume 60 comprend deux surfaces opposées de collision 601.
Les enclumes 60 sont liées en rotation à un arbre de sortie 602, encore appelé carré de sortie, apte à porter un embout de vissage-dévissage pour entrainer en rotation à élément à visser-dévisser comme un écrou ou une vis.
Chaque marteau 61 comprend deux surfaces opposées de frappe 610. Chaque marteau 61 comprend également deux oreilles 620 séparées par un creux central 630 définissant un profile de rampe 640 contre lequel sont susceptibles de venir se déplacer les ergots 4 de l’arbre d’entrainement.
Les marteaux 61 sont solidaires d’un volant d’inertie 7. Le volant d’inertie 7 forme une cloche à l’intérieur de laquelle sont placés les marteaux 61. Les marteaux 61 sont montés mobile en rotation sur des axes 70 fixés de manière immobile sur le volant d’inertie 7, qui s’étendent suivant des axes parallèles à l’axe de rotation du rotor.
Le rotor, l’arbre d’entrainement, le volant d’inertie et l’arbre de sortie sont coaxiaux.
Le volant d’inertie est traversé en son centre par un trou 71 à la périphérie duquel est formée une gorge 72, de diamètre extérieur plus important, qui s’étire sur une portion angulaire délimitée par deux butées 73. La mise en œuvre de deux butées permet au dispositif de fonctionner en vissage comme en dévissage. La mise en œuvre d’une seule butée permettrait au dispositif de fonctionner seulement dans l’un ou l’autre de ces deux sens.
Le doigt d’indexage 5 a une forme complémentaire de celle de la gorge 72 si bien qu’il peut s’y déplacer jusqu’à venir en appui tantôt contre l’une ou l’autre des butées 73 délimitant la gorge 72. Le volant d’inertie 7 est ainsi mobile en rotation sur l’arbre d’entrainement 3 suivant l’axe de celui-ci sur une plage angulaire délimité par les deux butées 73.
Ainsi, le volant d’inertie est mobile en rotation par rapport à l’arbre d’entrainement sur une plage angulaire délimitée par au moins une position extrême, deux positions extrêmes définies par les butées 73 dans ce mode de réalisation, dans laquelle le volant d’inertie et l’arbre d’entrainement sont liées en rotation. Lorsque le doigt d’indexage 5 est en appui contre une butée 73, le volant d’inertie 7 et l’arbre d’entrainement 3 sont liés en rotation dans le sens tendant à rapprocher le doigt d’indexation de la butée.
Chaque marteau 61 est mobile en rotation autour de l’axe 70 correspondant entre au moins :
- une position non engagée dans laquelle il n’est pas susceptible d’entrer en collision avec l’enclume 60 lorsqu’il est entrainé en rotation par le moteur, et
- une position engagée dans laquelle il est susceptible d’entrer en collision avec l’enclume 60 lorsqu’il est entrainé en rotation par le moteur.
Les surfaces de frappe et de collision sont susceptibles de s’entrechoquer lorsque le au moins un marteau se trouve dans sa position engagée et que l’au moins un marteau est entrainé en rotation par le moteur.
Les surfaces de frappe et de collision ne sont pas susceptibles de s’entrechoquer lorsque l’au moins un marteau se trouve dans la position non engagée et que l’au moins un marteau est entrainé en rotation par le moteur.
Le dispositif comprenant au moins un élément d’actionnement agissant sur l’au moins un marteau pour le placer
-dans sa position non engagée lorsque l’arbre d’entrainement occupe l’au moins une position extrême et
-dans sa position engagée lorsque l’arbre d’entrainement occupe une position prédéterminée sur la plage angulaire.
L’élément d’actionnement comprend les ergots 4 solidaires en rotation de l’arbre d’entrainement 3 qui sont susceptibles de se déplacer contre les rampes 640 des oreilles 620 des marteaux 61.
Les ergots 4 et les rampes 640 sont conformés
-pour placer l’au moins un marteau dans la position non engagée lorsque l’arbre d’entrainement occupe l’au moins une position extrême et
-pour placer l’au moins un marteau dans la position engagée lorsque l’arbre d’entrainement occupe la position prédéterminée sur la plage angulaire.
Lorsque le doigt d’indexation 5 est en appui contre l’une des butées 73, les ergots 4 se trouvent logés dans les creux centraux 630 des marteaux 61. Les marteaux sont ainsi maintenus dans leur position non engagée et le volant d’inertie est lié en rotation avec l’arbre d’entrainement si bien que le moteur peut entrainer librement les marteaux qui tournent autour de l’enclume sans entrer en collision avec.
Lorsque le doigt d’indexation 5 se déplace dans la gorge entre les deux butées 73, il vient occuper une position prédéterminée dans laquelle les ergots 4 interagissent avec les oreilles 620 pour placer les marteaux en position engagée et permettre ainsi à leur surface de frappe de venir en collision avec les surfaces de collision des enclumes.
La (c) illustre le doigt d’indexage 5 en appui contre une butée 73 du volant d’inertie. La (b) illustre la position non-engagée correspondante des marteaux. La (a) illustre une position angulaire quelconque des marteaux en rotation autour des enclumes dans leur position non-engagée.
La (c) illustre le doigt d’indexage 5 dans une position prédéterminée entre les butées 73 correspondant à la position engagée des marteaux. La (b) illustre la position engagée correspondante des marteaux. La (a) illustre une position angulaire quelconque des marteaux par rapport aux enclumes avant impact dans leur position engagée.
La (c) illustre le doigt d’indexage 5 dans une position prédéterminée entre les butées 73 correspondant à la position engagée des marteaux. La (b) illustre la position engagée correspondante des marteaux. La (a) illustre une position des marteaux dans leur position engagée en collision contre les enclumes.
Le dispositif comprend des moyens de commande du moteur aptes à transmettre au moteur une consigne de commande.
Ces moyens de commande comprennent une interface utilisateur, comme un écran et/ou un clavier permettant à l’utilisateur de saisir par exemple une consigne de couple de serrage ou de pourcentage d’un couple de serrage maximum.
Les moyens de commande comprennent un contrôleur permettant de convertir la consigne de l’utilisateur en vitesse suivant une loi de commande préétablie. Ils permettent de mettre en œuvre un procédé de contrôle du dispositif pour œuvrer à la réalisation d’une opération de vissage ou de dévissage comprenant l’enchainement de cycles d’impact successifs au cours de chacun duquel les marteaux viennent en collision contre les enclumes.
Le capteur d’angle du moteur permet au contrôleur de connaître en temps réel la position du rotor et de calculer sa vitesse.
Lorsque l’opérateur actionne la gâchette de la clé à choc pour déclencher une opération de vissage ou de dévissage, les moyens de commande transmettent au moteur une instruction de commande pour lui faire atteindre une fréquence de rotation prédéterminée Vi. Le dispositif se trouve dans un état quelconque comme par exemple celui de la figue 8 (a).
L’arbre d’entrainement se déplace à l’intérieur de la gorge du volant d’inertie jusqu’à venir en appui contre la butée 73 (passage de la (a) à 8(c) en passant par 8(b)). Le volant d’inertie est alors lié en rotation à l’arbre d’entrainement et les marteaux sont placés dans leur position non-engagée par les ergots ; les enclumes restent immobilisées en rotation (cf. (d)).
Lorsque le rotor atteint la fréquence de rotation Vi, les moyens de commandent pilotent le moteur pour qu’ils restent à la fréquence de rotation Vi jusqu’à ce qu’une condition de vérification que le mécanisme d’impact se trouve dans une position convenable avant impact soit remplie. On voit nettement notamment sur les figures 6 et 7 que lorsque les marteaux sont en position non-engagée, ils forment une cloche autour des enclumes. Ils peuvent alors tourner autour des enclumes sans interférence avec elles. Pour pouvoir passer de leur position non-engagée à leur position engagée, les marteaux doivent toutefois occuper une position particulière par rapport aux enclumes. En effet, la position relative des marteaux et des enclumes doit être telle qu’elle puisse permettre aux marteaux de passer dans leur position engagée sans venir frotter contre la surface périphérique externe des enclumes. Sur la , la position relative des marteaux par rapport aux enclumes ne leur permet pas de passer de leur position non-engagée à leur position engagée. A l’inverse, sur la , la position relative des marteaux par rapport aux enclumes leur permet de passer de leur position non-engagée (cf. (a)) à leur position engagée (cf. (b)).
Pour ce faire, il est possible, selon une première alternative, de placer un capteur de position angulaire sur l’arbre de sortie dont sont solidaires les enclumes.
A l’issue de chaque impact, ce capteur mesure la position angulaire de l’arbre de sortie et donc celle des enclumes qui reste fixe jusqu’à l’impact suivant. Au cours du cycle d’impact suivant, la position des enclumes est donc connue (elle correspond à celle mesurée à la fin du cycle d’impact précédent), alors que celle des marteaux est déduite de celle du rotor mesurée par le capteur d’angle du moteur. Il est ainsi possible de connaitre la position relative des marteaux et des enclumes et de piloter le ralentissement du moteur pour placer les marteaux dans leur position engagée seulement lorsque leur position angulaire par rapport aux enclumes leur permet de passer de leur position non engagée à leur position engagée sans entrer en interférence avec les enclumes.
Selon une deuxième alternative, il est possible de déterminer la position angulaire des enclumes sans mettre en œuvre de capteur d’angle sur l’arbre de sortie. Dans ce cas, la position angulaire des enclumes est déterminée à l’aide du capteur d’angle du moteur à chaque impact. En effet, lorsqu’il est détecté une forte chute de la fréquence de rotation du moteur, consécutive à la survenue d’un impact dans le mécanisme d’impact, les moyens de commande enregistrent la position du rotor qui correspondant à celle des enclumes. Au cycle d’impact suivant, il est ainsi possible de connaitre la position relative des enclumes, dont la position est celle enregistrée au cycle précédent, et des marteaux qui correspond à celle mesurée en temps réel avec le capteur d’angle du moteur. Il est ainsi possible de connaitre la position relative des marteaux et des enclumes et de piloter le ralentissement du moteur pour placer les marteaux dans leur position engagée seulement lorsque leur position angulaire par rapport aux enclumes leur permet de passer de leur position non engagée à leur position engagée sans être gênés par un éventuel vis-à-vis des marteaux avec les enclumes.
Selon cette alternative, il est nécessaire alors de réaliser au moins un impact avant de pouvoir déduire la position initiale des enclumes. Le cycle de vissage débutera alors par un premier impact à faible vitesse, pour lequel la consigne de freinage moteur débutera dès l’atteinte de la vitesse voulue, sans autre condition.
Une fois que la position relative des marteaux et des enclumes est telle qu’elle permet le passage des marteaux de leur position non-engagée à leur position engagée, il est possible d’agir sur le pilotage du moteur pour placer les marteaux dans leur position engagée.
Pour que les marteaux se trouvent dans leur position engagée, le décalage angulaire entre l’arbre d’entrainement et le volant d’inertie doit être égale à une valeur prédéterminée α.
Une fois que la position relative des marteaux par rapport aux enclumes est convenable, le moteur est donc décéléré par les moyens de commande pour que le décalage angulaire entre le volant d’inertie et l’arbre d’entrainement atteigne la valeur prédéterminée α dans laquelle les marteaux se trouvent dans leur position engagée.
Juste avant que le moteur ne soit ralenti, l’arbre d’entrainement comme le volant d’inertie tourne à la vitesse Vi. Lorsque le moteur est ralenti, le volant d’inertie continu de tourner à la vitesse Vi sous l’effet de son inertie. Il est donc possible de connaître sa position angulaire à partir de sa vitesse et de la position qu’il occupait juste avant que le moteur ne soit freiné, cette position étant cette du rotor mesurée par le capteur d’angle du moteur à l’instant où le moteur est ralenti. De manière alternative, il est possible de connaître la position angulaire du volant d’inertie au moyen d’un capteur d’angle placé sur le volant d’inertie. Il est également possible de connaître en temps réel la position de l’arbre d’entrainement qui correspond à celle du rotor. La prise en considération de ces données permet ainsi de détecter l’instant auquel le décalage entre le volant d’inertie et l’arbre d’entrainement atteint la valeur prédéterminée α dans laquelle les marteaux se trouvent dans leur position engagée (cf. (e)).
Lorsque cet instant est détecté, les moyens de commande ré accélèrent le moteur jusqu’à la vitesse Vi de manière telle que le décalage angulaire entre l’arbre d’entrainement et le volant d’inertie soit maintenu à la valeur prédéterminée α dans laquelle les marteaux se trouvent dans leur position engagée.
La vitesse Vi est maintenue jusqu’à ce que les moyens de commande détectent une chute rapide de la vitesse du moteur consécutive à l’instant auquel les marteaux entrent en collision avec les enclumes pour entrainer en rotation l’arbre de sortie et donc l’élément à visser.
La position de l’arbre de sortie est mesurée en fin d’impact puis un nouveau cycle d’impact est mis en œuvre. Les cycles d’impact sont enchainés jusqu’à ce que le couple de serrage souhaité soit atteint.
La illustre la variation au cours du temps de la vitesse et de l’accélération du moteur pendant des cycles d’impacts.
Une opération de vissage comprend généralement deux phases successives :
- une phase d’approche durant laquelle la vis n’est pas en contact avec l’élément à serrer. La vis a en générale une grande distance à parcourir durant laquelle elle n’émet presque aucune résistance, avant d’atteindre l’élément à serrer. La vitesse de rotation de la vis doit alors être relativement élevé.
- une phase de serrage durant laquelle la vis est en contact avec l’élément à serrer. Le couple nécessaire pour faire tourner la vis augmente significativement.
La phase d’approche est réalisée en réalisant une multitude de petits impacts.
6.2. Deuxième mode de réalisation
On présente, en relation avec les figures 9 à 13, un deuxième mode de réalisation d’une clé à choc selon l’invention.
Seules les différences entre le premier mode de réalisation et le deuxième mode de réalisation sont décrites ci-après.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif comprend au moins un pignon mené 8 solidaire en rotation de chacun des marteaux 61.
L’élément d’actionnement comprenant ici un pignon menant 9 solidaire en rotation de l’arbre d’entrainement 3 et en prise avec le pignon mené de chaque marteau 61.
Un mouvement relatif de l’arbre d’entrainent 3 par rapport au volant d’inertie 7 permet ainsi de déplacer l’au moins un marteau entre ses positions engagée et non engagée.
La (c) illustre le doigt d’indexage 5 en appui contre une butée 73 du volant d’inertie. La (a) illustre la position non-engagée correspondante des marteaux. La (b) illustre l’engrènement des pignons.
La (c) illustre le doigt d’indexage 5 dans une position prédéterminée entre les butées 73 correspondant à la position engagée des marteaux. La (a) illustre la position engagée correspondante des marteaux et une position quelconque des marteaux par rapport aux enclumes avant impact. La (b) illustre l’engrènement des pignons.
La (c) illustre le doigt d’indexage 5 dans une position prédéterminée entre les butées 73 correspondant à la position engagée des marteaux. La (a) illustre la position engagée correspondante des marteaux et une position des marteaux en collision contre les enclumes. La (b) illustre l’engrènement des pignons.
Les moyens de commande et la manière de piloter le moteur sont identiques que dans le premier mode de réalisation.
6.3. Troisième mode de réalisation
On présente, en relation avec les figures 14 à 20, un troisième mode de réalisation d’une clé à choc selon l’invention. Les principales différences entre le troisième mode de réalisation et les deux précédents sont seulement détaillées ci-après.
Dans ce troisième mode de réalisation, ledit au moins un marteau est mobile en translation, entre ses positions engagée et non engagée, suivant un axe parallèle à l’axe de rotation dudit arbre d’entrainement.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif comprend un arbre d’entrainement secondaire 9 solidaire en rotation mais libre en translation avec l’arbre d’entrainement 3 du rotor 21.
L’arbre d’entrainement secondaire 9 est monté mobile en translation et en rotation par rapport au volant d’inertie 7 selon l’axe de rotation de l’arbre d’entrainement 3.
L’arbre d’entrainement secondaire 9 comprend au moins une came 90 contre laquelle au moins un doigt de guidage 91 s’étirant perpendiculairement à l’axe de rotation du volant d’inertie, solidaire du volant d’inertie 7, est susceptible de se déplacer.
La came 9 est délimité par deux butées 73 délimitant une plage angulaire de libre rotation du volant d’inertie par rapport à l’arbre d’entrainement secondaire entre deux positions extrêmes.
L’au moins une came 90 a un profil conformé pour permettre à l’arbre d’entrainement secondaire 9 de se déplacer en rotation par rapport au volant d’inertie sur ladite plage angulaire entre les positions extrêmes et une position prédéterminés sur la plage angulaire, et un déplacement en translation de l’arbre d’entrainement secondaire par rapport au volant d’inertie au cours de son déplacement de l’une ou l’autre des position extrême et la position prédéterminé.
Les marteaux 61 sont des axes montés mobiles en translation dans des glissières 700 le volant d’inertie selon des axes parallèle à son axe de rotation. Chaque marteau présent une rainure 650 à l’intérieur de laquelle vient se loger un bord d’une rondelle 100 fixée à l’extrémité de l’arbre d’entrainement secondaire 9 de manière à lier en translation les marteaux avec l’arbre d’entrainement secondaire pour les déplacer entre leurs positions engagée et non engagée.
Des moyens de rappel élastique, comme des ressorts de compression 11, agissent sur les marteaux pour tendre à les ramener dans leur position non engagée.
Les figures 15(a) et 15(b) illustrent les marteaux en position non-engagée. La (c) illustre les marteaux en position engagée.
La (b) illustre le doigt de guidage 91 en appui contre la bute 73 pour placer les marteaux en position non-engagée. La (a) illustre une position quelconque relative des marteaux en position non engagée et des enclumes.
La (a) illustre le doigt de guidage 91 en appui contre la bute 73 pour placer les marteaux en position non-engagée. La (a) illustre une position quelconque relative des marteaux en position non engagée et des enclumes.
La (b) illustre le doigt de guidage 91 non en appui contre la bute 73 pour placer les marteaux en position engagée. La (a) illustre les marteaux en position engagée en collision contre les enclumes.
Les moyens de commande et la manière de piloter le moteur sont identiques que dans le premier mode de réalisation.
6.4. Quatrième mode de réalisation
On présente, en relation avec la , un quatrième mode de réalisation.
Dans ce mode de réalisation, le moteur comprend un stator interne 20 muni de bobines 200, le rotor étant 21 externe.
Les marteaux sont solidaires en rotation du rotor, et sont montés mobiles en rotation par rapport au rotor suivant des axes parallèle à l’axe de rotation de celui-ci par entre ses positions engagée et non engagée.
Dans leur position engagée, les surface de frappe 610 des marteaux 61 forment saillie à la périphérie du rotor pour pouvoir venir entrer en collision avec les enclumes.
Dans leur position non engagée, les surface de frappe 610 des marteaux 61 ne forment pas saillie à la périphérie du rotor pour ne pas pouvoir venir entrer en collision avec les enclumes.
Dans ce mode de réalisation, les champs magnétiques créés par les bobines agissant sur les marteaux :
- pour les placer dans leur position non engagée lorsque les moyens de commande alimentent les bobines pour entrainer en rotation le rotor,
- pour les placer dans leur position engagée lorsque les moyens de commande n’alimentent pas les bobines pour entrainer en rotation ledit rotor.
Les moyens de commande sont donc aptes à transmettre au moteur :
- une consigne de commande d’entrainement en rotation pour placer les marteaux dans leur position non-engagée et entrainer en rotation le rotor, et
- une consigne de commande d’arrêt du moteur pour placer les marteaux dans leur position engagée et déclencher un impact des marteaux contre les enclumes.
Des moyens de rappel élastique, comme des ressorts de compression, et/ou la force centrifuge, permettent à la coupure de l’alimentation des bobines de faire passer les marteaux dans leur position engagée.
Sur la (a), les marteaux sont en position non-engagée. Sur la (b), les marteaux sont en position engagée.
Claims (19)
- Dispositif de vissage-dévissage à impact comprenant :
- un moteur électrique comprenant un rotor ;
- des moyens de commande dudit moteur aptes à transmettre une consigne de commande audit moteur ;
- un mécanisme d’impact comprenant :
- au moins une enclume montée mobile en rotation suivant l’axe de rotation dudit rotor ;
- au moins un marteau susceptible d’être entrainé en rotation par ledit moteur suivant ledit axe, ledit au moins un marteau étant mobile entre au moins :
- une position non engagée dans laquelle il n’est pas susceptible d’entrer en collision avec ladite au moins une enclume lorsqu’il est entrainé en rotation par ledit moteur, et
- une position engagée dans laquelle il est susceptible d’entrer en collision avec ladite au moins une enclume lorsqu’il est entrainé en rotation par ledit moteur,
- Dispositif selon la revendication 1 dans lequel
-ledit au moins un marteau comprend au moins une surface de frappe et ladite au moins une enclume comprend au moins une surface de collision,
-lesdites surfaces de frappe et de collision étant susceptibles de s’entrechoquer lorsque ledit au moins un marteau se trouve dans ladite position engagée et que ledit au moins un marteau est entrainé en rotation par ledit moteur,
-lesdits surfaces de frappe et de collision n’étant pas susceptibles de s’entrechoquer lorsque ledit au moins un marteau se trouve dans ladite position non engagée et que ledit au moins un marteau est entrainé en rotation par ledit moteur. - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel
-ledit rotor est muni d’un arbre d’entrainement,
-ledit dispositif comprenant un volant d’inertie coaxial audit arbre d’entrainement,
-ledit au moins un marteau étant fixé audit volant d’inertie de manière mobile entre ses positions non engagé et engagé,
-ledit volant d’inertie étant mobile en rotation par rapport audit arbre d’entrainement sur une plage angulaire délimitée par au moins une position extrême dans laquelle ledit volant d’inertie et ledit arbre d’entrainement sont liées en rotation et ledit au moins un marteau se trouve dans sa position non engagée,
-ledit dispositif comprenant au moins un élément d’actionnement agissant sur ledit au moins un marteau pour le placer
-dans sa position non engagée lorsque ledit arbre d’entrainement occupe ladite au moins une position extrême et
-dans sa position engagée lorsque ledit arbre d’entrainement occupe une position prédéterminée sur ladite plage angulaire. - Dispositif selon la revendication 3 dans lequel ladite plage angulaire est délimitée par deux positions extrêmes dudit arbre d’entrainement par rapport audit volant d’inertie dans lesquelles ledit volant d’inertie et ledit arbre d’entrainement sont liées en rotation et ledit au moins un marteau se trouve dans sa position non engagée.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ledit au moins un marteau est mobile en rotation, entre ses positions engagée et non engagée, suivant un axe parallèle à l’axe de rotation dudit moteur.
- Dispositif selon la revendication 5 comprenant un doigt d’indexage solidaire en rotation dudit arbre d’entrainement apte à venir en appui contre au moins une butée solidaire en rotation dudit volant d’inertie dans ladite au moins une position extrême pour lier en rotation ledit arbre d’entrainement et ledit volant d’inertie.
- Dispositif selon la revendication 6 dans lequel
-ledit au moins un élément d’actionnement comprend au moins un ergot solidaire en rotation dudit arbre d’entrainement et susceptible de se déplacer le long d’au moins une rampe solidaire dudit au moins un marteau,
-ledit au moins un ergot et ladite au moins une rampe étant conformés
-pour placer ledit au moins un marteau dans ladite position non engagée lorsque ledit arbre d’entrainement occupe ladite au moins une position extrême et
-pour placer ledit au moins un marteau dans ladite position engagée lorsque ledit arbre d’entrainement occupe ladite position prédéterminée sur ladite plage angulaire. - Dispositif selon la revendication 6 dans lequel
-ledit dispositif comprend au moins un pignon mené solidaire en rotation de chacun desdits marteaux solidaires dudit volant d’inertie,
-ledit au moins un élément d’actionnement comprenant un pignon menant solidaire en rotation dudit arbre d’entrainement et en prise avec le ou lesdits pignons menés,
-un mouvement relatif dudit arbre d’entrainent par rapport audit volant d’inertie permettant de déplacer ledit au moins un marteau entre ses positions engagée et non engagée. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ledit au moins un marteau est mobile en translation, entre ses positions engagée et non engagée, suivant un axe parallèle à l’axe de rotation dudit arbre d’entrainement.
- Dispositif selon la revendication 9 comprenant un arbre d’entrainement secondaire solidaire en rotation mais libre en translation avec ledit arbre d’entrainement, ledit arbre d’entrainement secondaire étant monté mobile en translation et en rotation par rapport audit volant d’inertie selon l’axe de rotation dudit arbre d’entrainement, ledit arbre d’entrainement secondaire comprenant au moins une came contre laquelle au moins un doigt de guidage solidaire dudit volant d’inertie est susceptible de se déplacer, ladite au moins une came ayant un profil conformé pour permettre audit arbre d’entrainement secondaire de se déplacer en rotation par rapport audit volant d’inertie sur ladite plage angulaire entre ladite au moins une position extrême et ladite position prédéterminé, et un déplacement en translation dudit arbre d’entrainement secondaire par rapport audit volant d’inertie au cours de son déplacement entre ladite au moins une position extrême et ladite position prédéterminé.
- Dispositif selon la revendication 10 dans lequel ledit au moins un marteau est solidaire en translation mais non en rotation avec ledit arbre d’entrainement et est monté mobile en translation par rapport audit volant d’inertie pour être déplacé entre ses position engagée et non engagée par ledit arbre d’entrainement.
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel ledit moteur comprend un stator interne muni de bobines, ledit rotor étant externe, ledit au moins un marteau étant solidaire en rotation dudit rotor et étant monté mobile en rotation par rapport audit rotor entre ses positions engagée et non engagée suivant un axe parallèle à l’axe de rotation dudit rotor, les champs magnétiques créés par lesdites bobines agissant sur ledit au moins un marteau :
- pour le placer dans sa position non engagée lorsque lesdits moyens de commande alimentent lesdits bobines pour entrainer en rotation ledit rotor,
- pour le placer dans sa position engagée lorsque lesdits moyens de commande n’alimentent pas lesdits bobines pour entrainer en rotation ledit rotor.
- Dispositif selon la revendication 3 seule ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 4 à 11 dans lequel lesdits moyens de commande sont aptes :
- à délivrer une consigne d’accélération dans un sens dudit moteur pour placer ledit arbre d’entrainement dans l’une de ses positions extrêmes et entrainer en rotation dans un sens ledit volant d’inertie jusqu’à une vitesse prédéterminée ;
- à délivrer une consigne de ralentissement audit moteur de sorte que ledit arbre d’entrainement se déplace par rapport audit volant d’inertie sur ladite plage angulaire pour atteindre ladite position prédéterminée et placer ledit au moins un marteau dans sa position engagée pour engendrer une collision dudit au moins un marteau contre ladite au moins une enclume,
- à délivrer une consigne de ré-accélération dudit moteur dans ledit sens.
- Dispositif selon la revendication 12 dans lequel lesdits moyens de commande sont configurés pour :
- délivrer une consigne d’alimentation dudit moteur pour entrainer ledit rotor en rotation et placer ledit au moins un marteau dans ladite position non engagée ;
- délivrer une consigne de non alimentation dudit moteur pour placer ledit au moins un marteau dans ladite position non engagée et laisser ledit rotor tourner dans ledit sens pour engendrer une collision dudit au moins un marteau contre ladite au moins enclume.
- Dispositif selon la revendication 13 ou 14 dans lequel lesdits moyens de commande sont configurés pour maintenir la rotation dudit rotor à ladite vitesse prédéterminée jusqu’à ce qu’ils détectent au moins un paramètre signifiant que ledit au moins un marteau occupe une position angulaire prédéterminée selon l’axe de rotation dudit rotor par rapport à ladite au moins une enclume avant de délivrer ladite consigne de ralentissement ou de non-alimentation.
- Dispositif selon la revendication 15 dans lequel ledit moteur comprend un capteur de mesure de la position angulaire dudit rotor, et lesdits moyens de commande sont configurés pour déterminer et enregistrer la position angulaire de ladite au moins une enclume à l’issue de chaque cycle d’impact à partir de la mesure réalisée avec ledit capteur, et d’en déduire à un cycle d’impact suivant la position angulaire dudit au moins un marteau par rapport à ladite au moins une enclume et l’atteinte de ladite position angulaire prédéterminée.
- Dispositif selon la revendication 15 comprenant un arbre de sortie solidaire de ladite au moins une enclume, ledit dispositif comprenant un capteur de mesure de la position angulaire dudit arbre de sortie, lesdits moyens de commande étant configurés pour déterminer et enregistrer la position angulaire dudit arbre de sortie à l’issue de chaque cycle impact et d’en déduire au cycle d’impact suivant la position angulaire dudit au moins un marteau par rapport à ladite au moins une enclume et l’atteinte de ladite position angulaire prédéterminée.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 15 à 17 dans lequel lesdits moyens de commande sont aptes à piloter ledit moteur de manière à stabiliser le décalage angulaire entre ledit rotor et ledit volant d’inertie à ladite position angulaire prédéterminée dudit au moins un marteau.
- Dispositif selon la revendication 18 comprenant un capteur d’angle apte à mesurer la position angulaire dudit volant d’inertie, lesdits moyens de commande étant aptes à calculer la position angulaire dudit rotor par rapport audit volant.
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