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" Outil à combustion interne ",
La présente invention concerne des perfectionnements aux outils à combustion interne. Le présent brevet doit se lire conjointement avec les brevets N 550.188 et 550.187, déposés le II juillet 1931 et ayant respectivement pour ti- tres:" Marteaux à combustion interne" et :"Machines à com- bustion interne". Le présent brevet est également,en partie, un prolongement de la demande de brevet N 227.656 du 21 octo- bre 1927, ayant pour titre: "Marteaux à combustion interne".
Les marteaux à combustion interne tels qu'ils ont été construits antérieurement étaient sujets à des ruptures assez fréquentes du ressort de compression, qui supporte le piston et lui donne l'impulsion pendant la course de compression.
On remédie ordinairement à cette rupture en réduisant la trempe du ressort, mais dans un outil de ce genre, la puis- sance et le caractère effectif de l'outil diminuent notable- ment par la réduction de la trempe du ressort, au point que l'outil devient virtuellement incapable de fonctionner sans
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qu'on surmonte les problèmes de la rupture. Des expériences faites avec différents genres, types et dimensions (le ressorts, ont fait ressortir le :Lait qu'aucun ressort connu des fabri- cants de ressorts n'était capable de résister aux chocs vi- bratoires successifs de l'outil sans cristallisation, si on conserve en même temps une charge de ressort active pour l'ac- tionnement convenable du piston.
Une des caractéristiques les plus importantes de la présente invention consiste à fournir un ensemble de ressort au moyen duquel la cristallisation et la rupture peuvent être évitées dans un ressort sujet à la compression dans les conditions de chaleur et de choc existant dans un outil à combustion interne de ce type.
On a trouvé, en outre, que les dimensions et la trempe du fil de ressort employé dans l'outil sont critiques. Il a fallu des années d'expériences pour déterminer et vérifier les différents facteurs de ce problème et pour fournir un outil à combustion interne, comportant des ressorts qui fonctionnent de façon satisfaisante, pendant de longues périodes de temps et sans rupture.
Dans les dessins :
La fig.l est une coupe axiale verticale dans un dis- positif renfermant l'invention.
La fig. estune vue en élévation, montrant en posi- tions séparées les parties constitutives du ressort composite utilisé conformément à la présente invention.
Les mêmes pièces sont désignées par les mêmes chif- fres de réference sur les différentes vues.
Dans le dispositif particulier représenté, le cy- lindre 3 a une chemise 4, pourvue d'ailettes en 5, pour le rayonnement de la chaleur. Le cylindre a une culasse faite d'une pièce avec un épaulement en 6 pour limiter le mouvement vers le haut du piston 7. Au-dessus de la limite de mouvement du piston,.se trouve une bougie d'allumage 8, pour enflammer la charge.
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Le piston 7 porte un marteau 9, disposé de façon à frapper une enclume 10, guidée en vue d'un mouvement axial limité de va-et-vient dans un organe 11 de fermeture du fond, relié au cylindre. A travers la pièce de fermeture 11, on a prévu un guide d'outil 12 destiné à recevoir n'importe. quel outil désiré, tel qu'une tige de fleuret 13, qui s'étend dans la douille 14 de l'enclume 10, pour recevoir le choc de celle-ci..
L'espace de compression sous le piston comprend l'ex- trémité inférieure du cylindre 3 et l'extrémité supérieure de l'organe de fermeture 11 et dans cet espace débouche la lu- mière 15 d'admission de la charge, venant d'un dispositif 16 de formation de la charge, décrit plus en détail dans les au- tres brevets mentionnés. Le transfert de la charge de l'espace de compression sous le piston,,dans la chambre de combustion,.est effectué sous la commande du piston 7, par des passages 160 dans le piston lui-même et par une cavité 17 dans la paroi du cylindre. Le dispositif fonctionne suivant le principe à deux temps, les gaz brûlés s'échappant par la conduite générale de départ 18, dans la position extrême inférieure du piston.
L'allumage est commandé directement par le côté du piston, au moyen d'une came 19, portée par l'enveloppe du pis- ton et coopérant avec un suiveur 20, portant un contact 21, qui vient en prise et hors de prise avec un contact 22, monté à ressort et fixé relativement.
Comme il n'est fait usage daucun vilebrequin, il est nécessaire de prévoir le retour du piston par ressort, lors de sa course de compression. La présente invention con- cerne particulièrement des moyens d'effectuer ce retour du piston.
Le ressort de. piston proprement dit est représen- té en 25. C'est un ressort à faible pas, de préférence de di- mensions N 7 W.et M. La dimension est relativement critique et doit être comprise entre les grosseurs 5 et 9, respective-
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ment W.et M. Les grosseurs en dehors de ces limites de dimensions ont été trouvées inadéquates pour les besoins du dispositif .
La trempe du ressort 25 est très critique. Une longue expérience des fabricants de ressorts leur a enseigné de proposer une dureté de 42 à 44 Rockwell pour un travail de cette nature générale. Un ressort ainsi trempé est toute- fois virtuellement incapable de fonctionner dans un marteau à combustion interne, car il est sujet à. des ruptures exces- sives au point de ne pas être satisfaisant au point de vue industriel.
Comme les degrés de dureté sont définis ici en fonction de l'échelle de dureté Rockwell, le tableau suivant montrera des lectures comparatives dans les limites ici ex- posées, dans les tables de scléroscopes et de dureté de Brinell.
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omme on l'a remarque ci-dessus, le remède ordi- naire pour la rupture des ressorts est de réduire la trempe.
Dans le cas particulier présent, on a trouve que les seules trempes satisfaisantes pour le ressort de piston 25 sont celles allant de 46 Rockwell à 52 Rockwell, avec une préfé- rence marquée pour des trempes entre 48 et 52 Rockwell. Un ressort de dimension N 7 W.& M.et de trempe de 48 à 50 Rock-
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well, long de 8'5/8 pouces, ayant le faible pas indiqué au , dessin, prendra:dans les quelques premières heures d'emploi, une position permanente d'environ 8 1/16 pouces, sous une charge initiale pendant l'emploi d'environ 35 livres et une charge extrême d'environ 117 livres. Après cette prise de position initiale, le ressort actionne le piston pendant de longues périodes de temps , sans détérioration, rupture, ni autres changements de forme.
En pratique, le ressort de piston 25 est, de préfé- rence, supporté par un ressort plus lourd 26, qui maintient la charge du ressort 25 et fonctionne d'une manière importante, pour absorber les chocs auxquels l'appareil est soumis en fonctionnement et qui pourraient autrement provoquer la cris- tallisation du ressort de piston 25. La grosseur et la trempe du ressort 26 de support et d'absorption des chocs ne sont pas critiques. On a trouvé satisfaisant d'employer la grosseur N 4 W.& M. et la trempe de dureté usuelle 42 à 44 Rockwell.
La longueur de ce ressort est, en pratique, de I 11/16 pouces avant qu'il soit soumis à la pression dans le dispositif.
Il est à remarquer que le ressort de piston est guidé autour du marteau 9, tandis que le ressort de support 26 est guidé autour d'un bossage sur l'extrémité supérieure de l'enclume 10. En vue d'éliminer la nécessité d'un siège de ressort intermédiaire et d'empêcher les spires des deux ressorts de s'emmêler, il est préféràble d'enrouler les ressorts en sens opposés.
Un ressort de support 26 maintient normalement le piston au sormnet du cylindre. On met le dispositif en mouvement en fournissant le courant d'allumage au régulateur de temps et en fournissant une charge de combustible à l'es- pace de compression sous le piston et en déplaçant le piston vers le bas, au moyen du plongeur monté au sommet du cylindre.
Lors du mouvement vers le bas du piston, le ressort de piston
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23 est comprimé et lorsque le plongeur est relâche brusque- ment, le piston est ramena par le ressortdans sa position initiale, pour comprimer la charge dans la chambre de com- bustion et commander le fonctionnement du régulateur pour l'allumage.
Lors de l'allumage de la charge dans la chambre de combustion, sa dilatation brusque uhasse le piston vers le bas par une pression de fluide, ce qui comprime une nou.- velle charge en vue du débit vers la chambre de combustion et soumet également le ressort 25 à une pression, jusqu'à ce que ses différentes spires soient sensiblement en contact.
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A ce moment approiïmat3.vemat, le marteau porte par le pis- ton frappe l'enclume avec un choc brusque, qui produirait rapidement la cristallisation du ressort de piston si ce ressort n'était pas supporté élastiquement sur le ressort 26.
Comme tout le système de ressort est sous pression dans toutes les positions du piston, le ressort 26 tend à se dilater suffisamment pour absorber toute perte de longueur de système de ressort, qui peut être occasionnée par le retrait ou la prise de position du ressort 25.
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"Internal combustion tool",
The present invention relates to improvements to internal combustion tools. This patent is to be read in conjunction with Patents Nos. 550,188 and 550,187, filed July 11, 1931 and having the titles: "Internal combustion hammers" and: "Internal combustion machines" respectively. The present patent is also, in part, an extension of patent application N 227,656 of October 21, 1927, entitled: "Internal combustion hammers".
Internal combustion hammers as they were previously built were subject to fairly frequent fractures of the compression spring, which supports the piston and gives it momentum during the compression stroke.
This breakage is usually remedied by reducing the hardness of the spring, but in such a tool the power and effectiveness of the tool are markedly reduced by the reduction in the hardness of the spring, to the point that the tool becomes virtually incapable of functioning without
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that we overcome the problems of rupture. Experiments made with different kinds, types and dimensions (the springs, brought out the: Milk that no spring known to the spring manufacturers was able to withstand the successive vibratory shocks of the tool without crystallization, if at the same time an active spring load is kept for the correct actuation of the piston.
One of the most important features of the present invention is to provide a spring assembly by means of which crystallization and rupture can be avoided in a spring subject to compression under the conditions of heat and shock existing in an internal combustion tool. of that type.
It has further been found that the dimensions and temper of the spring wire employed in the tool are critical. It took years of experience to determine and verify the various factors of this problem and to provide an internal combustion tool, with springs that operate satisfactorily, for long periods of time and without breaking.
In the drawings:
Fig.l is a vertical axial section through a device embodying the invention.
Fig. is an elevational view showing in separate positions the constituent parts of the composite spring used in accordance with the present invention.
The same parts are designated by the same reference numbers on the different views.
In the particular device shown, the cylinder 3 has a jacket 4, provided with fins at 5, for radiating heat. The cylinder has a one-piece cylinder head with a 6-shoulder to limit the upward movement of the piston 7. Above the limit of movement of the piston, there is a spark plug 8, to ignite the piston. charge.
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The piston 7 carries a hammer 9, arranged so as to strike an anvil 10, guided with a view to limited axial reciprocating movement in a member 11 for closing the bottom, connected to the cylinder. Through the closure piece 11, there is provided a tool guide 12 intended to receive any. which tool desired, such as a foil shank 13, which extends into the socket 14 of the anvil 10, to receive the shock thereof.
The compression space under the piston comprises the lower end of the cylinder 3 and the upper end of the closure member 11 and into this space the charge inlet light 15 emerges from. a charge forming device 16, described in more detail in the other mentioned patents. The transfer of the load from the compression space under the piston, into the combustion chamber, is effected under the control of the piston 7, through passages 160 in the piston itself and through a cavity 17 in the wall. of the cylinder. The device operates according to the two-stroke principle, the burnt gases escaping through the general starting pipe 18, in the extreme lower position of the piston.
The ignition is controlled directly by the side of the piston, by means of a cam 19, carried by the casing of the piston and cooperating with a follower 20, carrying a contact 21, which engages and disengages with a contact 22, spring loaded and relatively fixed.
As no crankshaft is used, it is necessary to provide for the return of the piston by spring, during its compression stroke. The present invention relates particularly to means of effecting this return of the piston.
The spring of. The piston proper is represented at 25. It is a low pitch spring, preferably of dimensions N 7 W. and M. The dimension is relatively critical and must be between sizes 5 and 9, respectively.
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ment W. and M. Sizes outside these dimensional limits have been found to be inadequate for the purposes of the device.
The quenching of the spring 25 is very critical. Long experience of spring manufacturers has taught them to offer a hardness of 42 to 44 Rockwell for work of this general nature. A spring so hardened, however, is virtually incapable of functioning in an internal combustion hammer because it is prone to. breakages so excessive as to be unsatisfactory from an industrial point of view.
As the degrees of hardness are defined here based on the Rockwell hardness scale, the following table will show comparative readings within the limits set forth here, in the scleroscopes and Brinell hardness tables.
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As noted above, the usual remedy for spring breakage is to reduce quenching.
In the present particular case, the only satisfactory quenches for piston spring 25 have been found to be 46 Rockwell to 52 Rockwell, with a marked preference for quenchings between 48 and 52 Rockwell. A spring of dimension N 7 W. & M. and quenching from 48 to 50 Rock-
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well, 8'5 / 8 inches long, having the small pitch indicated in the drawing, will take: within the first few hours of use, a permanent position of about 8 1/16 inches, under an initial load during the employment of about 35 pounds and an extreme load of about 117 pounds. After this initial position, the spring actuates the piston for long periods of time, without deterioration, breakage, or other changes in shape.
In practice, the piston spring 25 is preferably supported by a heavier spring 26, which maintains the load of the spring 25 and functions extensively to absorb the shocks to which the apparatus is subjected in operation. and which might otherwise cause the piston spring 25 to crystallize. The size and temper of the support and shock absorbing spring 26 are not critical. It has been found satisfactory to use the size N 4 W. & M. and the customary hardness quenching 42 to 44 Rockwell.
The length of this spring is, in practice, I 11/16 inches before it is subjected to the pressure in the device.
Note that the piston spring is guided around the hammer 9, while the support spring 26 is guided around a boss on the upper end of the anvil 10. In order to eliminate the need for an intermediate spring seat and to prevent the turns of the two springs from tangling, it is preferable to wind the springs in opposite directions.
A support spring 26 normally holds the piston against the cylinder. The device is set in motion by supplying the ignition current to the timing regulator and supplying a charge of fuel to the compression space under the piston and moving the piston downwards, by means of the plunger mounted on the piston. top of the cylinder.
During the downward movement of the piston, the piston spring
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23 is compressed and when the plunger is suddenly released, the piston is returned by the spring to its original position, to compress the charge in the combustion chamber and to control the operation of the regulator for ignition.
Upon ignition of the charge in the combustion chamber, its sudden expansion forces the piston downward by fluid pressure, which compresses a new charge for flow to the combustion chamber and also subjects the spring 25 at a pressure, until its various turns are substantially in contact.
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At this approximate moment 3.vemat, the hammer carried by the piston strikes the anvil with a sudden shock, which would quickly produce crystallization of the piston spring if this spring were not resiliently supported on the spring 26.
As the entire spring system is pressurized in all positions of the piston, the spring 26 tends to expand sufficiently to absorb any loss of spring system length, which may be caused by the removal or engagement of the spring 25. .
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