ES2874088T3 - Aparato de impulsor de elemento de fijación - Google Patents

Abstract

Un aparato impulsor de elemento de fijación (100), comprendiendo el aparato una fuente de energía (10), un circuito de control (20), un motor (30), un resorte de gas (40), comprendiendo dicho resorte de gas una cámara (44) y un pistón (42) dispuesto dentro de dicha cámara, un mecanismo de impulsión (50) capaz de acoplarse y desacoplarse selectivamente de dicho resorte de gas, dicho resorte de gas capaz de moverse hacia una posición energizada, al ser acoplado por dicho mecanismo de impulsión, y un conjunto de yunque (60), comprendiendo dicho conjunto de yunque un yunque (62), caracterizado porque donde dicho mecanismo de impulsión (50) se acopla selectivamente a dicho resorte de gas para aplicar una fuerza sobre dicho resorte de gas para mover dicho pistón de dicho resorte de gas y posteriormente se desacopla de y deja de aplicar una fuerza sobre dicho resorte de gas, donde cuando dicho mecanismo de impulsión se acopla a dicho resorte de gas, se almacena energía potencial mediante dicho movimiento, y después de que dicho mecanismo de impulsión se desacopla de dicho resorte de gas, dicho resorte de gas (40) libera su energía potencial y acelera al menos uno de dicho yunque y dicho conjunto de yunque, separándose a continuación al menos uno de dicho yunque acelerado (62) y dicho conjunto de yunque acelerado de dicho resorte de gas durante una parte de la carrera para impulsar un elemento de fijación.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de impulsor de elemento de fijación

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS

La presente descripción es una continuación en parte de la solicitud de patente no provisional de los Estados Unidos en tramitación, número de serie 14/877.742, depositada el 7 de octubre de 2015 y también reivindica la prioridad según el Código 35 de los Estados Unidos, Sección 119 sobre las Solicitudes de Patentes Provisionales de los Estados Unidos numeradas 62/060.690 depositada el 7 de octubre de 2014, y 62/195.850 depositada el 23 de julio de 2015.

CAMPO DE LA DESCRIPCIÓN

La presente descripción se refiere a aparatos impulsores de elemento de fijación y, más particularmente, a tales mecanismos impulsores de elementos de fijación o grapas que requieren el funcionamiento como una herramienta manual.

ANTECEDENTES

Los aparatos electromecánicos impulsores de elementos de fijación (también denominados en esta solicitud como "impulsor", "pistola" o "dispositivo") conocidos en la técnica a menudo pesan generalmente menos de 15 libras y pueden configurarse para un funcionamiento completamente portátil. Los contratistas y propietarios de viviendas suelen utilizar dispositivos y medios asistidos por energía para impulsar elementos de fijación hacia la madera. Estos medios asistidos por energía para impulsar elementos de fijación pueden ser en forma de sistemas de elementos de fijación de acabado utilizados en zócalos o molduras de techo en proyectos domésticos y del hogar, o en forma de sistemas de elementos de fijación comunes que se usan para hacer paredes o colgar revestimientos sobre las mismas. Estos sistemas pueden ser portátiles (es decir, no conectados o atados a un compresor de aire o una toma de corriente de pared) o no portátiles.

El aparato impulsor de elemento de fijación más común utiliza una fuente de aire comprimido para accionar un conjunto de guía para empujar un elemento de fijación hacia un sustrato. Para aplicaciones en las que no se requiere portabilidad, este es un sistema muy funcional y permite el suministro rápido de elementos de fijación para un montaje rápido. Sin embargo, una desventaja es que requiere que el usuario adquiera un compresor de aire y las líneas de aire asociadas para utilizar este sistema. Una desventaja adicional es la inconveniencia de que el dispositivo esté atado (a través de una manguera de aire) a un compresor de aire.

Para resolver este problema, varios tipos de impulsores portátiles de elementos de fijación funcionan con pilas de combustible. Típicamente, estas pistolas tienen un conjunto de guía en el que se introduce un combustible junto con el oxígeno del aire. La mezcla subsiguiente se enciende con la expansión resultante de los gases que empujan el conjunto de guía y, por lo tanto, impulsan el elemento de fijación hacia las piezas de trabajo. Este diseño es complicado y mucho más caro que una pistola de elementos de fijación neumática estándar. Se requieren tanto electricidad como combustible ya que la fuente de chispas obtiene su energía típicamente de las baterías. La formación de una cámara de una mezcla explosiva de combustible, el uso de cartuchos de combustible consumibles, el estallido fuerte y la liberación de productos de combustión son todos desventajas de esta solución. Sistemas como estos ya existen y se venden comercialmente a contratistas bajo el nombre Paslode™.

Otra solución disponible comercialmente es una pistola de elementos de fijación que utiliza energía eléctrica para impulsar una grapadora o una clavija de alambre. Tales conjuntos utilizan típicamente un solenoide para impulsar el elemento de fijación (como los disponibles comercialmente bajo el nombre Arrow™ o los que utilizan un sistema de resorte de trinquete como la grapadora eléctrica Ryobi™). Estos conjuntos están limitados a elementos de fijación cortos (típicamente de 1" o menos), están sujetos a altas fuerzas de reacción sobre el usuario y están limitadas en su tasa de repetición. La alta fuerza de reacción es una consecuencia del tiempo comparativamente largo que lleva impulsar el elemento de fijación hacia el sustrato. Además, debido al uso de resortes mecánicos o solenoides, la capacidad de impulsar elementos de fijación más largos o elementos de fijación más grandes está severamente restringida, relegando así estos dispositivos a una gama limitada de aplicaciones. Una desventaja adicional de los conjuntos impulsados por solenoide es que a menudo deben enchufarse a la pared para tener suficiente voltaje para crear la fuerza necesaria para impulsar incluso elementos de fijación cortos.

Una solución final disponible comercialmente es usar un mecanismo de volante y embragar el volante a un yunque que impulsa el elemento de fijación. Se pueden encontrar ejemplos de tales herramientas bajo el nombre Dewalt™. Esta herramienta es capaz de impulsar los elementos de fijación muy rápidamente y en los tamaños más largos. El principal inconveniente de tal herramienta es el gran peso y tamaño en comparación con el homólogo neumático. Además, el mecanismo de impulsión es muy complicado, lo que genera un alto coste de venta al por menor en comparación con la pistola de elementos de fijación neumática.

Basándose claramente en los esfuerzos anteriores, existe la necesidad de proporcionar una solución portátil para impulsar elementos de fijación que no esté obstaculizada por pilas de combustible o mangueras de aire. Además, la solución debería proporcionar una sensación de baja reacción, poder impulsar elementos de fijación de tamaño completo y ser simple, rentable y robusta en su funcionamiento.

La técnica anterior enseña varias formas adicionales de impulsar un elemento de fijación o grapa. La primera técnica se basa en un diseño de impacto múltiple. En este diseño, un motor u otra fuente de energía se conecta a un yunque de impacto a través de un acoplamiento de desplazamiento en vacío u otro dispositivo. Esto permite que la fuente de energía realice múltiples impactos en el elemento de fijación para impulsarlo hacia la pieza de trabajo. Las desventajas de este diseño incluyen una mayor fatiga del operador, ya que la técnica de accionamiento es una serie de golpes en lugar de un solo movimiento de impulsión. Una desventaja adicional es que esta técnica requiere el uso de un mecanismo de absorción de energía una vez que el elemento de fijación está colocado. Esto es necesario para impedir que el yunque cause un daño excesivo al sustrato al colocar el elemento de fijación. Además, los diseños de impacto múltiple no son muy eficientes debido a la inversión de movimiento constante y la velocidad de producción limitada del operador.

Un segundo diseño que se enseña en las patentes de Estados Unidos n° 3.589.588, 5.503.319 y 3.172.121 incluye el uso de mecanismos de almacenamiento de energía potencial (en forma de resorte mecánico). En estos diseños, el resorte se arma (o se activa) a través de un motor eléctrico. Una vez que el resorte está lo suficientemente comprimido, la energía se libera del resorte al yunque (o pieza impulsora de elementos de fijación), empujando así el elemento de fijación hacia el sustrato. Existen varios inconvenientes en este diseño. Estos incluyen la necesidad de un sistema complejo de compresión y control del resorte, y para almacenar suficiente energía, el resorte debe ser muy pesado y voluminoso. Además, el resorte sufre fatiga, lo que le da a la herramienta una vida muy corta. Finalmente, los resortes de metal deben mover una cantidad significativa de masa para descomprimirse, y el resultado es que estos impulsores de elementos de fijación de baja velocidad dan como resultado una alta fuerza de reacción sobre el usuario.

Para mejorar este diseño, se ha utilizado un resorte neumático para reemplazar el resorte mecánico.La patente de EE.UU. n° 4.215.808 enseña cómo comprimir aire dentro de un conjunto de guía y a continuación liberar el aire comprimido mediante el uso de una impulsión por engranajes. Esta patente supera algunos de los problemas asociados con los elementos de fijación impulsados por resorte mecánico descritos anteriormente, pero está sujeta a otras limitaciones. Un problema particularmente problemático con este diseño es el peligro de seguridad en caso de que el yunque se atasque en la carrera descendente. Si el elemento de fijación se atasca o se dobla dentro del alimentador y el operador intenta despejar el atasco, está sujeto a toda la fuerza del yunque, ya que el yunque está predispuesto a la posición baja en todos estos tipos de dispositivos. Una desventaja adicional presentada es que el elemento de fijación debe ser alimentado una vez que el yunque despeja el elemento de fijación en la carrera hacia atrás. La cantidad de tiempo para alimentar el elemento de fijación es limitada y puede dar como resultado atascos y mal funcionamiento, especialmente con elementos de fijación más largos. Una desventaja adicional del resorte neumático resulta de la necesidad de tener el mecanismo de trinquete como parte de la impulsión del yunque. Este mecanismo añade peso y causa problemas importantes en el control de la impulsión del elemento de fijación, ya que el peso debe detenerse al final de la carrera. Esta masa adicional ralentiza la carrera de impulsión del elemento de fijación y aumenta la fuerza de reacción sobre el operador. Además, debido a que el conjunto de resorte neumático y pistón contiene una energía cinética significativa, el conjunto adolece de poca eficiencia. Este diseño está sujeto además a un complicado sistema de impulsión para acoplar y desacoplar el resorte neumático y el trinquete del tren de transmisión, lo que aumenta el costo de producción y reduce la fiabilidad del sistema.

La patente de EE.UU. n° 5.720.423 enseña de nuevo un resorte neumático que se comprime y a continuación se libera para impulsar el elemento de fijación. El mecanismo de impulsión o compresión utilizado en este dispositivo tiene una carrera limitada y, por lo tanto, está limitado en la cantidad de energía que se puede almacenar en la corriente de aire. Con el fin de proporcionar suficiente energía en la corriente de aire para lograr un buen rendimiento, esta patente enseña el uso de un suministro de gas que precarga el conjunto de guía a una presión superior a la presión atmosférica. Además, el mecanismo de compresión es voluminoso y complicado. Además, la sincronización del motor se complica por la pequeña cantidad de tiempo entre la liberación del conjunto de pistón y yunque del mecanismo de impulsión y su posterior reacoplamiento. Además, la patente de EE.UU. n° 5.720.423 enseña que el yunque comienza en la posición retraída, lo que complica aún más y aumenta el tamaño del mecanismo de impulsión. Además, debido al procedimiento de activación, estos tipos de mecanismos, como se describe en las patentes de EE. UU. n° 5.720.423 y 4.215.808 deben comprimir el aire a su máxima energía y a continuación liberar la punta del engranaje mientras está a plena carga. Este procedimiento de compresión y liberación provoca un desgaste severo del mecanismo. Como se discutirá a continuación, la presente descripción supera estas y otras limitaciones en el uso de resortes neumáticos de la técnica anterior.

Un tercer medio para impulsar un elemento de fijación que se enseña incluye el uso de volantes como medios de almacenamiento de energía. Los volantes se utilizan para un yunque de martilleo que impacta en el elemento de fijación. Este diseño se describe en detalle en las patentes de Estados Unidos n° 4.042.036, 5.511.715 y 5.320.270. Un gran inconveniente de este diseño es el problema de acoplar el volante al yunque impulsor. Esta técnica anterior enseña el uso de un mecanismo de embrague por fricción que es complicado, pesado y está sujeto a desgaste. Otro factor que limita esta estrategia es la dificultad de controlar la energía en el sistema de fijación. El mecanismo requiere suficiente energía para impulsar el elemento de fijación, pero conserva una energía significativa en el volante una vez que se completa la impulsión. Esto aumenta aún más la complejidad del diseño y el tamaño de tales dispositivos de la técnica anterior.

Un cuarto medio para impulsar un elemento de fijación se enseña en la patente de Estados Unidos n° 8.079.504 del presente inventor, que utiliza un sistema de compresión bajo demanda con un retén magnético. Este sistema supera muchas de las ventajas de los sistemas anteriores, pero todavía tiene su propio conjunto de desventajas que incluyen la necesidad de retener una presión muy alta durante un corto período de tiempo. Esta presión y la fuerza subsiguiente requieren el uso de componentes de alta resistencia y baterías y motores más costosos.

Un quinto medio se enseña en la solicitud de patente de EE.UU. en trámite, número de serie 13/922.465, que utiliza un vacío para impulsar un conjunto de impulsión de elementos de fijación. Esto claramente tiene sus propias ventajas sobre los sistemas anteriores, pero tiene su propio conjunto de desventajas, incluida la necesidad de mantener un sello contra la presión del aire. Este requisito de sellado requiere el uso de cilindros y pistones más precisos, contribuyendo así al coste de fabricación.

Otros aparatos impulsores de elementos de fijación USPAP 2012/286014, 2006/180631 y 2008/190988 (con el que el presente inventor también fue nombrado inventor), la patente de EE.UU. 4.215.808, USPAP 2014/069.671, USPAP 2015/174.748 USPAP 2012/292064 y USPAP 2007/045377. Sin embargo, estos antecedentes describen un yunque que permanece unido o forma parte de un pistón en todo momento durante la carrera de impulsión. Esto da como resultado aparatos que tienen presión de aire sobre el pistón y el yunque que actúa durante toda la impulsión y al final de la carrera puede dar como resultado un retroceso significativo para el operador.

Todos los dispositivos disponibles actualmente adolecen de una o más de las siguientes desventajas:

• Diseños complejos, costosos y poco fiables. Los mecanismos que funcionan con combustible, como el Paslode™, logran la portabilidad, pero requieren combustibles consumibles y son costosos. Los diseños de volante giratorio como el Dewalt™ tienen mecanismos complicados de acoplamiento o embrague basados en medios de fricción. Esto se suma a su coste.

• Ergonomía deficiente. Los mecanismos que funcionan con combustible tienen fuertes estallidos de combustión y humos de combustión. Los dispositivos de impacto múltiple son fatigosos y ruidosos.

• No portabilidad. Las pistolas de elementos de fijación tradicionales están atadas a un compresor fijo y, por lo tanto, deben mantener una línea de suministro separada.

• Alta fuerza de reacción y corta vida. Los mecanismos impulsados por resorte mecánico tienen altas fuerzas de reacción de la herramienta debido a sus tiempos prolongados de impulsión del elemento de fijación. Además, los resortes no están calculados para este tipo de ciclos de trabajo, lo que conduce a fallo prematuro. Además, los consumidores están descontentos con su incapacidad para colocar elementos de fijación más largos o trabajar con especies de madera más densas.

• Problemas de seguridad. Los diseños de "resorte neumático" e impulsados por resorte pesado de la técnica anterior adolecen de problemas de seguridad para elementos de fijación más largos, ya que la predisposición del yunque es hacia el sustrato. Durante la eliminación de atascos, esto puede hacer que el yunque golpee la mano del operador.

• Los mecanismos de retorno en la mayoría de estos dispositivos implican tomar parte de la energía de impulsión. O hay un retorno elástico o por resorte del conjunto de yunque impulsor o se forma un resorte de presión de aire o vacío durante el movimiento del yunque. Todos estos mecanismos quitan energía de la carrera de impulsión y disminuyen la eficiencia.

A la luz de estas diversas desventajas, existe la necesidad de un aparato impulsor de elemento de fijación que supere estas diversas desventajas de la técnica anterior, al tiempo que conserva los beneficios de la técnica anterior.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con la presente invención, se describe un aparato impulsor de elemento de fijación que obtiene su energía de una fuente eléctrica, preferentemente baterías recargables, y utiliza un motor para accionar un resorte (tal como un resorte de gas, por ejemplo). Después de un movimiento suficiente de un pistón en el resorte de gas, el pistón del resorte de gas comienza a moverse, acelerando un yunque y/o conjunto de yunque. El conjunto de yunque tiene preferentemente una masa que es mayor que el peso del pistón, el contacto del pistón con el yunque hace que el yunque se mueva. En una realización, el pistón se apoya en un parachoques pero el conjunto de yunque continúa moviéndose hacia y en contacto con un elemento de fijación de manera que el yunque impulsa el elemento de fijación. El diferencial de masa efectivo entre el pistón y el yunque facilita que se transfiera suficiente energía al yunque para impulsar un elemento de fijación. Se incorpora un resorte de retorno u otro mecanismo de retorno para hacer retornar el yunque, después de que el yunque impulsa el elemento de fijación, a una posición donde el pistón puede contactar de nuevo operativamente con el yunque y/o el conjunto de yunque para otra impulsión mediante el yunque.

Mediante el uso de un resorte de gas y con un diferencial de carrera entre el pistón y el yunque, el presente conjunto impulsor de elemento de fijación es capaz de generar energía suficiente para impulsar un elemento de fijación con solo un pequeño aumento de presión en la cámara u otro entorno en el que está dispuesto el pistón. Esto incrementó inesperadamente la eficiencia del conjunto ya que el calor de compresión de un gas es una fuente significativa de ineficiencia energética. (Este aspecto también redujo el tamaño del aparato ya que la carrera del pistón es significativamente menor que la carrera del yunque y el conjunto de yunque). Durante el procedimiento inventivo, también se descubrió que el diferencial de masa afecta en gran medida a la eficiencia del dispositivo. Idealmente, la masa en movimiento dentro del resorte de gas (principalmente el pistón) es menor que la masa en movimiento (o finalmente lanzada) del yunque y el conjunto de yunque. Otro resultado inesperado fue la alta eficiencia del aparato en comparación con la patente de impulsor de elemento de fijación accionado por vacío del inventor (patente de Estados Unidos 8.079.504) ya que la pérdida por fricción del sello es una fuente importante de reducción de la eficiencia. Al limitar la carrera del resorte de gas en relación con la carrera del yunque y el conjunto de yunque, la longitud sobre la que se produce la pérdida por fricción del sello se redujo significativamente. Este fue un beneficio importante e inesperado de la presente descripción, que aumentó drásticamente la eficiencia con respecto a la técnica anterior. Por ejemplo, los resultados de las pruebas muestran eficiencias de conversión (energía potencial a energía cinética en el yunque de impulsión) de más del 80 %, que es mucho mejor que el 65 % obtenido por el aparato de la patente '504.

El ciclo impulsor de elemento de fijación del aparato descrito en esta solicitud puede comenzar con una señal eléctrica, después de lo cual un circuito conecta un motor a la fuente de energía eléctrica. El motor está acoplado al resorte de gas a través de un mecanismo de impulsión. En un ciclo operativo del mecanismo de impulsión, el mecanismo alternativamente (1) acciona el pistón del resorte de gas y (2) se desacopla del pistón. Por ejemplo, durante una parte de su ciclo, el mecanismo de impulsión puede mover el pistón para aumentar la energía potencial almacenada dentro del resorte de gas. En la siguiente etapa del ciclo, el mecanismo se desacopla del pistón para permitir que la energía potencial acumulada dentro del resorte de gas actúe sobre el pistón y lo accione. A continuación, el pistón se mueve y hace que el conjunto de yunque se mueva e impulse un elemento de fijación. Un resorte u otro mecanismo de retorno está acoplado operativamente al yunque y el conjunto de yunque para devolver el yunque a una posición inicial. En una realización, al menos un parachoques está dispuesto dentro del resorte de gas o fuera del resorte de gas para reducir el desgaste del pistón. En una realización, se utiliza otro parachoques para reducir el desgaste en el conjunto de yunque que, de otro modo, podría producirse en el funcionamiento del aparato impulsor de elemento de fijación.

En una realización, la masa del yunque y el conjunto de yunque es al menos igual a la masa en movimiento del resorte de gas, y más preferentemente, al menos 1,2 veces la masa en movimiento del resorte de gas.

En una realización, la carrera o movimiento del pistón es menos de la mitad del movimiento total del yunque y el conjunto de yunque. Se prefiere además que el movimiento del pistón dé como resultado una disminución de volumen dentro del resorte de gas de menos del 20 % del volumen inicial (lo que reduce así las pérdidas por calor de compresión).

En una realización, se proporcionan un sensor y un circuito de control para determinar al menos una posición del yunque, el conjunto de yunque, y/o el mecanismo de impulsión para permitir el tiempo adecuado para detener el ciclo operativo del aparato. Además, esta información se puede utilizar para detectar una condición de atasco para una recuperación adecuada.

En una realización, el pistón lanza el yunque y/o el conjunto de yunque antes o dentro de menos del 20 % de la carrera total del elemento de fijación. Esto da como resultado un perfil de seguridad mejorado en caso de atasco, ya que el yunque y el conjunto de yunque habrán disipado su energía cinética, permitiendo así al usuario arreglar el atasco sin que quede energía potencial en el yunque y el conjunto de yunque.

Por consiguiente, y además de los objetivos y ventajas de la pistola de elementos de fijación eléctrica portátil como se describe anteriormente, varios objetivos y ventajas de la presente invención son:

• Proporcionar un diseño simple para impulsar elementos de fijación que tenga un coste de producción significativamente menor que las pistolas de clavos disponibles actualmente y que sea portátil y no requiera un compresor de aire.

• Proporcionar un dispositivo impulsor de elemento de fijación que imite el rendimiento de fijación neumática sin un compresor de aire conectado.

• Proporcionar un dispositivo de sujeción de alta potencia de impulsión eléctrica que tenga muy poco desgaste. • Proporcionar un dispositivo impulsor de elemento de fijación impulsado por motor eléctrico en el que no se almacene energía detrás del yunque impulsor de elemento de fijación, mejorando así en gran medida la seguridad de la herramienta.

• Proporcionar un mecanismo para impulsar clavos más eficiente desde el punto de vista energético que el que se puede conseguir actualmente con un diseño de aire comprimido.

Estos, junto con otros aspectos de la presente descripción, junto con las diversas características de novedad que caracterizan la presente descripción, se señalan con particularidad en las reivindicaciones adjuntas a la misma y forman parte de la presente descripción. Para una mejor comprensión de la presente descripción, sus ventajas operativas y los objetivos específicos alcanzados por sus usos, debería hacerse referencia a los dibujos adjuntos y la descripción detallada en los que se ilustran y describen realizaciones ejemplares de la presente descripción. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Las ventajas y características de la presente invención se comprenderán mejor con referencia a la siguiente descripción detallada y las reivindicaciones tomadas junto con los dibujos adjuntos, donde los elementos similares se identifican con símbolos similares y en los que:

La Figura 1 muestra una vista en corte de un aparato impulsor de elemento de fijación, de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción;

la Figura 2 muestra una vista en corte de un aparato impulsor de elemento de fijación, de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción donde el resorte de gas está siendo comprimido;

La Figura 3 muestra una vista en corte de un aparato impulsor de elemento de fijación, de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción donde el resorte de gas está liberando el yunque de impulsión; la Figura 4 muestra una vista en corte de un aparato impulsor de elemento de fijación, de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción donde el conjunto de yunque se ha separado del resorte de gas y está impulsando el elemento de fijación;

la Figura 5 muestra una vista en corte de un aparato impulsor de elemento de fijación, de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción donde el resorte de gas ha vuelto a una posición inicial, y.

la Figura 6 muestra una brida de pistón de un aparato impulsor de elemento de fijación, de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción.

Los números de referencia similares se refieren a partes similares a lo largo de la descripción de varias vistas de los dibujos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA DESCRIPCIÓN

El mejor modo de llevar a cabo la presente descripción se presenta en términos de su realización preferida de la invención, representada en esta solicitud en las figuras adjuntas. Las realizaciones preferidas de la invención descritas en esta invención en detalle con fines ilustrativos están sujetas a muchas variaciones. Se entiende además que las referencias tales como frontal, posterior o punto muerto superior, punto muerto inferior no se refieren a posiciones exactas sino a posiciones aproximadas como se entienden en el contexto de la geometría en las figuras adjuntas.

Los términos "un" y "una" en esta invención no denotan una limitación de cantidad, sino que denotan la presencia de al menos uno de los elementos referenciados.

Con referencia ahora a las Figuras 1-6, la presente descripción proporciona un aparato impulsor de elemento de fijación 100. En una realización, el aparato 100 comprende una fuente de energía 10, un circuito de control 20, un motor 30, un resorte de gas 40, un mecanismo de impulsión 50, un conjunto de yunque 60 y un yunque 62. El aparato 100 puede comprender además un mecanismo de retorno de yunque 64 y al menos un parachoques 70. El resorte de gas 40 incluye un pistón 42, pistón 42 que está dispuesto al menos parcialmente dentro de una cámara sellada 44, y pistón 42 que es accionado selectivamente por el mecanismo de impulsión 50. Un parachoques 72 está dispuesto preferentemente dentro del resorte de gas 40 para absorber una parte de la fuerza de impacto del pistón 42. El resorte de gas 40 comprende además una parte de punta 46 (parte de punta que puede ser parte de o estar acoplada al pistón) y parte de punta 46 que se extiende fuera de la cámara y hace contacto operativo con el yunque 62 y/o el conjunto de yunque 60 durante una parte del ciclo operativo del aparato 100. El pistón 42 también comprende una brida 48 que está en o cerca del extremo del pistón que es distal al yunque y el conjunto de yunque, brida 48 que retiene el pistón 42 dentro del resorte de gas 40. La brida se extiende lejos y más allá de la circunferencia del pistón y también puede impactar en el parachoques 72 para absorber la energía del resorte de gas durante una parte de la carrera. Con referencia a la Figura 6, se muestra una configuración ejemplar de la brida, donde partes de dicha brida son inmediatamente adyacentes a la superficie interior del resorte de gas, y otras partes de dicha brida están dispuestas lejos del interior del resorte de gas. La brida 48 comprende además una abertura o área abierta 49 para permitir que el aire o gas fluya desde una cara del pistón o brida del pistón a otra cara del pistón o brida del pistón. En una realización, el área de la abertura o área abierta es al menos el 5 % del área del área de la sección transversal del interior del pistón de gas.

El mecanismo de impulsión 50 puede comprender, en una realización, un engranaje de cremallera con intervalos de dientes y sin dientes. El mecanismo de impulsión 50 comprende preferentemente un mecanismo impulsado por leva 52 como se ilustra en las figuras. En otra realización, el mecanismo de impulsión 50 puede comprender una rueda de fricción interrumpida. Resultará evidente que el mecanismo de impulsión 50 está configurado para permitir la transición del acoplamiento con el resorte de gas 40 al desacoplamiento del resorte de gas 40. El mecanismo de impulsión 50 está acoplado operativamente al resorte de gas 40, y en una realización particular, al pistón 42 de manera que el mecanismo de impulsión 50 puede alternar en el accionamiento del pistón 42 (cuando los dientes de engranaje o la leva están acoplados, por ejemplo, y como se muestra en las Figuras 1 y 2) y en abstenerse de aplicar una fuerza de impulsión sobre el pistón (como se muestra en las Figuras 3 y 4). En otra realización, el mecanismo de impulsión 50 actúa preferentemente directamente sobre el conjunto de yunque 60, conjunto de yunque 60 que está acoplado al menos operativamente al pistón 42 y lo mueve para almacenar energía potencial (como se describe en otra parte en esta solicitud).

En una realización, y como se muestra en la Figura 2, el mecanismo de impulsión 50 se acopla al pistón 42 (y/o el conjunto de yunque 60) y lo acciona para almacenar energía potencial dentro del resorte de gas 40, accionamiento del pistón 42 que puede denominarse una "posición energizada" del pistón 42. En una realización, la presión inicial (antes de que el mecanismo de impulsión 50 accione el pistón 42) dentro del resorte de gas 40 es de al menos 275,79 kilopascales ("kPa") (es decir, 40 libras por pulgada cuadrada (absoluta)). En otra realización, la presión inicial dentro del resorte de gas 40 es de al menos 1378,95 kPa (200 libras por pulgada cuadrada ("psi")). La configuración y el diseño del resorte de gas 40 son tales que el aumento de presión durante el movimiento del pistón es menos del 30 % de la presión inicial y, en una realización, menos del 50 % de la presión inicial, lo que permite que el mecanismo de impulsión 50 funcione a un par más constante, mejorando así la eficiencia del motor. Como se muestra en la Figura 3, el mecanismo de impulsión 50 se desacopla posteriormente del pistón 42 (y/o el conjunto de yunque 60), permitiendo que la energía potencial actúe sobre el pistón 42 y haga que el pistón 42 se mueva y actúe sobre el yunque 62 y/o el conjunto de yunque 60 (como se describirá con más detalle a continuación). El mecanismo de impulsión 50 está temporizado y/o configurado para impedir el acoplamiento posterior con el resorte de gas 40 (y/o el conjunto de yunque 60) hasta después de que el yunque 62 y/o el conjunto de yunque 60 ha vuelto a una posición inicial aproximada. Como se muestra en la Figura 5, el mecanismo de impulsión 50 posteriormente puede volver a actuar sobre el pistón 42 (y/o el conjunto de yunque 60) para almacenar de nuevo energía potencial dentro del resorte de gas 40 y posteriormente puede dejar de actuar temporalmente de nuevo sobre el pistón 42 (y/o el conjunto de yunque 60) para permitir que la energía potencial actúe en cambio sobre el pistón 42. En una realización, la carrera del pistón 42 es menor que la carrera del conjunto de yunque 60.

El yunque 62 y/o el conjunto de yunque 60 está acoplado operativamente al resorte de gas 40, tal como al pistón 42 o parte de punta de tal manera que cuando el pistón 42 se libera bajo presión del mecanismo de impulsión 50, la fuerza del pistón 42 se imparte sobre el yunque 62, haciendo que el yunque 62 y/o el conjunto de yunque se mueva en una dirección y, como se muestra en la Figura 4, se libere (o se lance) lejos del pistón 42 e impulse un elemento de fijación, por ejemplo. Se descubrió en el transcurso del desarrollo de la descripción que la relación entre la masa arrojada y la masa en movimiento dentro del resorte de gas 40 (principalmente el pistón 42) era sumamente importante para la eficiencia del aparatoimpulsor de elemento de fijación 100. Se prefiere que la masa arrojada (que en este caso es el conjunto de yunque 60) sea superior al 50 % de la masa en movimiento total (masa del conjunto de yunque masa en movimiento del resorte de gas) y es aún más preferible que la masa del conjunto de yunque sea al menos el 60 % de la masa en movimiento total. Este descubrimiento permite que la presente descripción tenga mayor eficiencia en la transferencia de la energía potencial en energía impulsora sobre el elemento de fijación. En una realización, la masa del yunque 62 es al menos dos veces la masa del pistón 42. En una realización, el pistón 42 tiene una masa de 90 gramos y el yunque 62 tiene una masa de 250 gramos. En una realización, el pistón 42 está ahuecado para aligerar su masa y además puede construirse con materiales ligeros tales como aluminio anodizado duro, plásticos o similares. El yunque 62 puede acoplarse operativamente a una guía, eje u otra estructura que limite y guíe el intervalo de movimiento del yunque 62.

Con referencia además a la Figura 4, se proporciona un sensor 90 para determinar al menos una posición del yunque, el conjunto de yunque, y/o el mecanismo de impulsión para permitir el tiempo adecuado para detener el ciclo operativo del aparato. Además, esta información se puede utilizar para detectar una condición de atasco para una recuperación adecuada.

Al menos un parachoques 70 puede estar dispuesto en el aparato 100 para absorber una parte de la fuerza de impacto del pistón 42 dentro del resorte de gas 40 o del yunque 62 y/o el conjunto de yunque 60, para reducir el desgaste de los componentes del aparato 100. El al menos un parachoques 70 puede ser de un material elástico y puede estar dispuesto en el aparato 100 en cualquier posición en la que sea capaz de absorber una parte de la fuerza de impacto del pistón 42 o del yunque 62.

El yunque 62 comprende además un mecanismo de retorno 64 para permitir que el yunque 62 vuelva a una posición en la que el resorte de gas 40 pueda volver a entrar en contacto con él o actuar sobre él. En una realización, el mecanismo de retorno 64 es un resorte de retorno que está dispuesto sobre o en la guía o eje que restringe el yunque 62, resorte de retorno que estaría dispuesto más cerca del extremo o parte del yunque 62 que es distal al resorte de gas 40. Después de que el resorte de gas 50 hace que el yunque 62 se mueva, y después o en conexión con el yunque 62 que impacta e impulsa un elemento de fijación, el mecanismo de retorno 70 imparte una fuerza sobre el yunque 62 para hacer que el yunque 62 vuelva a una posición donde el resorte de gas 40 puede actuar operativamente de nuevo sobre el mismo. En la realización en la que el mecanismo de retorno 70 es un resorte de retorno, el resorte de retorno puede estar dispuesto con respecto al yunque 62 de tal manera que el movimiento del yunque 62 hacia un elemento de fijación que se va a impulsar también hace que el resorte se comprima, y después de que el yunque 62 ha alcanzado el final de su carrera de impulsión, el resorte de retorno comprimido se descomprime para accionar el yunque 62 a la posición anterior u original del yunque.

En otra realización, el aparato impulsor de elemento de fijación 100 descrito en esta solicitud comprende un resorte en lugar del resorte de gas y el pistón. En esta realización, el resorte puede comprender un resorte mecánico, un resorte de gas, un resorte de elastómero o un elastómero, por ejemplo. El aparato comprende además un mecanismo de impulsión, un conjunto de yunque, un yunque, un mecanismo de retorno de yunque y al menos un parachoques. Se manera similar a la realización descrita anteriormente, el mecanismo de impulsión puede comprender, en una realización, un engranaje de cremallera con intervalos de dientes y sin dientes. El mecanismo de impulsión comprende preferentemente un mecanismo impulsado por leva como se ilustra en las figuras. Resultará evidente que el mecanismo de impulsión está configurado para permitir la transición del acoplamiento con el resorte al desacoplamiento del resorte. El mecanismo de impulsión está acoplado operativamente al resorte de modo que el mecanismo de impulsión puede alternar accionando el resorte (cuando los dientes del engranaje o la leva están acoplados, por ejemplo) y absteniéndose de aplicar una fuerza de impulsión sobre el mismo de manera que otras fuerzas puedan actuar sobre el resorte y accionarlo. En otra realización, el mecanismo de impulsión actúa preferentemente directamente sobre el conjunto de yunque, conjunto de yunque que está acoplado al menos operativamente al resorte y mueve el resorte para almacenar energía potencial (como se describe en otra parte en esta solicitud).

En una realización, el mecanismo de impulsión se acopla al resorte (y/o el conjunto de yunque) y lo acciona para almacenar energía potencial dentro del resorte, accionamiento del resorte que puede denominarse una "posición energizada" del resorte. El mecanismo de impulsión se desacopla posteriormente del resorte (y/o el conjunto de yunque), permitiendo que la energía potencial actúe sobre el resorte y haga que el resorte se mueva y actúe sobre el yunque y/o el conjunto de yunque (como se describirá con más detalle a continuación). El mecanismo de impulsión está temporizado y/o configurado para impedir el acoplamiento posterior con el resorte de (y/o el conjunto de yunque) hasta después de que el yunque y/o el conjunto de yunque ha vuelto a una posición inicial aproximada. El mecanismo de impulsión posteriormente puede volver a actuar sobre el resorte (y/o el conjunto de yunque) para almacenar de nuevo energía potencial dentro del resorte y posteriormente puede dejar de actuar temporalmente de nuevo sobre el resorte (y/o el conjunto de yunque) para permitir que la energía potencial actúe en cambio sobre el resorte. En una realización, la carrera del resorte es menor que la carrera del conjunto de yunque.

De manera similar a la realización del resorte de gas descrita anteriormente, el yunque y/o el conjunto de yunque está acoplado operativamente al resorte, de modo que cuando el resorte se libera del mecanismo de impulsión, la fuerza del resorte se imparte sobre el yunque y/o el conjunto de yunque, haciendo que el yunque y/o el conjunto de yunque se mueva en una dirección y se libere (o se lance) lejos del resorte e impulse un elemento de fijación, por ejemplo. Se prefiere que la masa arrojada (que en este caso es el conjunto de yunque) sea superior al 50 % de la masa en movimiento total (masa del conjunto de yunque masa en movimiento del resorte) y es aún más preferible que la masa del conjunto de yunque sea al menos el 60 % de la masa en movimiento total. En una realización, la masa del yunque es al menos dos veces la masa del resorte. En una realización, el resorte tiene una masa de 90 gramos y el yunque tiene una masa de 250 gramos. El yunque puede acoplarse operativamente a una guía, eje u otra estructura que limite y guíe el intervalo de movimiento del yunque.

Al menos un parachoques puede estar dispuesto en el aparato para absorber una parte de la fuerza de impacto del dentro del resorte, para reducir el desgaste de los componentes del aparato. El al menos un parachoques puede ser de un material elástico y puede estar dispuesto en el aparato en cualquier posición en la que sea capaz de absorber una parte de la fuerza de impacto del resorte.

El yunque comprende además un mecanismo de retorno para permitir que el yunque vuelva a una posición en la que el resorte de pueda volver a entrar en contacto con él o actuar sobre él. En una realización, el mecanismo de retorno es un resorte de retorno que está dispuesto sobre o en la guía o eje que restringe el yunque, resorte de retorno que estaría dispuesto más cerca del extremo o parte del yunque que es distal al resorte que hace que el yunque impulse un elemento de fijación. Después de que el resorte hace que el yunque se mueva para impulsar un elemento de fijación, y después o en conexión con el yunque que impacta e impulsa un elemento de fijación, el mecanismo de retorno imparte una fuerza sobre el yunque para hacer que el yunque vuelva a una posición donde el resorte puede actuar operativamente de nuevo sobre el mismo. En la realización en la que el mecanismo de retorno es un resorte de retorno, el resorte de retorno puede estar dispuesto con respecto al yunque de tal manera que el movimiento del yunque hacia un elemento de fijación que se va a impulsar también hace que el resorte de retorno se comprima, y después de que el yunque ha alcanzado el final de su carrera de impulsión, el resorte de retorno comprimido se descomprime para accionar el yunque a la posición anterior u original del yunque.

La presente descripción ofrece las siguientes ventajas: el resorte de gas, el resorte mecánico y el elastómero son capaces de generar una cantidad de fuerza relativamente alta en una pequeña cantidad de espacio, de modo que el tamaño del aparato puede ser menor que el de otros impulsores de elementos de fijación. Además, debido al aumento relativamente pequeño desde la presión inicial en el resorte de gas hasta la presión máxima, el motor del aparato no está significativamente sobrecargado ni soporta exceso de par, conduciendo así a una vida útil más larga del aparato. Además, se descubrió inesperadamente que esta invención tiene un perfil de seguridad mejorado. Por ejemplo, si un clavo se atasca, la energía potencial del resorte neumático no actúa directamente sobre el elemento de fijación y, por lo tanto, mientras el usuario retira el elemento de fijación, se reduce la posibilidad de lesiones. Otro descubrimiento inesperado de la presente descripción fue que el aparato tiene una fuerza de retroceso mejorada en contraposición a las invenciones de elementos de fijación convencionales o anteriores del inventor. Este fue un descubrimiento totalmente inesperado ya que el yunque/conjunto de yunque es una masa que se desplaza libremente y, como tal, durante el transcurso de la impulsión del elemento de fijación no ejerce una fuerza de reacción sobre el operador. Por el contrario, y en las herramientas de la técnica anterior, la presión de aire sobre el pistón y el conjunto de yunque actúa durante toda la impulsión y al final de la carrera puede dar como resultado un retroceso significativo para el operador.

Las descripciones anteriores de realizaciones específicas de la presente invención se han presentado con fines de ilustración y descripción. No se pretende que sean exhaustivas o limiten la presente descripción a las formas precisas descritas y, obviamente, son posibles muchas modificaciones y variaciones a la luz de las enseñanzas anteriores. La realización ejemplar fue elegida y descrita con el fin de explicar de la mejor manera los principios de la presente descripción y su aplicación práctica, para permitirles de este modo a otros expertos en la materia utilizar de la mejor manera posible la descripción y diversas realizaciones con diversas modificaciones como sea apropiado para el uso particular contemplado.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato impulsor de elemento de fijación (100), comprendiendo el aparato una fuente de energía (10), un circuito de control (20), un motor (30), un resorte de gas (40), comprendiendo dicho resorte de gas una cámara (44) y un pistón (42) dispuesto dentro de dicha cámara,

un mecanismo de impulsión (50) capaz de acoplarse y desacoplarse selectivamente de dicho resorte de gas, dicho resorte de gas capaz de moverse hacia una posición energizada, al ser acoplado por dicho mecanismo de impulsión, y un conjunto de yunque (60), comprendiendo dicho conjunto de yunque un yunque (62), caracterizado porque donde dicho mecanismo de impulsión (50) se acopla selectivamente a dicho resorte de gas para aplicar una fuerza sobre dicho resorte de gas para mover dicho pistón de dicho resorte de gas y posteriormente se desacopla de y deja de aplicar una fuerza sobre dicho resorte de gas,

donde cuando dicho mecanismo de impulsión se acopla a dicho resorte de gas, se almacena energía potencial mediante dicho movimiento, y después de que dicho mecanismo de impulsión se desacopla de dicho resorte de gas, dicho resorte de gas (40) libera su energía potencial y acelera al menos uno de dicho yunque y dicho conjunto de yunque, separándose a continuación al menos uno de dicho yunque acelerado (62) y dicho conjunto de yunque acelerado de dicho resorte de gas durante una parte de la carrera para impulsar un elemento de fijación.

2. El aparato impulsor de elemento de fijación de la reivindicación 1, donde la carrera total de dicho pistón de resorte de gas (42) es menor que la carrera total de al menos uno de dicho yunque (62) y dicho conjunto de yunque.

3. El aparato impulsor de elemento de fijación de la reivindicación 1, donde el cambio de presión dentro del resorte de gas causado por el movimiento de dicho pistón de resorte de gas (42) es menos del 50 % de la presión inicial en el resorte de gas.

4. El aparato impulsor de elemento de fijación de la reivindicación 1, donde dicho circuito de control (30) comprende además al menos un sensor, donde dicho al menos un sensor (90) puede determinar al menos una de la posición de dicho yunque, la posición de dicho conjunto de yunque, y la posición de dicho mecanismo de impulsión.

5. El aparato impulsor de elemento de fijación de la reivindicación 1, donde dicho mecanismo de impulsión (50) comprende una de una rueda de fricción interrumpida, una disposición de piñón y cremallera y una leva.

6. El aparato impulsor de elemento de fijación de la reivindicación 1, donde la masa en movimiento dentro de dicho resorte de gas es menos del 80 % de la masa en movimiento de al menos uno de dicho yunque y dicho conjunto de yunque.

7. El aparato impulsor de elemento de fijación de la reivindicación 1, comprendiendo además dicho aparato al menos un parachoques (70) para absorber el impacto de la masa en movimiento del resorte de gas.

8. El aparato impulsor de elemento de fijación de la reivindicación 1, donde dicho conjunto de yunque comprende además un mecanismo de retorno (64) para empujar dicho yunque a una posición en la que dicho resorte de gas está próximo a dicho yunque.

9. El aparato impulsor de elemento de fijación de la reivindicación 1, donde dicho resorte de gas comprende además una brida (48) para retener dicho pistón de dicho resorte de gas, y dicha brida comprende una abertura, donde el área de dicha abertura de dicha brida es al menos el 5 % del área de la sección transversal interna de dicho resorte de gas.

10. El aparato impulsor de elemento de fijación de la reivindicación 1, donde la presión dentro del resorte de gas antes de que el mecanismo de impulsión se acople al resorte de gas es al menos 1378,95 kPa (200 psi).