DISPOSITIF DE SUPPORT DE MANDRIN AVEC TRANSMISSION ANGULAIRE
La présente invention a pour objet un dispositif de support de mandrin. II existe de nombreuses situations dans lesquelles il n'est pas possible, voire malaisé, d'avoir accès à un endroit déterminé dans lequel on aimerait effectuer un perçage ou un fraisage, voire d'autres opérations réalisées à l'aide d'un outil fixé dans un mandrin entraîné par un arbre rotatif, faute de place disponible. C'est en particulier, bien que non exclusivement, le cas des perceuses à main en forme de pistolet avec lesquelles il faut disposer d'un espace d'une profondeur suffisante au droit de la surface sur laquelle doit être effectuée l'opération, cette profon- deur devant correspondre à la longueur de 1 ' appareil plus celle de l'outil ainsi que la place pour tenir l'appareil. C'est aussi le cas où, suivant l'outil fixé dans le mandrin, la position alignée axialement de cet outil avec le corps de 1 ' appareil ne convient pas bien à 1 ' opération que 1 ' on veut effectuer. On peut aussi mentionner les opérations effectuées sous une surface horizontale avec un tel appareil. Compte tenu de 1 ' alignement axial de 1 ' outil avec le corps de l'appareil, l'opérateur est placé juste sur la trajectoire des poussières produites, de sorte qu'il lui est diffici- le de voir ce qu'il fait.
On peut encore mentionner les fraises utilisées dans le domaine médical et plus particulièrement les fraises de dentistes, dont l'angle de travail est souvent appelé à varier, suivant 1 ' endroit où la carie à traiter se trouve . On connaît certes des organes de transmission d'un mouvement de rotation sans engrenage permettant de transmettre cette rotation à un axe formant un angle avec 1 ' arbre moteur. C'est le cas notamment des transmissions par cardan bien connues dans les automobiles à traction ou des tranα- missions par arbre flexible du type ressort,à boudin. Toutefois ces modes de transmission ne permettent pas de fixer un angle déterminé entre 1 ' arbre moteur et 1 ' axe du mandrin
portant l'outil ou la pièce à entraîner. On connaît certes également des transmissions à pignons coniques, mais de telles transmissions ne permettent pas de faire varier l'angle entre l'arbre moteur et l'axe du mandrin. Le but de la présente invention est de résoudre le problème de la transmission entre un arbre moteur et l'axe d'un mandrin, permettant de varier l'angle entre eux, tout en conservant la position angulaire à laquelle ils ont été réglés. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de support de mandrin selon la revendication 1.
L'avantage de ce dispositif est de permettre de transmettre une rotation entre deux axes, aussi bien lorsque ceux-ci sont alignés que lorsqu'il forment un angle de va- leur déterminée par l'utilisateur en fonction de ses besoins. Ceci permet donc d'équiper une perceuse par exemple directement avec le dispositif objet de la présente invention, puisque cette perceuse pourra travailler aussi bien avec les axes alignés, comme une perceuse normale, qu'avec les axes formant un certain angle entre eux.
De manière avantageuse, le dispositif selon l'invention comporte trois éléments cylindriques disposés bout à bout, les deux faces de l'élément cylindrique intermédiaire, adjacentes respectivement aux deux autres éléments cylindriques, formant entre elles un angle de 45°, alors que les faces adjacentes des deux autres éléments cylindriques forment chacune un angle de 22° 30' avec leurs axes de révolutions respectifs.
L'avantage de ce dispositif est de permettre de régler toutes les positions angulaires de 0° à 90°. En effet, lorsque les deux autres éléments cylindriques occupent des positions angulaires par rapport à 1 ' élément cylindrique intermédiaire pour que les angles de 22° 30' de leurs faces respectives adjacentes s'ajoutent à l'angle de 45° entre les deux faces planes de cet élément cylindrique intermédiaire, l'angle total entre l'axe d'entrée et celui de sortie ou entre l'axe d'entraînement et l'axe entraîné est de 90°. En
tournant l'élément cylindrique intermédiaire de 180° par rapport à la position précédente, les deux angles de 22° 30' se soustraient de l'angle de 45° et les axes d'entrée et de sortie du dispositif sont alors alignés. De préférence, le dispositif comporte des moyens de positionnement angulaires entre 1 ' élément cylindrique intermédiaire et les deux autres éléments cylindriques .
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre ainsi qu'à celle des dessins annexés qui illustrent schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif de support de mandrin objet de la présente invention.
La figure 1 est une vue en coupe axiale de la première forme d'exécution dans une des deux positions angulaires extrêmes dans laquelle peuvent être positionnés les axes d'entrée et de sortie l'un par rapport à l'autre;
La figure 2 est une vue en coupe axiale semblable à la figure 1, illustrant cette forme d'exécution dans son autre position angulaire extrême;
La figure 3 est une vue en élévation d'une seconde forme d'exécution;
La figure 4 est une vue en élévation de cette seconde forme d'exécution, dans son autre position angulaire extrê- me;
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la figure 3;
La figure 6 est une vue en coupe longitudinale de la figure 4 ; La figure 7 est une vue partielle en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 3;
La figure 8 est une vue en coupe selon la ligne VIII- VIII de la figure 3.
La figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 3.
Le dispositif de support de mandrin illustré par la figure 1 comporte trois éléments cylindriques disposés bout à
bout, 1, 2 et 3. Un passage 4 s'étend à travers les trois éléments cylindriques 1, 2 , 3. L'élément cylindrique 1 disposé à une extrémité de ce dispositif constitue l'élément d'entrée, solidaire du carter ou du bâti (non représenté) dans lequel est disposé le mécanisme d'entraînement dont seul l'arbre moteur 5 est représenté. L'élément cylindrique 3 disposé à 1 ' autre extrémité de ce dispositif constitue l'élément de sortie, dans lequel un mandrin 6 est monté pivotant par l'intermédiaire d'un palier à billes 7. Une transmission flexible 8, dans cet exemple, constituée par un ressort à boudin, relie l'arbre moteur 5 au mandrin 6.
Les faces adjacentes la, respectivement 2a des éléments cylindriques 1 et 2, ainsi que les faces adjacentes 2b, 3a des éléments cylindriques 2 et 3 forment des angles obliques par rapport aux axes de révolutions respectifs de ces éléments cylindriques 1, 2, 3. Comme on peut le constater, les deux faces adjacentes 2a, 2b de l'élément intermédiaire 2 forment entre elles, dans cet exemple, un angle α de 45°, chacune formant un angle égal à α/2 avec une perpendiculaire à l'axe de révolution de cet élément cylindrique. Les faces adjacentes la, 3a des éléments d'extrémités 1 et 3 forment chacune un angle égal à α/2 avec une perpendiculaire à son axe de révolution. Par conséquent, lorsque deux faces adjacentes la, 2a, ou 2b, 3a sont disposées pour que leurs angles α/2 respectifs se situent de part et d'autre d'une perpendiculaire à leurs axes de révolutions respectifs, comme illustré par la figure 1, ces deux angles se soustraient, de sorte que les deux axes de révolution des deux éléments cylindriques adjacents 1, 2 ou 2, 3 sont alignés. Si, comme illustré par la figure 1 les quatre faces adjacentes deux à deux la, 2a; 2b, 3a se trouvent simultanément dans cette position, les trois axes de révolution respectifs de ces trois éléments cylindriques sont alignés.
Pour permettre aux trois éléments cylindriques 1, 2, 3 d'être montés pivotants l'un par rapport à l'autre autour d'axes respectifs perpendiculaires à leurs faces obliques
la, 2a, 2b, 3a, une des faces 2a, respectivement 3a de chaque paire de faces adjacentes présente une gorge annulaire 9, respectivement 10, de section rectangulaire, tandis que l'autre face la, respectivement 2b de ces mêmes paires de faces adjacentes présente une saillie annulaire 11, respectivement 12 de section complémentaire à celle des gorges annulaires 9, respectivement 10. La face externe de chacune de ces saillies annulaires 11, 12 présente une rainure en forme de V 15, respectivement 16. Ces rainures 15, 16 sont destinées à recevoir chacune l'extrémité d'une vis de fixation 13, respectivement 14, vissée dans deux filetages respectifs ménagés dans les éléments cylindriques 2, respectivement 3, selon des axes respectifs parallèles aux faces 2a, respectivement 3a passant par l'intersection entre les deux faces des gorges en V 15, respectivement 16.
De préférence, des moyens de positionnement angulaires sont prévus pour permettre à l'utilisateur de choisir avec précision l'angle d'inclinaison du mandrin 6.
A cet effet, l'une des faces obliques la, respective- ment 2b de chaque paire de faces obliques adjacentes la, 2a; 2b, 3a comporte une série de cuvettes coniques 17 réparties à pas angulaires égaux les unes des autres autour de 1 ' axe de révolution des saillies annulaires 11, respectivement 12. Le pas angulaire entre ces cuvettes coniques 17 peut être choisi en fonction de la finesse de réglage désirée, par exemple tous les 5°, tous les 10°, ou tous les 20°. Un trou borgne 18 est ménagé dans chacune des faces opposées 2a, 3a de ces paires de faces adjacentes à celles munies des cuvettes coniques 17. Chacun de ces trous borgnes 18 sert de logement à un ressort à boudin 19 dont une extrémité appuie contre le fond de ce trou borgne 18, tandis que l'autre extrémité presse une bille 20 contre la face adjacente opposée la, respectivement 2b. De ce fait, chaque fois que cette bille 20 passe devant une cuvette conique 17, elle y pénètre partiellement, indiquant à l'utilisateur, par la résistance qu'elle oppose alors à la rotation des deux éléments cylindriques
adjacents 1, 2; 2, 3, qu'il a fait tourner ces deux éléments cylindriques adjacents d'un pas angulaire l'un par rapport à l'autre. Celui-ci peut alors choisir l'angle de rotation désiré en fonction du nombre de pas angulaires, connaissant la valeur du pas angulaire entre deux cuvettes coniques 17 adjacentes. Bien entendu, pour faciliter ce réglage, une graduation peut être marquée sur les surfaces cylindriques des éléments 1, 2, 3.
La figure 2 montre le dispositif de support de mandrin selon l'invention, illustré par la figure 1 dans la position des éléments cylindriques 1, 2, 3 correspondant à l'alignement entre l'axe d'entrée 5 et celui du mandrin 6, dans l'autre position extrême que peuvent occuper l'axe d'entrée 5 et celui du mandrin 6, qui forment alors entre eux un an- gle de 90°. Bien évidemment, cet angle peut varier entre ces deux positions extrêmes suivant la position angulaire entre les trois éléments cylindriques du dispositif de support de mandrin, comme ceci vient d'être expliqué.
Comme on peut le constater sur les figures 1 et 2, le passage 4 ménagé à travers les trois éléments cylindriques 1, 2, 3 est conformé pour permettre à l'arbre de transmission flexible 8 de ne pas toucher les parois de ce passage 4, quelle que soit la position angulaire entre l'axe d'entrée 5 et celui du mandrin 6. Il est évident pour l'homme du métier que la transmission flexible pourrait être remplacée par une transmission à cardan, conduisant à une solution plus coûteuse.
La seconde forme d'exécution illustrée par les figures 3 à 9 est basée sur un principe identique à celui de la première forme d'exécution décrite en relation avec les figures 1 et 2. Cette seconde forme d'exécution est destinée en particulier à un dispositif de support de mandrin de diamètre sensiblement plus petit que celui de la première forme d'exécution. Comme dans la première forme d'exécution, le support de mandrin comporte trois éléments cylindriques 21, 22, 23, disposés bout à bout. Un passage 24 s'étend à travers les
trois éléments cylindriques 21, 22, 23. L'élément cylindrique 21 constitue l'élément d'entrée, solidaire du carter C ou du bâti dans lequel est disposé le mécanisme d'entraînement, dont seul l'arbre moteur 25 est représenté. L'élément cylindrique 23 disposé à l'autre extrémité constitue l'élément de sortie dans lequel un mandrin 26 est monté pivotant par l'intermédiaire d'un palier à billes 27. Une transmission flexible 28 relie l'arbre moteur 25 au mandrin 26.
Comme dans la forme d'exécution précédente, les faces adjacentes 21a, respectivement 22a des éléments cylindriques 21 et 22, ainsi que les faces adjacentes 22b, 23a des éléments cylindriques 22 et 33 forment des angles obliques par rapport aux axes de révolutions respectifs de ces éléments cylindriques 21, 22, 23. Etant donné que le principe permettant de passer de la position de la figure 3 à celle de la figure 4 est le même que pour la forme d'exécution de la figure 1, il n'est pas nécessaire de revenir sur ce sujet à propos de cette forme d'exécution. Le lecteur peut se reporter à cette première forme d'exécution et les diffé- rents éléments sont désignés dans cette seconde forme d'exécution par des chiffres de références qui, par rapport à la première forme d'exécution, sont augmentés ici chaque fois de 20, ce qui facilite la lecture et la comparaison entre ces deux formes d'exécutions. C'est essentiellement dans le mode de liaison et de positionnement de ces trois éléments 21, 22, 23, que réside la différence. L'élément cylindrique médian 22 de ce dispositif comporte, sur chacune de ses faces 22a, 22b, une rainure torique 30, visible en particulier sur la figure 7, située dans un plan parallèle aux faces obliques respectives 22a, 22b, de cet élément cylindrique 22, ce plan formant donc un angle α/2 avec la perpendiculaire à l'axe de révolution de l'élément cylindrique 22. Ces rainures toriques 30 reçoivent chacune deux éléments de liaison 31 formé chacun par un corps allongé profilé 31b dont une extrémité se termine par une tête sphérique 31a coupée par deux plans parallèles symétriques par rapport à un plan diamétrale de
cette sphère 31a, tandis que l'autre extrémité présente un ergot de verrouillage 31c. L'épaisseur de cette tête 31a entre les deux faces planes parallèles est inférieure à une ouverture annulaire 32 (figure 7) qui fait communiquer la rainure torique 30 avec les faces 22a, respectivement 22b de l'élément cylindrique médian 22. Par conséquent, pour introduire la tête 31a dans la rainure torique 30, il suffit de faire passer la partie de cette tête 31a, coupée par les plan parallèles, à travers l'ouverture annulaire 32, puis de faire tourner la tête de 90° autour de l'axe longitudinal de son corps allongé 31b, de manière à amener le plan diamétral de la portion sphérique de cette tête 31a orienté sensiblement radialement par rapport à 1 ' axe de révolution de l'élément cylindrique médian 22. Comme on peut le remarquer sur les figures 5 et 6, compte tenu de l'inclinaison des faces 21a, respectivement 23a des éléments cylindriques 21, 23, les corps allongés 31b des deux éléments de liaison 31 ne sont pas de la même longueur. Cette différence de longueur est choisie pour que la droite reliant les centres des deux têtes spheriques forme avec la perpendiculaire à 1 ' axe de révolution de ces éléments cylindriques 21, 23, un angle α/2, correspondant à 1 ' angle que le plan passant par le centre de la section droite de la rainure torique 30 forme avec cette même perpendiculaire.
Selon une variante illustrée par la figure 8, les bords de la rainure torique 30 peuvent aussi comporter deux dégagements en formes d'arcs de cercles 30a, destinés à permettre l'introduction de têtes 31a complètement spheriques dans la rainure torique 30.
Ces éléments de liaison 31 sont disposés à 180° l'un de 1 ' autre par rapport à 1 ' axe de révolution des éléments cylindriques 21, 22 et 23. Leurs corps allongés profilés 31b s'engagent dans l'élément cylindrique 23 à travers une ouverture diamétrale 33, ménagée dans cet élément cylindrique 23 (figure 9). Comme on le voit sur la figure 5, les ergots de verrouillage 31c sont orientés radialement vers
l'extérieur et les corps allongés profilés 31b sont tenus entre l'élément cylindrique 23 et un élément interne 34 introduit axialement dans cet élément cylindrique 23. Une vis de fixation axiale 35 traverse la paroi de 1 ' élément cylindrique 23 et pénètre dans une ouverture de l'élément interne 34, de sorte que celui-ci est retenu axialement par rapport à l'élément cylindrique 23.
Une fois fixés comme expliqué ci-dessus, les éléments de liaison 31 sont totalement solidaires de l'élément cylin- drique 23, par contre leurs têtes 31a sont libres de coulisser dans la rainure torique 30 et de pivoter autour d'un axe perpendiculaire à la section droite de cette rainure torique 30 passant par le cercle de contact entre cette rainure torique 30 et la tête sphérique 31a. Comme on peut le remarquer sur les figures 5 et 6, les bords 32a, 32b de l'ouverture annulaire 32 qui permet d'accéder à la rainure torique 30 s'évasent vers l'extérieur en formant entre eux un angle de 45°. Ces bords évasés 32a, 32b de chaque côté de cette ouverture annulaire 32 sont destinés à permettre aux éléments de liaison 31 de pivoter autour dudit axe perpendiculaire à la section droite de cette rainure torique 30 passant par le cercle de contact entre cette rainure torique 30 et la tête sphérique 31a.
Grâce à ce pivotement, les organes de liaison 31 peu- vent tourner dans la rainure torique 30 lorsque l'on fait tourner l'élément cylindrique 23 par rapport à l'élément cylindrique médian 22, le plan diamétral de la portion sphérique 31a de l'élément de liaison restant constamment orienté radialement par rapport à 1 ' axe de la rainure tori- que 30. Lorsque les éléments cylindriques ont fait 180° de rotation l'un par rapport à l'autre, ils se trouvent dans la position illustrée par la figure 6, et les éléments de liaison 31 se sont inclinés de 45° par pivotement de leurs têtes 31a dans la rainure torique 30, comme on peut le constater sur cette figure.
Pour faciliter la rotation et le pivotement des éléments de liaison 31 dans la rainure torique 30, il est avan-
tageux de réaliser ces éléments de liaison 31 en cuivre ou en alliage de cuivre, tel que le laiton ou le bronze, l'élément cylindrique 22 dans lequel est ménagé la rainure torique 30 étant en acier, de manière à éviter le grippage de ces éléments dans la rainure torique 30.
La différence entre la première et la seconde forme d'exécution réside principalement dans le fait que, alors que les saillies 11 et 12 permettant de faire pivoter les éléments cylindriques 1, 2, 3 les uns par rapport aux autres ont une orientation perpendiculaire fixe par rapport aux surface sur lesquelles elles font saillie, les éléments de liaison 31 peuvent changer leur orientation en tournant autour d'un axe tangent au cercle passant par le centre de la section droite de la rainure torique 30. Grâce à cette particularité, il est alors possible de réduire le diamètre de l'élément cylindrique médian 22 et par conséquent celui des deux autres éléments cylindriques 21 et 23 de manière sensible. Dans les exemples décrits, cette réduction du diamètre des éléments cylindriques 21, 22, 23, de la seconde forme d'exécution par rapport aux éléments cylindriques de la première forme d'exécution représente approximativement 50%.
Les éléments de liaison 31 entre l'élément cylindrique 22 et l'élément 21 sont identiques et sont fixés de la même manière que dans le cas qui vient d'être décrit, de sorte que 1 ' on peut se reporter à la description qui précède à leur sujet.
Comme dans la forme d'exécution précédente, le support de mandrin de cette seconde forme d'exécution présente avantageusement des moyens de positionnement angulaire. A cet effet, l'élément cylindrique 23 présente deux logements diamétralement opposés 36 visibles sur la figure 7. L'axe longitudinal de ces logements 36 est perpendiculaire à la face 23a de l'élément cylindrique 23, respectivement à Ta face 21a de l'élément cylindrique 21.. Un ergot de positionnement 37 comportant une tige 37a entourée par un ressort 38 est introduit dans ce logement 36 et est pressé
par son ressort 38, contre la face 22b de l'élément cylindrique médian 22. Comme on le voit sur les figures 3, 4 et 8, cette face 22b présente une rainure d'indexage radiale 39 de section semi-circulaire, tandis que la face opposée 23a de l'élément cylindrique 23 présente une ou plusieurs rainures radiales 40 de section rectangulaire. Une ou plusieurs rainures 40 semblables sont ménagées sur la face 21a de l'élément cylindrique 21. La tige 37a de l'ergot de positionnement 37 porte un bras radial 37b de section rectangulaire et dont l'extrémité libre présente un ergot semi-cylindrique 37c dont 1 ' axe s ' étend longitudinalement au bras radial 37b.
Comme on peut le voir sur les figure 3, 4, 7 et 9, le bras radial 37b prend position dans la rainure radiale 40. Lorsque ce bras radial 37b et son ergot semi-cylindrique 37c arrivent en face d'une rainure d'indexage radiale 39 de section semi- circulaire de la face 22a ou 22b de l'élément cylindrique 22, la pression exercée par le ressort 38 sur le bras radial 37b fait pénétrer l'ergot 37c dans la rainure d'indexage radiale 39 de section complémentaire, indiquant à l'opérateur qu'il a atteint la position angulaire indexée par ce repère. Compte tenu de la forme semi-cylindrique de cet ergot 37c, il peut être dégagé de cette rainure d'indexage radiale 39 en faisant tourner l'élément cylindrique 23 par rapport à l'élément cylindrique 22. Dans ce cas, le bras 37b ainsi que l'ergot 37c s'effacent alors dans la rainure de section rectangulaire 40, ménagée dans une des faces 21a de l'élément cylindrique 21, ou 23a de l'élément cylindrique 23. Bien entendu, le nombre de rainures d'indexage radiales 39 et leur répartition peuvent être choisis en fonction du nombre de positions indexées souhaitées.
Deux bagues de serrage 41, 42 sont vissées sur les éléments cylindriques 21, respectivement 23. Ces bagues 41, 42 peuvent venir s'appuyer contre le carter C, respectiv - ment contre l'élément interne 34. En vissant ces bagues de serrage 41, 42 contre ce carter, respectivement contre l'élément interne 34, on serre les éléments cylindriques 21,
respectivement 23 contre l'élément cylindrique médian 22, de sorte que ces trois éléments cylindriques 21, 22, 23 sont mutuellement bloqués et ne peuvent plus se déplacer angulai- rement les uns par rapport aux autres. Ce système de serrage peut être associé aux moyens de positionnement angulaires 37-40 décrits ou aussi se substituer à eux.
Comme dans la première forme d'exécution, une transmission souple 28, constituée par un ressort à boudin, dont le sens d'enroulement de l'hélice correspond à son sens de rotation, relie un arbre d'entraînement 25 au mandrin 26 monté pivotant dans l'élément cylindrique 23 par l'intermédiaire de paliers à billes 27.
Bien entendu, si le dispositif de support de mandrin est utilisable en particulier pour les perceuses à main, l'invention n'est pas limitée à cette seule utilisation et il est évident, pour tout homme de métier, qu'un tel dispositif est utilisable sur toutes sortes de machines munies d'un mandrin rotatif, que ce mandrin serve à tenir un outil, tel qu'une mèche de perçage, une fraise, un disque à poncer, une brosse métallique ou tout autre outil rotatif ou encore une pièce à usiner.
Il est également évident que le dispositif de support de mandrin selon l'invention n'est pas limité à trois éléments cylindriques 1, 2, 3, respectivement, 21, 22, 23, mais qu'il ne pourrait en comporter que deux, notamment lorsque l'angle maximum entre l'arbre d'entrée 5, 25, et l'axe du mandrin 6, 26 est inférieur à 90°.
Parmi les domaines dans lesquelles le dispositif selon la présente invention peut être utilisé avantageusement, on peut mentionner les fraises à usage médical et plus spécialement, bien que non exclusivement les fraises de dentistes et de façon générales tous les appareils rotatif à main. A ce titre on peut également envisager l'utilisation de ce dispositif pour des appareils tels que les débroussailleuses afin de leur permettre de s'adapter à la configuration du terrain. Bien entendu ces applications ne sont nullement limitatives et ne sont données qu'à titre d'exemple.