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WO2023117715A1 - Dispositif de vissage a impact a transmission progressive d'energie cinetique - Google Patents

Dispositif de vissage a impact a transmission progressive d'energie cinetique Download PDF

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Publication number
WO2023117715A1
WO2023117715A1 PCT/EP2022/086240 EP2022086240W WO2023117715A1 WO 2023117715 A1 WO2023117715 A1 WO 2023117715A1 EP 2022086240 W EP2022086240 W EP 2022086240W WO 2023117715 A1 WO2023117715 A1 WO 2023117715A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output shaft
projecting portions
impact
cam
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/086240
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre GUILBAUD
Olivier MEGE
Yvon LESUEUR
Stéphane BAUDRY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georges Renault SAS
Original Assignee
Georges Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Georges Renault SAS filed Critical Georges Renault SAS
Publication of WO2023117715A1 publication Critical patent/WO2023117715A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B21/00—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
    • B25B21/02—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose with means for imparting impact to screwdriver blade or nut socket
    • B25B21/026—Impact clutches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/006—Vibration damping means

Definitions

  • the field of the invention is that of the design and manufacture of impact screwing devices.
  • the invention relates more particularly to the damping of impacts and the attenuation of the rough generated by such devices.
  • Impact screwdrivers also called impact wrenches, are commonly used in various sectors to screw and/or unscrew assemblies.
  • Impact driving tools differ from conventional continuous driving tools in that they include a system designed to store kinetic energy as the motor rotates, and return it to the output shaft via an impact of torque.
  • an impact wrench conventionally comprises an output shaft and a motor provided with a rotor capable of driving in rotation, continuously or intermittently, an impact mechanism capable of accumulating kinetic energy during phases of acceleration and then to restore it to the output shaft, during successive phases of impact, to transmit a torque to the output shaft.
  • the output shaft which drives a drive element able to cooperate with an element to be screwed, thus transmits on each impact a torque to an element to be screwed to ensure its tightening.
  • the existing means of limiting noise and vibrations in these systems are to place a damping element in the outlet of the tool to limit the solid-borne transmission of noise and vibrations to the part to be screwed, i.e. their transmission from step by step from one component to another of the components in contact.
  • Another type of impact system is the "spring loaded cam". It works thanks to a spring which compresses after the impact to disengage the surfaces in contact by the action of balls on a cam path.
  • These systems are also very noisy and cause significant vibrations.
  • type systems have a relatively complex design and high part count. Their lifespan is therefore limited.
  • hydraulicpulse systems use a module comprising a hydraulic fluid. Torque impacts are transmitted through the compression of hydraulic fluid. These systems are very quiet and have little vibration. However, they are complex to implement, they require frequent maintenance and they tend to heat up, which leads to reduced productivity.
  • Another existing impact system is the so-called dog clutch system. It is simply an impact element that can rotate relative to the output shaft to store energy until complementary surfaces between the impact element and the output shaft come into contact. to generate the torque impact. It does not include an element for disengaging the striking surfaces, it is the rebound following the impact, associated with an adapted motor control, which makes it possible to recover the stroke necessary for the storage of kinetic energy.
  • the appropriate control of the motor consists of stopping the power supply to the motor as the impact approaches in order to allow the system to rebound following the impact, then restarting the power supply at the end of the rebound to reaccelerate the motor. Due to engine shutdown, these systems do not heat up much and therefore have good productivity.
  • Impact wrenches therefore make it possible to effectively tighten at high torque levels while inducing only a small reaction in the hand of the operator holding the impact wrench.
  • impact wrenches have the disadvantage of generating the emission of noise which can in some cases cause noise pollution.
  • the aim of the invention is in particular to provide an effective solution to at least some of these various problems.
  • an objective of the invention is to provide an impact wrench of simple design and having a limited number of parts.
  • the invention aims, according to at least one embodiment, to to provide such an impact wrench having a long life with a minimum of maintenance.
  • Another objective of the invention is, according to at least one embodiment, to provide such an impact wrench offering a good level of productivity.
  • Another object of the invention is, according to at least one embodiment, to provide such an impact wrench offering attenuation of noise and vibrations at the source (that is to say at the level of the elements generating the impact) to more effectively limit tool noise and vibration.
  • an impact screwing device comprising: a motor provided with a rotor; an impact mechanism comprising: an inertia element capable of being rotated by said rotor to store kinetic energy during successive acceleration phases; an output shaft capable of rotating an element to be screwed.
  • said device comprises means for progressive transmission to said output shaft during successive impact phases of said kinetic energy stored by said inertia element.
  • the implementation of these progressive transmission means makes it possible to gradually transmit the kinetic energy to the output shaft and thus to reduce vibrations such as noise.
  • said progressive transmission means comprise: a first cam path integral with said inertia element; a second cam path integral with said output shaft; at least one rolling element disposed between said inertia element and said output shaft and capable of rolling along said first and second cam tracks; said first and second cam tracks comprising protruding portions, said inertia element being: linked in rotation with said output shaft when said rolling element is in contact with said projecting portions of said first and second cam tracks, and freely movable in rotation with respect to said output shaft when said rolling element is not in contact with said projecting portions of said first and second cam tracks, said projecting portions being connected to said cam tracks by fillets.
  • said fillets follow a curve of the type: arcuate, polynomial, preferably of degree 2 to 12, for example of degree 7 or 9; clothoid.
  • said projecting portions stretch along the axis of said rotor.
  • said projecting portions stretch perpendicular to the axis of said rotor.
  • said projecting portions of said first and second cam tracks extend in parallel and distant planes.
  • said progressive transmission means comprise elastic return means able to store part of the kinetic energy transmitted by said inertial element to said output shaft.
  • said progressive transmission means comprise a ring on which said second cam track and said corresponding projecting portions are formed, said ring being mounted to move in translation along said output shaft against the effect of a spring. compression tending to bring said ring closer to said first cam track.
  • a device comprises means for adjusting the level of compression of said compression spring.
  • said first cam track being shaped on an elastically deformable cage.
  • said cage comprises a portion for securing to said rotor and a bell-shaped portion comprising said first cam track, said securing portion and said bell-shaped portion being connected by a connecting portion, said connecting portion being radially deformable elastically.
  • said connecting portion has a section along a longitudinal plane in the form of a bellows.
  • a device comprises means for indexing the position of the at least one rolling element with respect to said projecting portions of the first and second cam tracks, said indexing means being able to guaranteeing that said rolling element is able to come into contact simultaneously with said projecting portions of said first and second cam tracks following a relative rotation of said inertia element with respect to said output shaft.
  • said indexing means comprise at least: a first toothed wheel linked in rotation to said rolling element; a second toothed wheel linked in rotation to said inertial element; a third toothed wheel linked in rotation to said output shaft; said first gear wheel meshing with said second and said third gear wheel.
  • Figure 1 illustrates a longitudinal sectional view of an example of an impact wrench according to the invention
  • FIG 2 illustrates a detail view of a first embodiment of a striking mechanism according to the invention
  • FIG 3 illustrates a perspective view of the cage of the mechanism of Figure 2;
  • Figure 4 illustrates the interaction between a ring and a cage of the mechanism of the Figure 2;
  • FIG 5 illustrates the interaction between a ring and a cage of the mechanism of Figure 2;
  • Figure 6 illustrates the interaction between a ring and a cage of the mechanism of Figure 2;
  • Figure 7 illustrates an example of a cam profile of a ring and a cage of the mechanism of Figure 2;
  • FIG 8 illustrates an exploded view of a second embodiment of a striking mechanism according to the invention
  • Figure 9 illustrates a cross-sectional view of the mechanism of Figure 8.
  • Figure 10 illustrates a partial cross-sectional view of the mechanism of Figure 8 showing an offset of the projecting portions of the bell and the shaft;
  • Figure 11 illustrates a cross-sectional view of a bell with elastic connection between a portion for securing to the rotor and a portion with a cam track;
  • Figure 12 illustrates a protruding portion profile according to a polynomial function of degree 7;
  • Figure 13 illustrates a protruding portion profile according to a polynomial function of degree 9
  • Figure 14 illustrates a protruding portion profile following a clothoid
  • Figure 15 illustrates an alternative striking mechanism with indexing means.
  • Such an impact wrench 1 comprises a casing 10 housing an electric motor 11, an impact mechanism 12 and a rotary output member, or shaft 13 provided to cooperate with a screwing/unscrewing socket to rotate an element to screw/unscrew.
  • the impact wrench includes an actuating trigger 14.
  • the motor 11 comprises a rotor 110 and a stator 111. It is an electric motor.
  • the motor will preferably be of the synchronous type with permanent magnets. It may alternatively be any other type of electric motor such as, for example, a DC motor, an asynchronous motor, a reluctance motor variable, a stepper motor... It can be single or multi-phase. It could possibly be a pneumatic motor.
  • Rotor 110 may or may not be directly connected to the input of impact mechanism 12. If so, the gear ratio between the rotor and the input of impact mechanism 12 is 1.
  • the impact mechanism 12 is of the dog clutch type.
  • the impact mechanism 12 comprises a cage 20.
  • the cage 20 is here directly connected to the rotor 110. It is capable of storing kinetic energy when it is driven in rotation by the rotor.
  • the cage 20 is rotatably mounted at the end of the drive shaft 13 by means of a ball bearing 23.
  • the cage 20 comprises a front face 21 oriented towards the front of the impact wrench, that is to say in the direction of the output shaft 13.
  • the front face 21 extends in a plane perpendicular to the axis of the rotor and comprises a first cam path 220 which comprises projecting portions 22.
  • the projecting portions 22 extend in the direction of the front of the tool along the axis of the rotor. They each comprise a plate 221 essentially parallel to the front surface 21 and two fillets 222 connecting the plate to the front surface. These fillets give the projecting portions a progressive shape.
  • the number of protruding portions is here equal to two. However, it could be higher.
  • the fillets 222 follow a curve of the type: arcuate, polynomial curve of degree 2 to 12, preferably 7 or 9; in clothoid.
  • the striking mechanism also includes a ring 24.
  • the ring 24 comprises a rear surface 243 oriented in the direction of the front surface 21 of the cage 20.
  • This rear surface 243 comprises a second cam track 244 which comprises projecting portions 245.
  • the projecting portions 245 extend in the direction from the rear of the tool along the axis of the rotor. They each comprise a plate 246 essentially parallel to the rear surface 243 and two fillets 247 connecting the plate 247 to the rear surface.
  • the number of protruding portions is here equal to two. However, it could be higher.
  • the fillets 247 follow a curve of the type: arcuate (and. FIG. 12), polynomial curve of degree 2 to 12, preferably 7 or 9 (cf. FIG. 13); clothoid (see figure 14).
  • the ring 24 is connected to the output shaft 13 by means of a sliding connection so that it is connected in rotation to the output shaft 13 along the axis of the rotor but is mobile in translation relative to the output shaft 13 along its longitudinal axis.
  • the ring may be connected in rotation with the output shaft without however being mounted to move in translation along the latter.
  • the ring 24 comprises an internal groove 241 formed parallel to the axis of the output shaft 13.
  • This internal groove 241 houses balls 242 which are also housed in external grooves 130 formed in the output shaft 13 parallel to the axis of the output shaft 13.
  • the striking mechanism comprises elastic return means which act on the ring 24 to tend to move it in the direction of the front surface 21 of the cage 20.
  • These elastic return means are capable of storing part of the kinetic energy transmitted by the cage to the output shaft
  • these elastic return means comprise a compression spring 25 interposed between the front face 248 of the ring 24 and a nut 26 screwed onto the output shaft 24. This nut makes it possible to adjust the calibration of the spring 25. This nut could be replaced for a fixed stop in which case the calibration of the spring would not be adjustable.
  • the striking mechanism comprises rolling elements 27 arranged between the ring 24 and the bell 20 and provided to roll on the first 220 and second 244 cam tracks between two projecting portions 22, 245.
  • rolling elements can for example be balls , tapered rollers or other.
  • the implementation of the cam tracks and the rolling elements induces that the bell is: connected in rotation with the output shaft when the rolling elements are in contact with the projecting portions of the first and second cam tracks, and freely mobile in rotation relative to the output shaft when the rolling elements are not in contact with the projecting portions of the first and second cam tracks.
  • the progressive shape of the protruding portions makes it possible to ensure progressiveness in the transfer to the output shaft of the kinetic energy of the cage.
  • the operation of the system is as follows: the motor is powered and drives the cage 20 in rotation to store kinetic energy; the rolling elements 27 roll on the cam tracks of the cage and of the ring linked to the output shaft; when the motor reaches an angular position in which the rolling elements 27 are close to the projecting portions, the motor supply is stopped; when the rolling elements reach the projecting portions (at a certain angular position of the motor), they gradually exert, going up along the fillets 222, 247 of the projecting portions, an axial force against the spring 25 which compresses and exerts an axial force in reaction; the cage begins to transmit its kinetic energy and that of the motor to the ring, and therefore to the output shaft due to the sliding connection; when the force of the spring is greater than that exerted by the ring, the cage can no longer rotate relative to the ring and therefore transmits all its kinetic energy and that of the motor to the output shaft; the system comprising the cage and the rotor then bounces in the opposite direction to the operation in progress, in order to regain
  • the implementation of the return means acting on the movable ring makes it possible to further reduce noise such as vibrations.
  • the cam tracks with progressive profile (fillet) associated with the rolling elements, and if necessary with the return means when the ring is mobile, constitute means of progressive transmission to the output shaft during successive phases of impact of the kinetic energy stored by the inertial element (cage and rotor). These means make it possible to reduce noise such as vibrations.
  • This second embodiment differs from the first in that the projecting portions 22 of the bell 20 and 245 stretch perpendicularly to the axis of the rotor and in that the projecting portions 245 are integral with the output shaft. 13 and no longer the ring 24 which is not implemented.
  • the second cam track is thus formed outside the output shaft while the first cam track is shaped inside the bell.
  • the rolling elements 27 can for example be balls or cylindrical rollers.
  • This embodiment makes it possible to further reduce the number of parts required, since the cam tracks are made directly on the cage and the output shaft, without any intermediate part or spring.
  • the number of projecting portions of the cage is greater than that of the output shaft so that the rolling distance of the rolling elements between two projecting portions of the cage is the same as that between two projecting portions of the 'TREE.
  • the cage is used to constitute an elastic return means.
  • the cage 20 comprises areas of small thickness carrying the projecting portions 22 by providing recesses 23.
  • the elasticity of the cage can be achieved by a connection portion between a connection portion 24 to the rotor driven by the motor and a bell-shaped portion 25 comprising the projecting portions part comprising the raceway, this connection portion being elastically deformable radially.
  • connection portion may comprise one or more hinges may for example be placed at locations such that the deformation is maximum at the level of the projecting portions.
  • connection portion can for example take the form of an S-shaped bellows 26 (cf. FIG. 11), able to transmit the torque while allowing radial elastic deformation of the portion 25 comprising the cam track, in particular at the level of the portions in protrusion.
  • the connection portion then has a section along a longitudinal plane in the form of a bellows.
  • the projecting portions of the cage and those of the output shaft are respectively offset axially so that they extend in parallel and distant planes as can be seen in figure 10.
  • a device comprises means for indexing the position of the rolling elements with respect to the projecting portions of the first and second cam tracks.
  • indexing means are capable of guaranteeing that the rolling elements are capable of coming into contact simultaneously with the projecting portions of the first and second cam tracks following a relative rotation of the inertia cage with respect to to the output shaft.
  • This variant can be implemented in all the embodiments and their variants.
  • these indexing means may for example comprise at least: a first toothed wheel 30 (here two) linked in rotation to each rolling element 27; a second toothed wheel 31 (here an inner ring gear) linked in rotation to the cage 20; a third toothed wheel 32 (here two) linked in rotation to the output shaft 13; the first gear(s) 30 meshing with the second gear(s) 31 and the third gear(s) 32.
  • This variant can be implemented in all the embodiments and their variants.
  • Each embodiment may comprise a single rolling element but the implementation of several rolling elements is preferred.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de vissage à impact comprenant : - un moteur (11) muni d'un rotor (110); - un mécanisme d'impact comprenant : - un élément d'inertie apte à être entrainé en rotation par ledit rotor (110) pour emmagasiner de l'énergie cinétique au cours de phases successives d'accélération; - un arbre de sortie (13) apte à entrainer en rotation un élément à visser. Selon l'invention, ledit dispositif comprend des moyens de transmission progressive audit arbre de sortie (13) au cours de phases successives d'impact de ladite énergie cinétique emmagasinée par ledit élément d'inertie.

Description

DESCRIPTION
Titre : Dispositif de vissage à impact à transmission progressive d'énergie cinétique
1. Domaine de l’invention
Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication des dispositifs de vissage à impact.
L’invention concerne plus particulièrement l’amortissement des impacts et l’atténuation du brut généré par de tels dispositifs.
2. Art antérieur
Les dispositifs de vissage à impact, également appelés clés à choc, sont couramment utilisés dans divers secteurs pour procéder au vissage et/ou au dévissage d’assemblages.
Les outils de vissage à impacts diffèrent des outils de vissage continus classiques dans le sens qu’ils comprennent un système conçu pour emmagasiner de l’énergie cinétique lors de la rotation du moteur, et à la restituer à l’arbre de sortie via un impact de couple.
Plus précisément, une clé à choc comprend classiquement un arbre de sortie et un moteur muni d’un rotor capable d’entrainer en rotation, de manière continue ou intermittente, un mécanisme de frappe apte à accumuler de l’énergie cinétique pendant des phases d’accélération puis à le restituer à l’arbre de sortie, au cours de phases successives d’impact, pour transmettre un couple à l’arbre de sortie. L’arbre de sortie, qui entraine un élément d’entrainement apte à coopérer avec un élément à visser, transmet ainsi à chaque impact un couple à un élément à visser pour assurer son serrage.
Il existe de nombreux systèmes d’impact utilisés dans les outils de vissage à impact.
On peut citer par exemple les systèmes classiques de clés à chocs comme les systèmes de type « pin clutch », « twin hammer », « rocking dog », etc. . .
Ceux-ci ont l’avantage d’être de réalisation relativement simple mais sont très bruyants et entrainent des vibrations importantes.
Les moyens existants pour limiter le bruit et les vibrations dans ces systèmes sont de placer un élément amortissant dans la sortie de l’outil pour limiter la transmission solidienne du bruit et des vibrations vers la pièce à visser, c’est à dire leur transmission de proche en proche d’un composant à l’autre des composants en contact. Un autre type de système d’impact est le « spring loaded cam ». Il fonctionne grace à un ressort qui se comprime après l’impact pour désengager les surfaces en contact par l’action de billes sur un chemin de came. Ces systèmes sont également très bruyants et entraînent des vibrations importantes. En outre, les systèmes de de type ont une conception relativement complexe et un nombre de pièces élevés. Leur durée de vie est donc limitée.
Il existe également des systèmes dits « hydropulse ». Ces systèmes utilisent un module comprenant un fluide hydraulique. Les impacts de couple sont transmis via la compression du fluide hydraulique. Ces systèmes sont très silencieux et présentent peu de vibrations. Néanmoins, ils sont complexes à mettre en œuvre, ils nécessitent une maintenance fréquente et ils ont tendance à chauffer ce qui entraine une productivité réduite.
Un autre système d’impact existant est le système dit à crabot. Il s’agit simplement d’un élément de frappe pouvant tourner par rapport à l’arbre de sortie pour emmagasiner de l’énergie jusqu’à ce que des surfaces complémentaires entre l’élément de frappe et l’arbre de sortie entrent en contact pour générer l’impact de couple. Il ne comprend pas d’élément de désengagement des surfaces de frappe, c’est le rebond suite à l’impact, associé avec un pilotage moteur adapté, qui permet de récupérer la course nécessaire à l’emmagasinement de l’énergie cinétique. Le pilotage adapté du moteur consiste à arrêter l’alimentation du moteur à l’approche de l’impact afin de permettre le rebond du système suite à l’impact, puis de relancer l’alimentation à la fin du rebond pour réaccélérer le moteur. Du fait de l’arrêt du moteur, ces systèmes ne chauffent pas beaucoup et ont donc une bonne productivité.
Les clés à chocs permettent donc de réaliser de manière efficace des serrages à des niveaux de couple élevé tout en n’induisant dans la main de l’opérateur maintenant la clé à choc qu’une réaction de faible ampleur.
Toutefois, les clés à choc présentent l’inconvénient de générer l’émission de bruits qui peuvent dans certains cas induire des nuisances sonores.
Les clés à choc peuvent en conséquence encore être améliorées.
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 de conception simple et ayant un nombre de pièces limité.
Notamment, l’invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle cle a choc ayant une grande duree de vie avec un minimum de maintenance.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle clé à choc offrant un bon niveau de productivité.
Encore un objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir une telle clé à choc offrant une atténuation du bruit et des vibrations à la source (c’est-à-dire au niveau des éléments générant l’impact) afin de limiter plus efficacement le bruit et les vibrations de l’outil.
4. Présentation de l’invention
Pour ceci, l’invention propose un dispositif de vissage à impact comprenant : un moteur muni d’un rotor ; un mécanisme d’impact comprenant : un élément d’inertie apte à être entrainé en rotation par ledit rotor pour emmagasiner de l’énergie cinétique au cours de phases successives d’accélération ; un arbre de sortie apte à entrainer en rotation un élément à visser.
Selon l’invention, ledit dispositif comprend des moyens de transmission progressive audit arbre de sortie au cours de phases successives d’impact de ladite énergie cinétique emmagasinée par ledit élément d’inertie.
Ainsi, selon cet aspect de l’invention, la mise en œuvre de ces moyens de transmissions progressives permet de transmettre de manière progressives l’énergie cinétique à l’arbre de sortie et ainsi de réduire les vibrations comme les bruits.
Avantageusement, dans ce cas, lesdits moyens de transmission progressive comprennent : un premier chemin de came solidaire dudit élément d’inertie ; un deuxième chemin de came solidaire dudit arbre de sortie ; au moins un élément roulant disposé entre ledit élément d’inertie et ledit arbre de sortie et apte à rouler le long desdits premier et deuxième chemins de came ; lesdits premier et deuxième chemins de came comprenant des portions en saillie, ledit élément d’inertie étant : lie en rotation avec ledit arbre de sortie lorsque ledit element roulant est en contact avec lesdites portions en saillie desdits premier et deuxième chemin de came, et librement mobile en rotation par rapport audit arbre de sortie lorsque ledit élément roulant n’est pas en contact avec lesdites portions en saillie desdits premier et deuxième chemin de came, lesdites portions en saille étant reliées auxdits chemins de came par des congés.
Selon une caractéristique possible, lesdits congés suivent une courbe de type : en arc de cercle, polynomiale, de préférence de degré 2 à 12, par exemple de degré 7 ou 9; clothoïde.
Selon une caractéristique possible, lesdites portions en saillie s’étirent suivant l’axe dudit rotor.
Selon une caractéristique possible, lesdites portions en saillie s’étirent perpendiculairement à l’axe dudit rotor.
Selon une caractéristique possible, lesdites portions en saillies desdits premier et deuxième chemin de came s’étendent dans des plans parallèles et distants.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens de transmission progressive comprennent des moyens de rappel élastique aptes à emmagasiner une partie de l’énergie cinétique transmise par ledit élément d’inertie audit arbre de sortie.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens de transmission progressive comprennent une bague sur laquelle sont conformés ledit deuxième chemin de came et lesdites portions en saillie correspondantes, ladite bague étant montée mobile en translation le long dudit arbre de sortie contre l’effet d’un ressort de compression tendant à rapprocher ladite bague dudit premier chemin de came.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend des moyens de réglage du niveau de compression dudit ressort de compression.
Selon une caractéristique possible, ledit premier chemin de came étant conformé sur une cage déformable élastiquement. Selon une caractéristique possible, ladite cage comprend une portion de solidarisation audit rotor et une portion en cloche comprenant ledit premier chemin de came, ladite portion de solidarisation et ladite portion en cloche étant reliées par une portion de raccordement, ladite portion de raccordement étant radialement déformable élastiquement.
Selon une caractéristique possible, ladite portion de raccordement présente une section suivant un plan longitudinal en forme de soufflet.
Selon une caractéristique possible, un dispositif selon l’invention comprend des moyens d’indexation de la position de l’au moins un élément roulant par rapport auxdites portions en saillie des premier et deuxième chemins de came, lesdits moyens d’indexation étant aptes à garantir que ledit élément roulant soit susceptible d’entrer en contact simultanément avec lesdites portions en saillie desdits premier et deuxième chemin de came à l’issue d’une rotation relative dudit élément d’inertie par rapport audit arbre de sortie.
Selon une caractéristique possible, lesdits moyens d’indexation comprennent au moins : une première roue dentée liée en rotation audit élément roulant ; une seconde roue dentée liée en rotation à audit élément d’inertie ; une troisième roue dentée liée en rotation audit arbre de sortie ; ladite première roue dentée engrenant avec ladite seconde et ladite troisième roue dentée.
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 :
[Fig 1] la figure 1 illustre une vue en coupe longitudinale d’un exemple de clé à choc selon l’invention ;
[Fig 2] la figure 2 illustre une vue de détail d’un premier mode de réalisation d’un mécanisme de frappe selon l’invention ;
[Fig 3] la figure 3 illustre une vue en perspective de la cage du mécanisme de la figure 2 ;
[Fig 4] la figure 4 illustre l’interaction entre une bague et une cage du mécanisme de la figure 2 ;
[Fig 5] la figure 5 illustre l’interaction entre une bague et une cage du mécanisme de la figure 2 ;
[Fig 6] la figure 6 illustre l’interaction entre une bague et une cage du mécanisme de la figure 2 ;
[Fig 7] la figure 7 illustre un exemple de profil de came d’une bague et d’une cage du mécanisme de la figure 2 ;
[Fig 8] la figure 8 illustre une vue en éclatée d’un deuxième mode de réalisation d’un mécanisme de frappe selon l’invention ;
[Fig 9] la figure 9 illustre une vue en coupe transversale du mécanisme de la figure 8 ;
[Fig 10] la figure 10 illustre une vue partielle en coupe transversale du mécanisme de la figure 8 montrant un décalage des portions en saillie de la cloche et de l’arbre ;
[Fig 11] la figure 11 illustre une vue en coupe transversale d’une cloche à raccordement élastique entre une portion de solidarisation au rotor et une portion à chemin de came ;
[Fig 12] la figure 12 illustre un profil de portion en saillie suivant une fonction polynomiale de degré 7 ;
[Fig 13] la figure 13 illustre un profil de portion en saillie suivant une fonction polynomiale de degré 9 ;
[Fig 14] la figure 14 illustre un profil de portion en saillie suivant une clothoïde ;
[Fig 15] la figure 15 illustre une variante de mécanisme de frappe à moyens d’indexation.
6. Description de modes de réalisation particuliers
6.1. Premier mode de réalisation : crabot axial
6.1.1. Architecture
On présente en relation avec les figures 1 à 7 un premier mode de réalisation d’une clé à choc selon l’invention.
Une telle clé à choc 1 comprend un carter 10 logeant un moteur électrique 11 , un mécanisme d’impact 12 et un organe, ou arbre, de sortie rotatif 13 prévu pour coopérer avec une douille de vissage/dévissage pour entrainer en rotation un élément à visser/dévisser. La clé à choc comprend une gâchette d’actionnement 14.
Le moteur 11 comprend un rotor 110 et un stator 11 1. Il s’agit d’un moteur électrique. Le moteur sera préférentiellement de type synchrone à aimants permanents. Il pourra alternativement s’agir de tout autre type de moteur électrique comme par exemple un moteur à courant continu, un moteur asynchrone, un moteur à réluctance variable, un moteur pas a pas... Il pourra etre mono ou multi-phase. Il pourrait éventuellement s’agir d’un moteur pneumatique.
Le rotor 1 10 est relié peut-être ou non directement à l’entrée du mécanisme d’impact 12. Dans l’affirmative, le rapport de transmission entre le rotor et l’entrée du mécanisme d’impact 12 est égal à 1 .
Le mécanisme d’impact 12 est du type à crabot.
Le mécanisme d’impact 12 comprend une cage 20. La cage 20 est ici reliée de manière directe au rotor 110. Elle est apte à emmagasiner de l’énergie cinétique lorsqu’elle est entrainée en rotation par le rotor. La cage 20 est monté mobile en rotation à l’extrémité de l’arbre d’entrainement 13 au moyen d’un palier à billes 23.
La cage 20 comprend une face frontale 21 orientée vers l’avant de la clé à choc, c’est-à-dire en direction de l’arbre de sortie 13. La face frontale 21 s’étend dans un plan perpendiculaire à l’axe du rotor et comprend un premier chemin de came 220 qui comprend des portions en saillie 22. Les portions en saillie 22 s’étendent en direction de l’avant de l’outil suivant l’axe du rotor. Elles comprennent chacune un plateau 221 essentiellement parallèle à la surface frontale 21 et deux congés 222 reliant le plateau à la surface frontale. Ces congés confèrent aux portions en saillie une forme progressive.
Le nombre de portion en saillie est ici égal à deux. Il pourrait toutefois être supérieur.
Les congés 222 suivent une courbe de type : en arc de cercle, en courbe polynomiale de degré 2 à 12, préférentiellement 7 ou 9 ; en clothoïde.
Le mécanisme de frappe comprend également une bague 24.
La bague 24 comprend une surface arrière 243 orientée en direction de la surface avant 21 de la cage 20. Cette surface arrière 243 comprend un deuxième chemin de came 244 qui comprend des portions en saillie 245. Les portions en saillie 245 s’étendent en direction de l’arrière de l’outil suivant l’axe du rotor. Elles comprennent chacune un plateau 246 essentiellement parallèle à la surface arrière 243 et deux congés 247 reliant le plateau 247 à la surface arrière. Le nombre de portion en saillie est ici égal a deux. Il pourrait toutefois etre supérieur.
Les congés 247 suivent une courbe de type : en arc de cercle (et. figure 12), en courbe polynomiale de degré 2 à 12, préférentiellement 7 ou 9 (cf. figure 13) ; en clothoïde (cf. figure 14).
Dans ce mode de réalisation, la bague 24 est liée à l’arbre de sortie 13 au moyen d’une liaison glissière si bien qu’elle est liée en rotation à l’arbre de sotie 13 suivant l’axe du rotor mais est mobile en translation par rapport à l’arbre de sortie 13 suivant son axe longitudinal. Dans une variante, la bague pourra être liée en rotation avec l’arbre de sortie sans toutefois être montée mobile en translation le long de celui- ci.
Pour cela, la bague 24 comprend une rainure interne 241 ménagée parallèlement à l’axe de l’arbre de sortie 13. Cette rainure interne 241 loge des billes 242 qui sont également logées dans des rainures externes 130 ménagée dans l’arbre de sortie 13 parallèlement à l’axe de l’arbre de sortie 13.
Le mécanisme de frappe comprend des moyens de rappel élastique qui agissent sur la bague 24 pour tendre à la déplacer en direction de la surface avant 21 de la cage 20. Ces moyens de rappel élastique sont aptes à emmagasiner une partie de l’énergie cinétique transmise par la cage à l’arbre de sortie Dans ce mode de réalisation, ces moyens de rappel élastique comprennent un ressort de compression 25 interposé entre la face avant 248 de la bague 24 et un écrou 26 vissé sur l’arbre de sortie 24. Cet écrou permet de régler le tarage du ressort 25. Cet écrou pourrait être remplacé pour une butée fixe auquel cas le tarage du ressort ne serait pas réglable.
Le mécanisme de frappe comprend des éléments roulants 27 disposés entre la bague 24 et la cloche 20 et prévus pour rouler sur les premier 220 et deuxième 244 chemins de came entre deux portions en saillie 22, 245. Ces éléments roulants peuvent par exemple être des billes, des rouleaux coniques ou autre. La mise en œuvre des chemins de came et des elements roulants induit que la cloche est : liée en rotation avec l’arbre de sortie lorsque les éléments roulants sont en contact avec les portions en saillie des premier et deuxième chemin de came, et librement mobile en rotation par rapport à l’arbre de sortie lorsque les éléments roulants ne sont pas en contact avec les portions en saillie des premier et deuxième chemin de came.
La forme progressive des portions en saillie permet d’assurer une progressivité dans le transfert à l’arbre de sortie de l’énergie cinétique de la cage.
6.1.2. Fonctionnement
Le fonctionnement du système est le suivant : le moteur est alimenté et entraine la cage 20 en rotation pour emmagasiner de l’énergie cinétique ; les éléments roulants 27 roulent sur les chemins de came de la cage et de la bague liée à l’arbre de sortie ; lorsque le moteur atteint une position angulaire dans laquelle les éléments roulants 27 sont à proximité des portions en saillie, l’alimentation du moteur est arrêtée ; lorsque les éléments roulants atteignent les portions en saillie (au niveau d’une certaine position angulaire du moteur), elles exercent progressivement, en remontant le long des congés 222, 247 des portions en saillie, une force axiale à l’encontre du ressort 25 qui se comprime et exerce une force axiale en réaction ; la cage commence à transmettre son énergie cinétique et celle du moteur à la bague, et donc à l’arbre de sortie du fait de la liaison glissière ; lorsque la force du ressort est supérieure à celle exercée par la bague, la cage ne peut plus tourner par rapport à la bague et transmet donc toute son énergie cinétique et celle du moteur à l’arbre de sortie ; le système comprenant la cage et le rotor rebondit alors dans le sens inverse de l’opération en cours, afin de retrouver une course d’accélération suffisante ; le moteur est alors realimente et emmagasine a nouveau avec la cage de l’énergie cinétique.
Les cycles s’enchainent ainsi jusqu’à ce que l’élément à visser soit convenablement serré.
Ainsi, à l’inverse des systèmes à crabot classiques dans lesquels les surfaces de frappe viennent se choquer brusquement les unes sur les autres, la présence des éléments roulants et la forme progressive des cames entraine un impact de couple progressif sur l’arbre de sortie. Ainsi, les vibrations et le bruit générés lors de l’impact sont nettement réduits.
La mise en œuvre des moyens de rappel agissant sur la bague mobile permet de réduire encore davantage le bruit comme les vibrations.
Les chemins de came à profil progressif (congé) associés aux éléments roulants, et le cas échéant aux moyens de rappel lorsque la bague est mobile, constituent des moyens de transmission progressive à l’arbre de sortie au cours de phases successives d’impact de l’énergie cinétique emmagasinée par l’élément d’inertie (cage et rotor). Ces moyens permettent de réduire le bruit comme les vibrations.
6.2. Deuxième mode de réalisation : crabot radial
On présente en relation avec les figures 8 et 9 un deuxième mode de réalisation.
Ce deuxième mode de réalisation se distingue du premier en ce que les portions 22 en saillie de la cloche 20 et 245 s’étirent perpendiculairement à l’axe du rotor et en ce que les portions en saillie 245 sont solidaires de l’arbre de sotie 13 et non plus de la bague 24 qui n’est pas mise en œuvre. Le deuxième chemin de came est ainsi ménagé à l’extérieur de l’arbre de sortie alors que le premier chemin de came est conformé à l’intérieur de la cloche.
Les éléments roulants 27 peuvent par exemple être des billes ou des rouleaux cylindriques.
Ce mode de réalisation permet de diminuer encore le nombre de pièces nécessaire, puisque les chemins de came sont directement réalisés sur la cage et l’arbre de sortie, sans pièce ou ressort intermédiaire. Le nombre de portions en saillie de la cage est supérieur a celui de l’arbre de sortie de manière telle que la distance de roulement des éléments roulants entre deux portions en saillie de la cage soit la même que celle entre deux portions en saillie de l’arbre.
Dans une variante comprenant des moyens de rappel élastique aptes à emmagasiner une partie de l’énergie cinétique transmise par la cage à l’arbre de sortie, la cage est exploitée pour constituer un moyen de rappel élastique.
Pour cela, la cage 20 comprend des zones de faibles épaisseurs portant les portions en saille 22 en ménageant des évidemment 23.
Dans une variante de réalisation, l’élasticité de la cage peut être réalisée par une portion de raccordement entre une portion de solidarisation 24 au rotor entrainée par le moteur et une portion en cloche 25 comprenant les portions en saillie partie comprenant le chemin de roulement, cette portion de raccordement étant radialement déformable élastiquement.
Cette portion de raccordement peut comprendre une ou plusieurs articulations peuvent être par exemple placées à des endroits tels que la déformation soit maximale au niveau des portions en saillie.
Ces articulations peuvent par exemple prendre la forme d’un soufflet en S 26 (cf. figure 11), apte à transmettre le couple tout en permettant une déformation élastique radiale de la portion 25 comprenant le chemin de came, notamment au niveau des portions en saillie. La portion de raccordement présente alors une section suivant un plan longitudinal en forme de soufflet.
6.3. Variantes
6.3.1. Portions en saillies décalées
En variante de réalisation, les portions en saillie de la cage et celles de l’arbre de sortie sont respectivement décalées axialement si bien qu’elles s’étendent dans des plans parallèles et distants comme cela est visible sur la figure 10.
Cela permet d’augmenter la hauteur de saillie tout en permettant à la cage et à l’arbre de sortie de se croiser lorsque les éléments roulants ne sont pas en contact avec les portions en saillies. 6.3.2. Moyens d’indexation
Selon une variante, un dispositif selon l’invention comprend des moyens d’indexation de la position des éléments roulants par rapport aux portions en saillie des premier et deuxième chemins de came.
Ces moyens d’indexation sont aptes à garantir que les éléments roulants soient susceptibles d’entrer en contact simultanément avec les portions en saillie des premier et deuxième chemin de came à l’issue d’une rotation relative de la cage d’inertie par rapport à l’arbre de sortie.
Cette variante peut être mise en œuvre dans tous les modes de réalisation et leurs variantes.
Ainsi que cela est représenté à la figure 15, ces moyens d’indexation peuvent par exemple comprendre au moins : une première roue dentée 30 (ici deux) liée en rotation à chaque élément roulant 27 ; une seconde roue dentée 31 (ici une couronne intérieure) liée en rotation à la cage 20 ; une troisième roue dentée 32 (ici deux) liée en rotation à l’arbre de sortie 13 ; la ou les premières roues dentées 30 engrenant avec la ou les secondes 31 et la ou les troisièmes roues dentées 32.
Cette variante peut être mise en œuvre dans tous les modes de réalisation et leurs variantes.
6.3.3. Éléments roulants
Chaque mode de réalisation pourra comprendre un seul élément roulant mais la mise en œuvre de plusieurs éléments roulants est préférée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de vissage à impact comprenant : un moteur muni d’un rotor ; un mécanisme d’impact comprenant : un élément d’inertie apte à être entrainé en rotation par ledit rotor pour emmagasiner de l’énergie cinétique au cours de phases successives d’accélération ; un arbre de sortie apte à entrainer en rotation un élément à visser ; caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens de transmission progressive audit arbre de sortie au cours de phases successives d’impact de ladite énergie cinétique emmagasinée par ledit élément d’inertie.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel lesdits moyens de transmission progressive comprennent : un premier chemin de came solidaire dudit élément d’inertie ; un deuxième chemin de came solidaire dudit arbre de sortie ; au moins un élément roulant disposé entre ledit élément d’inertie et ledit arbre de sortie et apte à rouler le long desdits premier et deuxième chemins de came ; lesdits premier et deuxième chemins de came comprenant des portions en saillie, ledit élément d’inertie étant : lié en rotation avec ledit arbre de sortie lorsque ledit élément roulant est en contact avec lesdites portions en saillie desdits premier et deuxième chemin de came, et librement mobile en rotation par rapport audit arbre de sortie lorsque ledit élément roulant n’est pas en contact avec lesdites portions en saillie desdits premier et deuxième chemin de came, lesdites portions en saille étant reliées auxdits chemins de came par des congés.
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel le profil lesdits congés suivent une courbe de type : en arc de cercle, polynomiale ; clothoïde.
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3 dans lequel lesdites portions en saillie s’étirent suivant l’axe dudit rotor.
5. Dispositif selon la revendication 2 ou 3 dans lequel lesdites portions en saillie s’étirent perpendiculairement à l’axe dudit rotor.
6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel lesdites portions en saillies desdits premier et deuxième chemin de came s’étendent dans des plans parallèles et distants.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 5 dans lequel lesdits moyens de transmission progressive comprennent des moyens de rappel élastique aptes à emmagasiner une partie de l’énergie cinétique transmise par ledit élément d’inertie audit arbre de sortie.
8. Dispositif selon les revendications 4 et 7 dans lequel lesdits moyens de transmission progressive comprennent une bague sur laquelle sont conformés ledit deuxième chemin de came et lesdites portions en saillie correspondantes, ladite bague étant montée mobile en translation le long dudit arbre de sortie contre l’effet d’un ressort de compression tendant à rapprocher ladite bague dudit premier chemin de came.
9. Dispositif selon la revendication 7 comprenant des moyens de réglage du niveau de compression dudit ressort de compression.
10. Dispositif selon les revendications 5 ou 6 et 7 dans lequel ledit premier chemin de came étant conformé sur une couronne déformable élastiquement.
11. Dispositif selon la revendication 10 dans lequel ladite couronne comprend une portion de solidarisation audit rotor et une portion en cloche comprenant ledit premier chemin de came, ladite portion de solidarisation et ladite portion en cloche étant reliées par une portion de raccordement, ladite portion de raccordement étant radialement déformable élastiquement.
12. Dispositif selon la revendication 11 dans lequel ladite portion de raccordement présente une section suivant un plan longitudinal en forme de soufflet.
13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 2 à 12 comprenant des moyens d’indexation de la position de l’au moins un élément roulant par rapport auxdites portions en saillie des premier et deuxième chemins de came, lesdits moyens d’indexation étant aptes à garantir que ledit élément roulant soit susceptible d’entrer en contact simultanément avec lesdites portions en saillie desdits premier et deuxième chemin de came à l’issue d’une rotation relative dudit élément d’inertie par rapport audit arbre de sortie.
14. Dispositif selon la revendication 13 dans lequel lesdits moyens d’indexation comprennent au moins : - une première roue dentée liée en rotation audit élément roulant ; une seconde roue dentée liée en rotation à audit élément d’inertie ; une troisième roue dentée liée en rotation audit arbre de sortie ; ladite première roue dentée engrenant avec ladite seconde et ladite troisième roue dentée.
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