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Perfectionnements relatifs aux marteaux mécaniques et outils ou machines analogues.
Cette invention est relative aux marteaux et outils ou machines analogues, qui sont actionnés mécaniquement en vue de produire un travail en frappant des coups comme un mar- teau, par exemple les sonnettes, pilons, poinçonneuses, pres- ses à forger, machines à river et, en général, tous les méca.- nismes à percussion, qu'on appellera ci-après de manière gé- nérale marteaux "mécaniques" quelle que soit la force motrice employée pour les actionner.
Le principal but de la présente invention est de
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procurer un moyen nouveau et perfectionné d'assurer le fonc- tionnement de ces machines et outils de manière qu'en service la machine n'ait aucune réaction et qu'on puisse ainsi employer pour sa construction des métaux légers tels que les alliages d'alluminium. Cette combinaison est particulièrement avanta- geuse pour les outils pneumatiques à main, par exemple pour des pics défonceurs, des riveuses à main et outils analogues, en raison de la facilité de leur manipulation et de l'absence de vibrations et de recul.
Le but de la présente invention diffère de celui d'une proposition antérieure de la demanderesse, qui consis- tait à pomper un fluide entre deux pistons ou palettes oscil- lantes reliés entre eux mécaniquement au moyen d'un disposi- tif destiné à amener les pistons ou palettes à un état d'équi- libre, de préférence incomplet, ce dispositif étant employé pour équilibrer la pression du fluide comprimé contenu entre les deux pistons ou palettes et aussi pour fonctionner de manière que le fluide ayant accumulé de l'énergie soit éjecté à travers des soupapes et des lumières dans un réservoir dis- tinct en vue d'être utilisé ultérieurement pour envoyer de l'énergie à d'autres machines quand et comme on le désire.
Suivant la présente invention, on emploie le dispositif pré- cité pour équilibrer les efforts et/ou l'énergie accumulée et pour permettre d'utiliser cette énergie, en coopération avec d'autres mécanismes décrits ci-après, en vue d'exécuter le travail de martelage ou travail analogue dans la machine où a été accumulée l'énergie, de telle manière que la caracté- ristique précitée de l'absence de réactions soit assurée.
L'invention a pour objet un marteau mécanique ou
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machine analogue comprenant deux organes mobiles ou pistons reliés entre eux par un dispositif qui leur permet de se déplacer dans le même sens à des vitesses différentes, la dis- position étant telle qu'au fur et à mesure que l'organe ou piston se déplaçant plus vite avance par rapport à l'organe ou piston se déplaçant plus lentement, un certain travail soit exercé sur un milieu élastique compris entre les organes mobiles ou pistons pour accumuler dans ce milieu une énergie qui, en un point prédéterminé de la course des organes mobi- les ou pistons, est utilisée pour ramener ou pour aider à ra- mener les organes mobiles ou pistons à leurs positions ini- tiales à une vitesse très accélérée, ce qui crée une force d'impulsion.
Il est entendu que le mécanisme peut être actionné à la main ou par force motrice et qu'en outre les organes mobiles peuvent être établis ou conformés de la manière vou- lue, ou être attachés à des outils ou pièces analogues, se- lon la nature de l'ouvrage et l'usage auquel est destiné le mécanisme.
On décrira ci-après à titre d'exemple plusieurs formes d'exécution de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une coupe verticale montrant l'invention appliquée à un pic pneumatique pour le défonçage de revête- ments de chaussées.
Fig. 2 est une coupe transversale de l'enveloppe de l'outil, faite suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1 et montrant les conduits d'admission et d'échappement,
Fig. 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la Fig: 1, montrant la disposition des lumières
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d'échappement,
Fig. 4 est une vue schématique d'un marteau, action- né à la main ou par force motrice, dans lequel les organes mobiles ou pistons coulissent sous l'action du dispositif qui les relie entre eux, et
Fig. 5 est une coupe verticale d'un marteau à river constituant une forme d'exécution.de l'invention.
Le pic défonceur représenté-sur les Figs. 1 à 3 comporte une enveloppe 6 comprenant une poignée 6a, et les organes mobiles du pic sont des pistons 7 et 9 coulissant dans un cylindre qui est constitué de préférence par un four- reau 21 monté dans l'enveloppe 6. Un ressort de compression à boudin 8 est logé entre les pistons 7 et 9, et dans l'exem- ple d'exécution représenté ce ressort constitue une partie du milieu élastique dans lequel est accumulée l'énergie, l'autre partie du milieu élastique étant de l'air envoyé de l'extérieur entre les deux pistons. On comprend qu'à titre d'alternative tout autre fluide compressible peut être employé comme milieu élastique travaillant entre les deux pistons et coopérant ou non, comme on le désire, avec un ressort tel que 8.
La partie inférieure du piston 9 est amincie en 9a pour lui permettre de télescoper dans le piston inférieur 7 en vue de fermer hermétiquement l'espace contenant le ressort de compression 8 et isoler ainsi cet espace de l'espace an- nulaire relativement exigu situé entre les jupes des pistons et la paroi du cylindre 21. Un secteur 10 est articulé en 11 sur l'enveloppe 6, et en des points 12 et 13 situés aux an- gles du secteur sont articulées respectivement des bielles 14 et 15 dont les extrémités opposées sont reliées respecti- vement à des pivots d'articulation 16 et 17 des pistons res- pectifs 7 et 9.
Le secteur 10 et les bielles 14 et 15 sont
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de préférence dédoublés de manière à être symétriques à la ligne centrale verticale de.l'enveloppe 6 pour assurer un fonctionnement doux, les extrémités des pivots d'articula- tion 16 et 17 faisant saillie par des boutonnières 18 et 19 de l'enveloppe et étant reliés de part et d'autre à une biel- le 14 ou 15, respectivement. On comprendra que l'ensemble du mécanisme extérieur, comprenant le secteur 10 et les biel- les 14 et 15, peut être enfermé dans une enveloppe extérieure pour protéger le mécanisme.
Le piston inférieur 7 constitue le marteau de l'outil ou l'organe qui frappe le coup directement ou indi- rectement, tandis que le piston supérieur 9 constitue ce qu'on appellera ci-après le piston équilibreur. Quand les pistons sont à leur fin de course inférieure le secteur 10 et les bielles 14 et 15 sont dans la position représentée sur la Fig. 1, les bielles ayant une longueur telle que le ressort 8 soit aussi peu comprimé qu'on le désire. Il est à noter que lorsque les pistons occupent la position représen- tée, le pivot 13 est situé en substance verticalement en- dessous de l'articulation 11, tandis que le pivot 12 fait un angle d'environ 40 avec une horizontale passant par l'arti- culation.
On peut considérer le secteur 10 comme étant cons- titué par deux leviers ou bras, rigidement reliés entre eux, dont les extrémités sont définies respectivement par les points 11, 13 et 11, 12, le premier bras constituant ce qu'on pourrait appeler le bras équilibreur, étant donné qu'il est relié au piston équilibreur, et.le second bras constituant le bras moteur du fait qu'il est relié au marteau ou piston moteur 7.
On voit sur la Fig. 1 que si l'on fait tourner le
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secteur 10 vers le haut, par exemple d'un angle de 60 , le bras moteur 11, 12 du secteur déplace le piston 7 verticale- ment d'une longueur presque égale au rayon reliant l'articula- tion 11 au pivot 12, tandis qu'à la suite de la même rotation le bras équilibreur 11, 13 ne déplace verticalement le piston 9 que d'une distance sensiblement égale à la moitié de celle parcourue par le piston 7 ; la différence des courses des deux pistons représente le degré de compression du ressort 8.
Il est à noter que lorsque le secteur 10 a tourné à la position indiquée ci-dessus, les bras moteur et équili- breur du secteur font le même angle avec l'horizontale et leurs moments par rapport à l'articulation 11 sont égaux, de sorte que l'énergie accumulée dans le ressort 8 est équi- librée. On voit que lorsque le secteur se déplace dans une position où les bras moteur et équilibreur ne font pas des angles exactement égaux avec l'horizontale, les moments sont inégaux et ne s'équilibrent pas, de sorte que lorsque le bras équilibreur retourne vers la position initiale représen- tée sur la Fig. l, son moment par rapport à l'articulation 11 diminue rapidement, tandis que le moment du bras moteur tend à augmenter, d'où il résulte que le piston 7 descend sous l'action de l'effort fourni par l'énergie accumulée dans le ressort 8.
Quand on emploie de l'air comprimé pour produire la force motrice; le fonctionnement de l'outil est le suivant:
L'air comprimé entre dans l'enveloppe 6 par le rac- cord 20, traverse la soupape 22 quand celle-ci est abaissée à l'aide de la manette 23 commandée par l'ouvrier, et passe ensuite par une lumière 24 dans un compartiment à air 25 occupant sensiblement toute la longueur de l'enveloppe 6,
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comme le montre le dessin. De l'extrémité inférieure du compartiment à air 25 l'air comprimé est amené par une lu- mière 26 à la face inférieure d'une soupape de distribution 27 fonctionnant dans une chambre de distribution 28 supportée par l'enveloppe 6.
La pression de l'air comprimé soulève la soupape de distribution 27 qui démasque une lumière d'admis- sion par laquelle l'air entre dans le cylindre -SI en-dessous du piston 7 ; monte à l'encontre du ressort 8 et dé- place le piston 9 dans le même sens, de bas en haut, jusqu'à ce que la partie inférieure amincie 9a du piston vienne dé- masquer une lumière à air 30 du cylindre 21.
Il passe alors de l'air comprimé du compartiment à air 25, par la lumière 30, dans l'espace annulaire, compris entre les jupes des pis- tons et la paroi du cylindre, qui est séparé hermétiquement de l'espace contenant le ressort 8 de manière à assurer une économie de consommation d'air comprimé ; de l'espace annulaire l'air comprimé passe par une lumière 31 dans un conduit 32, puis sur la face supérieure d'un piston 33 contenu dans la chambre de distribution 28. Le piston 33 comporte une tige 33a portant'contre le dessus de la soupape de distribution 27 et maintenu contre celle-ci par la pression d'un ressort à boudin 34 de manière que le piston 33 et la soupape de distribution 27 se déplacent toujours comme une seule pièce.
Le piston 33 a une plus grande section transversale que la soupape de distribution 27, de sorte que l'arrivée d'air comprimé par le conduit 32, comme c'est mentionné ci-dessus, provoque l'abaissement de la soupape de distribution 27 qui descend sur son siège inférieur de manière à fermer la lumière 26, à couper la communication avec l'air comprimé contenu dans le cylindre 21 sous le piston 7 et à ouvrir en même temps
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une lumière 35 permettant à l'air du cylindre 21 de s'échap- per par une lumière d'échappement dans l'atmosphère.
En même temps, l'air comprimé arrivant de la lumière 30 remplit l'es- pace compris entre les pistons 7 et 9, et par suite de la position déséquilibrée de ceux-ci, la pression d'air, super- posée à l'énergie accumulée dans le ressort 8, fait descendre les deux pistons, à la suite de quoi le piston inférieur 7 frappe l'outil 37 qui peut être un pic, comme représenté, un burin ou une dame et qui fait saillie dans le fond du cylin- dre 21. Du fait que la résistance au mouvement du piston 7 est fournie par le piston 9 et non pas par un élément fixe comme une culasse de cylindre, le cylindre ou l'enveloppe ne subit pas d'effort provoquant un recul, comme on le consta- te avec les marteaux pneumatiques ordinaires, et l'enveloppe
6 n'exerce ainsi sensiblement aucune réaction.
On voit que, la lumière 35 restant ouverte pendant la descente des.pistons
7 et 9, il n'y a pas de résistance freinant la vitesse accélé- orée à laquelle ceux-ci tombent. A l'instant où ie coup est frappé, c'est-à-dire quand les pistons sont à fin de course vers le bas, des lumières.58 du piston 9 viennent en regard de la lumière 31, et l'air comprimé s'échappe ainsi du dessus du piston 33 à l'atmosphère. Les lumières 38 du piston 9 sont en face des lumières 31 (Fig.l), de sorte qu'elles ne communiquent jamais avec les lumières 30 conduisant l'air comprimé qui arrive du compartiment à air 25.
Quand la pres- sion cesse d'agir depuis le dessus du piston 33, l'air com- primé ouvre la soupape de distribution 27 de manière à fermer la lumière 35 allant à la lumière d'échappement 36 et à . admettre de l'air comprimé dans le fond du cylindre 21 sous le piston 7, et le cycle d'opérations se répète.
Quand l'outil décrit est employé comme dame mécani- @
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que, ce qui exige un fonctionnement plus lent de la dame qui remplace le pic 37, on peut se servir d'un organe, placé sous le contrôle de l'ouvrier et monté à coulissement sur la manette 23, pour empêcher celle-ci d'ouvrir complètement la soupape 22, de manière à limiter la vitesse à laquelle l'air comprimé entre du compartiment d'admission d'air 25 dans le cylindre 21, de sorte qu'on peut régler la vitesse des pistons 7 et 8 et la vitesse d'actionnement de la dame.
La Fig. 4 montre un marteau, pourvu d'un mécanisme d'actionnement conforme à l'invention, dans lequel les orga- nes mobiles ou pistons sont actionnés depuis l'articulation 11 de l'organe oscillant 10. Celui-ci comprend un bras mo- teur 11,12 et un bras équilibreur 11, 13 comme précédemment et la force actionnant la machine est appliquée à l'organe 10 au lieu de l'être à l'organe mobile ou piston inférieur comme dans' l'exemple d'exécution précédent. Le dispositif au moyen duquel la force est appliquée à l'organe 10 est constitué par un levier pivotant ou levier à cliquet 39 monté à pivot sur l'articulation 11 de l'organe 10 et portant un cliquet 40 dont une extrémité 40a est conformée de manière à entrer dans un cran ou encoche 10a taillé dans le moyeu de l'organe 10, ou dans une roue à rochet fixée à l'organe 10.
L'autre extrémité du cliquet 40 comporte une surface 40b qui est sensiblement perpendiculaire à la surface active de l'extrémité 40a. De préférence, l'organe oscillant 10 est dédoublé comme indiqué précédemment et il en est de même pour le cliquet 40, de sorte qu'un cliquet est porté de part et d'autre du bras à cliquet 39 sur l'articulation 41, les cliquets étant reliés entre eux par un goujon 42 contre le- quel porte un ressort à lame 43 qui assure que les cliquets agissent à l'unisson sur le moyeu de l'organe 10 ou sur deux
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roues à rochet fixées à cet organe.
Le levier à cliquet 39 ainsi que ses cliquets 40 et son ressort 43 fonctionnent de la même manière qu'un dispositif d'encliquetage ordinaire, sauf que les cliquets entrent en prise avec le même cran ou encoche 10a de l'organe 10 à chaque course du levier à cliquet 39 et de l'organe 10; toutefois on peut employer une série de crans ou encoches afin de permettre de varier la longueur de course des organes mobiles-ou pistons. Dans l'exemple d'exécution représenté sur la Fig. 4 ceux-ci sont constitués par des blocs inférieur 7 et supérieur 9 logés à coulissement dans des guides verticaux 44 munis d'éléments d'attache 45 à leurs extrémités supérieure et inférieure.
Entre les blocs 7 et 9 est disposé un ressort de compression 8 et ils sont reliés aux points 12 et 13 de l'organe oscillant 10 par des bielles 14 et 15, de la même manière que les pistons 7 et 9 au secteur 10 dans l'exemple d'exécution décrit précédemment.
Pour dégager les cliquets 40 quand le point voulu de la cour- se des blocs 7 et 9 est atteint, afin de laisser le bloc in- férieur 7 libre de descendre sous l'effet de l'énergie accu- mulée dans le ressort 8, une saillie 46 montée de manière réglable sur le châssis de la machine, est disposée de ma- niére à venir toucher les surfaces 40b des cliquets pour obliger ceux-ci à tourner sur l'articulation 41 dans le sens des aiguilles d'une montre et à écarter les extrémités 40a du moyeu de l'organe oscillant 10.
Le bras à cliquet peut être actionné par un levier à main 47 ou par un moteur 48 par l'intermédiaire d'une biel- le 49.
Dans les cas où on veut avoir un dispositif trans- portable, le châssis du marteau peut être adapté sur un socle muni de roues, galets ou autres organes de locomotion.
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De même, quand le marteau est employé pour un travail tel que, par exemple, le battage de pieux ou le poinçonnage de métaux,, le bloc moteur 48 peut être monté sur le châssis de la machine ou près de celui-ci et être relié à l'organe oscillant 10 au moyen d'engrenages ou d'une autre transmission appropriée.
La Fig. 5 montre un marteau destiné à des travaux exigeant une succession de coups de marteau légers d'un poids déterminé, comme le façonnage des têtes de petits rivets sur des ouvrages métalliques un peu délicats, par exemple les avions métalliques. Le marteau représenté est actionné à la main, les pistons ou blocs 7 et 9 étant commandés à l'aide d'une tirette 50 disposée à l'intérieur de la poignée 51 du marteau. Les pistons ou blocs coulissants 7 et 9, le ressort 8, le secteur 10 et les bielles 14 et 15 sont analo- gues aux parties correspondantes des formes d'exécution dé- crites précédemment. La tirette 50 est reliée à un piston extérieur 52 monté à coulissement dans l'extrémité supérieure de l'enveloppe 6 du marteau, et au piston intérieur 53, sur lequel le piston extérieur 52 peut coulisser, comporte une tige y attachée rigidement.
La tige 54 traverse librement le piston ou bloc supérieur 9 et est reliée à son extrémité in- férieure au piston ou bloc inférieur 7. Le piston extérieur 52 porte un bouton d'arrêt 55, faisant saillie en substance radialement, qui entre dans une encoche 56 du piston intérieur 53 pour accoupler celui-ci au piston extérieur 54. Quand les éléments sont dans cette position et qu'on tire alors la tirette 50 de bas en haut vers la poignée 51, les pistons ou blocs 7 et 9 montent dans l'enveloppe 6 vers un point d'équilibre, comme indiqué avec référence à la Fig. 1.
Avant que ce point soit atteint, le piston intérieur 53 se désac- couple du piston extérieur 52, par exemple du fait que le
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bouton d'arrêt 55 entre en contact avec une surface de came formée sur une bague 57 au moyen de laquelle la: poignée 51 est reliée à l'enveloppe 6, le bouton d'arrêt se déplaçant jusqu'à une fente verticale 58 du piston intérieur 53. Par suite du désaccouplement des pistons 52 et 53, le piston intérieur 53 peut descendre avec la tige 54 et les pistons ou blocs 7 et 9 sous l'influence, du ressort comprimé 8, de sorte que le piston ou bloc inférieur 9 frappe la bouterolle 37 pour produire un coup.
Par suite de l'absence de réaction de ce marteau riveur et en raison du poids défini et constant du coup produit à chaque course, indépendant de la manière dont on actionne la tirette 50, ce marteau est plus efficace à l'u- sage que les marteaux riveurs employés jusqu'à présent. En outre, dans la construction à secteur et bielles décrite, le moment augmente quand le bras équilibreur du secteur ap- proche de la position initiale du bras moteur et la traction de bas en haut exercée sur le ressort 8 par le bloc supé- rieur 9 commence à devenir égale à la traction exercée par l'ouvrier sur le bloc inférieur 7, de sorte que lorsqu'on approche du point de déclenchement, l'ouvrier exerce peu ou pas d'effort sur la tirette 50.
Ceci est important, car cela permet d'employer le marteau pour des ouvrages qui n'admettent pas l'emploi des marteaux riveurs de construction connue.
Si on le désire, on peut adapter sur l'appareil, construit comme marteau riveur ou comme machine à poinçonner ou à emboutir, un dispositif de sûreté qui empêche le pis- ton ou bloc 7 de tomber et de frapper un coup avant que la pièce sur laquelle on veut exécuter le travail, par exemple un travail de poinçonnage ou d'emboutissage, soit correcte-
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ment mise en place. Dans des cas de ce genre, le secteur 10 peut se déplacer de l'angle voulu de manière à amener le pis- ton ou bloc équilibreur 9 et le piston ou bloc inférieur 7 à un équilibre complet pendant lequel l'énergie du milieu compressible reste accumulée.
On a déjà montré que dans ce cas il ne se produit aucun mouvement du piston ou bloc 7 et on voit qu'une opération ultérieure est nécessaire pour désé- quilibrer le mécanisme et permettre à l'énergie accumulée de se déclencher en abaissant le piston ou bloc 7. Le dispositif de sécurité peut être constitué par un petit levier ou orga- ne auxiliaire analogue que l'ouvrier affecté au maniement de l'outil ou de la machine doit actionner pour déséquilibrer le mécanisme. Toutefois, si on le désire, on peut employer un encliquetage de sûreté, monté en un endroit approprié., qui peut avoir la forme d'un ou plusieurs cliquets chargés par un ressort ou un contrepoids, qui tombent automatiquement en place au point voulu de la course et empêchent le piston ou bloc 7 de descendre jusqu'à ce que l'ouvrier déclenche le mécanisme quand il faut frapper le coup.
Cette disposition s'applique tant aux machines actionnées par force motrice qu'à celles actionnées à la main.
Quand on emploie le mécanisme sur des machines à poinçonner ou à emboutir, il faut que le poinçon et la matri- ce soient guidés en parfait alignement, et à cet effet les éléments assurant le guidage peuvent être faits d'une pièce avec le châssis ou bâti de la machine.
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