WO1996005407A1

WO1996005407A1 - Foreuse au diamant

Info

Publication number: WO1996005407A1
Application number: PCT/CA1994/000431
Authority: WO
Inventors: Léo COURVILLE
Original assignee: Courville Leo
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1994-08-08
Publication date: 1996-02-22
Also published as: US5393175A; AU7380594A

Abstract

Une foreuse à béton pour diamètres de 0,5 mètre et plus nécessite le perçage antérieur d'un trou de 5 cm pour appuyer un arbre fileté (32) dont un bout en biseau sert de moyen de calage dans la surface de travail et à centrer le forage. L'avance de l'outil à l'intérieur de la surface à forer est contrôlée par un écrou (28) qui visse dans la partie filetée de l'arbre. L'eau d'alimentation remplit une chambre formée par le tambour (22) de la scie emporte-pièce et la surface à forer. L'eau est forcée à circuler le long de la surface de coupe et par conséquent facilite la lubrification du trépan. Avec cet équipement de forage un opérateur peut travailler seul dans toutes les directions incluant la possibilité de forer dans un plafond.

Description

TITRE: FOREUSE AU DIAMANT

MÉMOIRE DESCRIPTIF Champ de l'Invention

Cette invention est reliée au champ de l'équipement de forage au diamant et, de façon plus particulière, au domaine des forages de grands diamètres dans le béton à l'aide d'un outil pouvant opérer à différents angles. Description de l'Art Antérieur Une recherche de l'art antérieur a révélé certains brevets apparentés à l'invention, tel que comme suit:

* WO 89/1081 Despres, novembre 1989, montre une scie emporte- pièce guidée par une mèche. Lors de l'exécution du perçage, la scie emporte-pièce et la mèche tournent ensemble et la position relative de la scie emporte-pièce et de la mèche demeure la même sur l'axe de rotation. Lorsque le sens de rotation de la mèche guide est inversé et que la scie emporte-pièce est bloquée, la mèche guide et la carotte de perçage sont extraites du trou. Ce système possède le potentiel pour forer des trous de grands diamètres dans le béton. Cependant, il n'apporte aucun moyen d'ajout d'agent de lubrification et de refroidissement et d'évacuation des boues de forage. De plus, ce système pour effectuer des forages du bas vers le haut nécessite l'utilisation d'une machine supplémentaire pour pousser dans le cas de forages de grand diamètre. * US 4,620,823 Hillestad, 4 novembre 1986, montre un tour portatif placé au bout d'un tuyau et à l'extérieur comme moyen de coinçage afin d'usiner facilement la partie intérieure du bout. L'avancement de l'outil coupant est régi par un écrou mobile le long d'un arbre fileté. Le système est complexe à cause d'un

1 mécanisme d'engrenage interne et devrait par conséquent devenir coûteux et embarrassant pour des applications telles que le forage au diamant dans le béton. De plus, comme pour le brevet précédent, aucun moyen de transport des boues de forage n'est prévu.

* US 4,911,253 Cliché, 27 mars 1990, décrit un collecteur de carotte et de liquide de forage. Cependant, ce système nécessite un apport d'eau à la zone de forage, aussi la présence d'au moins un second opérateur manoeuvrant un boyau est requise pour injecter de l'eau sur la tige de forage à des fins de refroidissement et de lubrification. De plus, il n'y a pas d'indication précise concernant le centrage du trou sur la surface de béton et le taux d'avancement de la mèche.

* BE 493209 Victor Products, 2 mai 1950, illustre un dispositif d'avancement d'une perforatrice de roches dures utilisant un tampon d'ancrage creux fixé sur la surface de la roche et un mécanisme d'avancement combiné avec le tampon d'ancrage et avec la perforatrice. Lors de la rotation de la tige de la perforatrice à travers le tampon d'ancrage, le trépan avance grâce à des filets sur les parois du tampon. Ce système comporte trois désavantages: (1) le taux d'avancement est dépendant du taux de rotation de la mèche; (2) la taille du trou est limitée par la taille du trépan, ce qui signifie que différents trépans sont requis pour différents diamètres de trou de forage; (3) aucun liquide de refroidissement ou de lubrification n'est utilisé lors du forage.

* US 4,902,174 Thompson, 20 février 1990, décrit un système dans lequel un collet externe est utilisé pour protéger et centrer les appareils de forage. Un système de collet de ce type est impossible à utiliser sur des surfaces planes. * WO 83/02728 TRI-TOOL, 18 août 1983 décrit une machine portative utilisée pour usiner les extrémités de tuyaux afin de les préparer pour la soudure. Cette machine permet de travailler dans des endroits où l'espace est très restreint. Ce système utilise un mandrin de calage extensible qui sert à agripper radialement l'intérieur d'un tuyau et ainsi bloquer l'outil en place. Cet outil est donc utile pour travailler l'intérieur d'une cavité déjà existante et non pour effectuer des forages.

* US 3,825,362 Hougen, 23 juillet 1974, montre un couteau annulaire en forme de tasse servant à percer des trous. L'outil est équipé d'une pointe montée sur un ressort qui sert à centrer le forage, mais non à le supporter. De plus, l'outil n'est pas doté d'un système d'évacuation des débris de forage.

* DE 3724-232-A Fein, 2 février 1989, montre une foreuse à diamant montée sur un pilier fixé à une base. Cet équipement de forage comporte un support externe pour la scie emporte-pièce. Cependant ce type de système comprend plusieurs supports en porte- à-faux qui le rendent instable et limité en puissance. De plus, lorsque le système est utilisé à un certain angle (FIG.5) les fixations du cylindre se placent en porte-à-faux ce qui limite encore plus l'utilisation d'un tel équipement de forage. Finalement, le diamètre du. trépan est limité à 30 cm.

* US 306477 Fuller, 14 octobre 1984, montre une tige de forage couplée avec un trépan à pointes de diamant supporté par une structure en pont (FIG.6) qui peut permettre des forages de large diamètre, mais en modifiant les dimensions du système de façon substantielle. De plus, cet équipement de forage est très volumineux et par conséquent requiert un grand espace.

* WO 88/02290 TRI-TOOL, 7 avril 1988, illustre un tour portatif muni d'une tête de coupe assemblée sur un mandrin creux servant d'arbre. Un système de blocage 62 est utilisé à la fin de l'arbre d'assemblage 50 afin de protéger et de centrer le système de forage. Le mécanisme de forage est monté sur un arbre fileté 32 permettant le mouvement de la mèche. Un écrou de serrage manuel 90 pousse 80 vers la pièce 62. Ce système ne possède pas la capacité d'apporter de l'eau ou une boue de forage autrement que par des moyens externes. Résumé de l'Invention Les objectifs de l'invention sont les suivants:

1- Remédier au problème du forage de trous de large diamètre (plus de 0,5 m) dans le béton à l'aide d'un outil compact, simple et facile à adapter sur une mèche existante.

2- Fournir une machine qui permet de forer à des profondeurs variables en changeant de mèche ou l'arbre de support de la mèche.

3- Minimiser l'espace nécessaire à la partie motrice de la machine voire en deçà de la surface supérieure de la mèche. Cet avantage permet le déplacement de la machine par un ou deux hommes. 4- Procurer un système capable de forer selon n'importe quel angle par rapport à la surface à forer.

5- Utiliser un arbre stationnaire fileté servant d'axe central au forage et autour duquel se déplace de façon hélicoïdale un rotor mu par un moteur hydraulique accouplé au moyen d'une crémaillère, au rotor étant attachée une scie emporte-pièce possédant la capacité de forer des trous de large diamètre dans toutes les directions et à différents angles.

Un objectif corollaire est de fournir un support au centre de la carotte pour l'extraire du trou de forage. 6- Procurer un système d'alimentation en eau pouvant fournir suffisamment de pression afin de permettre l'humidification de la surface de coupe même si la direction de forage est orientée vers le haut. La description de l'invention et les dessins l'accompagnant aident à mieux comprendre les caractéristiques et les avantages mentionnés ci-haut.

Liste des Figures

FIG.1 est une perspective de l'outil; FIG.2 est une coupe longitudinale de l'outil;

FIG.3 est une vue de côté de l'outil montrant le mécanisme d'entraînement;

FIGS.3A est une vue agrandie de la FIG.3 et qui montre une baïonnette en position verrouillée; FIG.3B est une vue de section selon la ligne B-B de la FIG.3A;

FIG.3C est une vue de section selon la ligne C-C de la FIG.3B;

FIG.3D est une vue agrandie montrant une baïonnette en position non-verouillée;

Fig.3E est une vue de section selon la ligne E-E de la FIG.3D; FIG.3F est une vue de section selon la ligne F-F de la FIG.3E;

FIG.4 est une vue agrandie d'une section selon la ligne 4-4 de la

FIG.2;

FIG.5 est une section montrant le système d'alimentation en eau;

FIGS.6, 7 et 8 sont des dessins de l'art antérieur: la FIG.6 illustre un forage vers le bas, la FIG.7 illustre un forage à angle et la FIG.8 illustre une mèche de large diamètre.

Liste des Pièces Indiquées dans les Figures

20. Bloc de béton 24. Corps

22. Baril de scie 26. Moteur hydraulique 28 . Écrou de tête 80. Vis

30. Guidon 82. Vis d'attache

32. Arbre fileté, creux 84. Plaque de support

34. Bras de retenue 86. Soudure

36. Écrou de serrage de tête 88. Cylindre primaire

38. Tête 90. Manchon de couvert

40. Corps fileté 92. Garde chaîne

42. Extension lisse 94. Manchon inférieur

44. Cale angulaire 96. Manchon externe

46. Angle 98. Manchon supérieur

48. Vis intérieure 100. Cylindre de retenue

50. Noix de serrage 102. Rebord supérieur

52 Noix supérieure 104. Rondelle fendue, en

53. Carotte de ciment cuivre

54. Rondelle 106. Vis

56. Plaque de retenue 108. Espace

58. Plaque mâle 110. Muret intérieur

60. Baïonnette 112. Vis

62. Plaque femelle 114. Trou guide

64. Dents 116. Valve de couplage

66. Chaîne 118. Tuyau d'eau

68. Ouverture femelle 120. Ouverture

70. Partie étroite 122. Adaptateur

72. Manchon supérieur en 124. Ouverture forme de "L" 126. Espace

74. Manchon inférieur en 128. Crochet de soutènement forme de "L"

76. Bague centrale

78. Couvercle principal En se référant à la FIG.1, les composantes principales de l'outil peuvent être identifiées au moyen des chiffres correspondants: un baril de scie emporte-pièce cylindrique 22 munie d'une tête de coupe au diamant au-dessus de laquelle est raccordée un corps 24 rattaché à un moteur hydraulique 26. Le corps 24 est surmonté par un écrou de tête 28 équipé avec des guidons 30. L'écrou de tête 28 est mobile le long de la partie filetée d'un arbre creux 32 qui passe par le centre de l'outil et qui vient s'ancrer au moyen de deux biseaux dans le bloc de béton 20. Un bras de retenue 34 est attaché au corps 24 d'un bout et s'appuie sur une quelconque structure à l'autre bout. La partie filetée de l'arbre creux 32 comprend un écrou de serrage de tête 36 (FIG.2) , une tête 38 apparaissant en section, un corps fileté 40 et une extension 42 lisse au bout de laquelle se profile une cale angulaire 44. L'arbre 32 est creux et possède en son centre une vis intérieure 48 au bas de laquelle se trouve une noix de serrage 50 et au haut de laquelle se trouve une noix supérieure 52, une rondelle 54 et un écrou de serrage de tête 36. L'arbre creux 32 dans sa partie filetée est disposé centrale ent par rapport au corps 24 et est entouré au bas par une plaque de retenue 56. L'assemblage complet corps 24, arbre creux 32 et plaque de retenue 56, est entouré d'une plaque mâle 58 montée sur un baril de scie 22 et pourvu d'organes mâles semblables à des baïonnettes 60. Une plaque de bronze femelle 62 est adaptée afin de recevoir les baïonnettes 60 et est aussi pourvue de dents 64 capables d'entraîner une chaîne 66 mue par le moteur hydraulique 26. La plaque de bronze femelle 62 possède des ouvertures femelles 68 assez grandes pour permettre le passage des têtes en baïonnettes 60. Les baïonnettes ont un cou étroit qui fait saillie de la plaque mâle 58 et qui peut s'engager dans une partie étroite 70 des ouvertures femelles 68 quand la plaque de bronze femelle 62 se déplace à partir d'une position de repos vers une position de travail. Au moment où la partie étroite 70 s'aproσhe de la baïonnette de la plaque mâle 58, la plaque de bronze femelle entraîne la plaque mâle qui est déjà fixée par des vis d'attache 82 au baril de scie 22 en mouvement et prête à exécuter le procédé de creusage circulaire. La plaque femelle en rotation est supportée axialement par des manchons en forme de "L" 72 et 74, chacun ajustable verticalement et formant un siège attaché au corps 2 .

Le corps 24 (FIG.4) comprend une bague centrale 76 entourée par un couvercle principal 78 disposé centralement sur la plaque de retenue 56 par des vis 80; une plaque de support 84 soudée 86 au couvercle principal 78 sert de base aux items suivants: le moteur hydraulique 26, le bras de retenue 34, le cylindre primaire 88 destiné à retenir une poignée, un manchon de couvercle 90 et un garde chaîne 92. Appuyé sur le couvercle principal 78 on trouve des manchons de nylon à basse friction et en forme de "L" 72 et 74, le manchon inférieur 74 étant aussi retenu entre la plaque de retenue 56 et la plaque femelle 62. Le manchon supérieur 72 est lui-même retenu entre le couvercle principal 78 du cylindre, la plaque femelle 62 et la plaque de support 84. Le manchon supérieur 72 est retenu entre la plaque femelle 72, le couvercle principal 78 et la plaque de support 84. L'ensemble du bras comprend en plus du cylindre primaire 88 un bras de manchon inférieur 94, un manchon 96, un bras de manchon supérieur 98, un second cylindre de retenue 100 pour le manchon supérieur. Le cylindre de retenue 100 est soudé au manchon de couvercle 90. La bague centrale 76 est insérée entre l'arbre creux fileté 32 et le couvercle principal 78 ce qui fournit une translation aisée du couvercle principal 78 le long de l'arbre creux filetée 32. La friction est minime parce que les seules surfaces glissantes sont les crêtes des filets. L'écrou de tête 28 mobile se visse dans les filets de l'arbre creux fileté 32 et se prolonge vers le bas dans l'espace entre le couvercle principal 78 et le manchon de couvercle 90. Le couvercle principal 78 contient dans sa partie supérieure un rebord supérieur 102, dirigé vers le bas, qui permet un ancrage vertical de l'écrou de tête 28. Le verrouillage est possible grâce à une rondelle de cuivre fendue 104 qui est placée sous le rebord supérieur 102 du couvercle principal 78. La rondelle est maintenue à l'écrou de tête 28 au moyen de vis 106. L'ouverture dans la rondelle fendue 104 permet un mouvement de l'ensemble autour du couvercle en dessous du rebord supérieur 102. Un espace 108 est ainsi laissé entre le rebord supérieur 102 et le muret intérieur 110 de l'écrou de tête 28. Quatre guidons 30 sont vissés à un angle de 30 degrés sur l'écrou de contrôle.

L'outil est assemblé en insérant la vis intérieure 48 (FIG.2) dans l'arbre creux fileté 32. Les noix de serrage 50 et noix supérieure 52 sont ajoutées à l'écrou de tête 48. Les parties sont ensuite assemblées sur l'arbre creux fileté 32 dans l'ordre suivant: la plaque mâle 58 où sera éventuellement montés le baril de scie 22, la plaque de retenue 56, les premiers manchons inférieurs en forme de "L" 74, la plaque femelle 62, la chaîne 52 sur les dents 64 de la plaque femelle 62, la chaîne étant entraînée éventuellement par un moteur hydraulique 26, les seconds manchons supérieurs en forme de L 72, la bague centrale 76 qui sera couverte par le couvercle principal 78, la rondelle fendue de cuivre 104. L'écrou de tête 28 est ensuite vissé sur l'arbre creux fileté 32. L'écrou de tête 28 est en fait la seule partie qui se visse sur l'arbre creux fileté 32. Le couvercle principal 78 est ensuite ajouté, les guidons sont vissés sur les côtés de 1'écrou de tête 28, et la manette est ensuite fixée à l'aide de vis 112. Finalement les autres parties, moteur hydraulique 26, bras de retenue 34 et le baril de scie 42 sont assemblées. Le système d'eau (FIG.5) de la configuration préférée inclut une valve de couplage 116, une ouverture 120 dans le corps 24, un adaptateur 122, un tuyau d'eau 128 qui passe dans l'ouverture 124 dans le couvercle principal 78 dans la région de la vis 80 (FIG.4) . L'eau est requise en tout temps pour protéger les diamants durant la coupe. L'eau passe à travers le couvert, un stator non-rotatif, et s'accumule dans la chambre formée par le baril de la foreuse et la surface de la carotte. A mesure que les dents creusent plus profondément dans le matériel, la pression augmente parce que le volume de la chambre diminue dû au fait que la mèche s'enfonce dans le matériel. L'eau prise est donc poussée dans l'espace 126 entre le baril tournant et la carotte, lubrifiant ainsi la totalité de la surface de coupe tant à l'intérieur qu'à l'extérieur. L'eau injectée est transportée au niveau du baril de scie 22 et la pression résultante permet à l'eau de s'évacuer au bord du baril de la scie. Dans la coupe surplombante, la carotte est maintenue en place grâce à un crochet de soutènement 128. Pour utiliser l'outil, les étapes suivantes doivent être suivies: 1^a Un opérateur creuse un trou guide 114 de 2 7/8" de diamètre dans le ciment à la profondeur maximale en utilisant une méthode de forage conventionnelle. 2^fi L'opérateur insère l'écrou de tête 28 sur lequel sont montés les guidons 30 et le corps 24 (FIG.2) dans le trou guide 114.

3° L'opérateur serre l'écrou de serrage de tête 36 pour forcei l'écrou inférieur sur la cale angulaire 44 le long de l'inclinaison 46 bloquant ainsi la tige centrale dans le trou guide 114.

4≈ L'opérateur serre la noix centrale 52 pour verrouiller la cale angulaire 46 ceci pour prévenir qu'un jeu se développe entre la cale angulaire 46 dans le trou guide 114. 5B L'opérateur s'assure ensuite que les baïonnettes 60 passent les ouvertures femelles 68 pour l'engagement dans la position verrouillée et que le bras de retenue 34 soit appuyé près de la structure pour empêcher le corps 24 de tourner.

6° L'opérateur descend ensuite le baril de scie au moyen de 1'écrou de tête 28 vers la surface 20 de ciment sans pour autant la toucher.

7s il démarre ensuite le moteur hydraulique 26 qui actionne la partie rotative, donc les dents 64, avec la chaîne 66. Ceci met la plaque mâle 58, attachée au baril de scie 22, en mouvement. 8≈ Quand le baril de scie 22 a atteint sa vitesse de rotation maximale, l'opérateur l'amène dans la surface 20 du bloc en utilisant l'écrou de tête 28: il ouvre l'amenée d'eau et peut alors commencer le perçage et, si il coupe en surplomb, attend que le baril de scie soit rempli d'eau avant de commencer la coupe. 9^B II alimente la mèche au moyen de l'écrou de tête 28 autant qu'il en a besoin pour creuser dans le ciment.

10^B Quand le perçage est fait, l'opérateur enlève le baril de scie 22 en dévissant l'écrou de tête 28. La carotte 53 reste coincée par l'action de cale de la partie inclinée et de l'angle 46 de l'arbre creux fileté 32 et peut être récupérée via un système de levée ou de support approprié.

D'autres variantes sont possibles et ne sont limitées que par la portée des revendications qui suivent:

Claims

Revendications:

1. Un outil pour carotter une surface de ciment, comprenant: -un moyen de carotter comprenant un cylindre creux ayant une extrémité fermée et une autre ouverte, ladite extrémité fermée étant scellée et adaptée pour fournir un support audit moyen de carottage, et ladite extrémité ouverte comprenant des moyens de coupe en diamant,

-un moyen motorisé connecté audit moyen de carottage pour la conduite rotative de ladite partie fermée, -un moyen d'arbre pour aligner centralement ledit moyen de carottage, comprenant un moyen pour déplacer ledit moyen de carottage le long de l'axe dudit arbre, indépendamment de la vitesse rotative dudit moyen de carottage, -un moyen de logement pour contenir ledit moteur et ledit arbre, -un moyen pour retenir ledit arbre à l'endroit à être carotté,

-un moyen d'amenée d'eau comprenant un raccord d'eau avec ledit moyen de logement, un moyen de canalisation partant dudit moyen de logement jusqu'à l'intérieur dudit cylindre scellé permettant du fait même le passage de l'eau de l'extérieur vers l'intérieur dudit moyen de carottage et aux dents de diamant de ladite partie ouverte.

2. Un outil tel que défini à la revendication 1 où ledit moyen moteur comprend un moteur hydraulique connecté par une chaîne audit moyen de carottage.

3. Un outil tel que défini à la revendication 2 où ledit mécanisme de chaîne comprend un couplage de plaques engrenées attaché auxdits moyens de carottages.

4. Un outil tel que défini à la revendication 3 où ladite plaque engrenée est amovible et comprend une plaque mâle fixée audit

13 moyen de carottage, et une plaque femelle engrenée mue par ledit mécanisme de la chaîne, ladite plaque femelle comprenant une ouverture de réduction en largeur permettant aux baïonnettes de ladite plaque mâle de s'imbriquer dans une position verrouillée.

5. Un outil tel que défini dans la revendication 1 où ledit moyen d'arbre comprend:

-un trou percé d'avance au centre par un moyen quelconque, -un arbre fileté comprenant un dessous, des moyens d'immobilisation de ladite partie du dessous destinée à être immobilisée dans ledit trou, une partie centrale comprenant un roulement quelconque pour permettre la rotation libre dudit moyen de carottage autour de ladite partie centrale.

6. Un outil tel que défini à la revendication 5 où le moyen de roulement comprend 2 bagues en forme de "L" et disposées au dessus et au dessous dudit mécanisme d'entraînement.

7. Un outil tel que défini à la revendication 5 où le moyen d'entraînement comprend des moyens pour fixer de façon rotative un écrou de contrôle qui s'engage dans les filets dudit arbre fileté.

8. Un outil tel que défini à la revendication 7 où le moyen de fixation rotatif comprend une rondelle ouverte en cuivre fixée autour de l'arbre et adapté pour capturer ledit moyen de logement.

9. Un outil tel que défini à la revendication 8 où le moyen de logement comprend un rebord supérieur et une partie centrale axiale qui entoure ledit arbre.

10. Un outil tel que défini à la revendication 9 où le moyen pour capturer ledit moyen de logement comprend une rondelle ouverte en cuivre en dessous dudit rebord du dessus.

11. Un outil tel que défini à la revendication 7 où ledit écrou de contrôle comprend des manchons de contrôle pour le déplacement manuel dudit logement le long dudit arbre.

12. Un outil tel que défini à la revendication 5 où des moyens de levier sont fixés audit logement pour restreindre le mouvement rotatif dudit logement et des moyens de sécurité, pour une manutention sécuritaire.

13. Un outil tel que défini à la revendication 5 où lesdits moyens d'immobilisation comprennent une cale angulaire dans la partie inférieure de l'arbre fileté, ledit arbre fileté possédant à l'intérieur un écrou installé entre ladite cale angulaire et le dessus dudit arbre, le résultat de serrage dudit écrou au dessus étant l'accotement de ladite cale sur la surface dudit trou.

14. Un outil tel que défini à la revendication 1 où les moyens de canalisation de l'eau comprennent un trou percé à travers le centre dudit moyen de logement.