PT1607185E - Ferramenta alimentada electricamente - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "FERRAMENTA ALIMENTADA ELECTRICAMENTE" CAMPO DA INVENÇÃO: A presente invenção refere-se a uma ferramenta alimentada electricamente de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO:

Um prego, tacha ou agrafo são utilizados para fixar partes de diferentes tipos de madeira, ou outro material macio, em que um prego, tacha ou agrafo são utilizados como elementos de fixação adequados. Para fazer com que um prego, tacha ou agrafo sejam cravados na sua base pode utilizar-se um martelo. Em aplicações industriais, utiliza-se uma ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos para cravar esses elementos de fixação.

Uma ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos utiliza, normalmente, ar comprimido como meio de accionamento. 0 ar comprimido só costuma estar disponível em unidades industriais dado que é necessário haver um compressor para comprimir o ar e um sistema de distribuição para o ar comprimido. 0 sistema de distribuição consiste, normalmente, em tubos de aço e, nas extremidades do tubo, o sistema possui uma válvula redutora de pressão com um filtro de ar e um adaptador de ligação rápida. 1

Uma ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos é, normalmente, uma ferramenta portátil e, por conseguinte, precisa de uma mangueira de borracha entre a ferramenta e o ponto de ligação na extremidade do sistema de distribuição. A vantagem das ferramentas que utilizam ar comprimido é que são pequenas e leves. A desvantagem é que precisam de ar comprimido e este não está, frequentemente, disponível. Na maioria dos casos, este só existe em unidades industriais. Se a ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos for uma ferramenta portátil, também precisa de uma mangueira comprida e volumosa entre a ferramenta e o ponto de ligação para que o operador se possa deslocar livremente.

Foram patenteadas várias soluções diferentes para evitar as desvantagens discutidas no texto anterior. Existem várias patentes dedicadas a ferramentas que utilizam electricidade para accionar um motor eléctrico, a qual aplica uma tensão a uma mola (patente US 5503319), acelera um volante de inércia (patente US 5511715) ou excita uma ou duas bobinas eléctricas em conjunto com uma mola (patente US 4618087) . Estas ideias utilizam energia eléctrica quando a unidade estiver conectada através de um fio eléctrico a uma tomada de parede. Algumas outras ideias utilizam soluções sem fios utilizando algum tipo de gás para accionar uma unidade de combustão (patente US 5720423).

Conhece-se uma ferramenta alimentada a bateria, tendo uma bateria que alimenta um motor eléctrico que acelera um volante de inércia e, no instante em que o volante de inércia tem uma energia suficiente, se conecta a um actuador linear através de um sistema de embraiagem (patente US 6607111) . A desvantagem de trabalhar com um volante de inércia é que este leva alguns 2 segundos a acelerar e isso limita a frequência dos impactos sobre o prego ou agrafos.

Para além disso, a nova tendência das ferramentas portáteis, tais como chaves de fendas, máquinas de perfuração e serras de vaivém, está associada com a utilização de baterias. Por conseguinte, tem havido um desenvolvimento recente de baterias e as baterias têm-se tornado mais pequenas, mais leves e mais potentes. A patente US 4 618087 descreve uma ou duas bobinas que são excitadas com tensões de 110 ou 220 V com 50/60 Hz. De acordo com a patente US 4618087, utiliza-se uma barra redonda ou vaivém e a bobina é enrolada em torno da barra com um entreferro entre o interior da bobina e a barra. Quando a bobina é excitada, gera-se um campo magnético na mesma direcção de movimento da barra, i. e., na direcção longitudinal da barra, e a barra é puxada para o interior da bobina para preencher o interior da bobina. Quando a barra está na posição inicial, em frente da bobina, o campo magnético é dirigido desde uma extremidade da bobina até à outra extremidade, e este tipo de bobinas irá, por conseguinte, ser denominado de bobinas com núcleo de ar. As bobinas com núcleo de ar têm, normalmente, um rendimento de apenas 40%, o que é relativamente baixo. Por este motivo, este tipo de solução não é adequado para o funcionamento com baterias. O documento US 2004/0084503 descreve um aparelho para martelar pregos com um martelo, um primeiro e segundo solenoides e um dispositivo de controlo. O aparelho está configurado para que o segundo solenoide possa ser activado de modo a fazer com que o martelo seja accionado depois do primeiro solenoide. 3 SUMÁRIO DA INVENÇÃO: O objectivo da presente invenção consiste em disponibilizar uma ferramenta melhorada para elementos de fixação que pode ser portátil e ser alimentada por baterias e que supere as desvantagens associadas com a técnica anterior.

Este objectivo é conseguido por meio de uma ferramenta de acordo com a reivindicação 1 subsequente. A presente invenção refere-se a uma ferramenta portátil de aplicação de tachas ou agrafos alimentada por baterias. A ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos consiste num motor de actuador linear alimentado electricamente, controlado por um módulo de microcomputador, uma bateria na qualidade de fonte de alimentação, e um sistema convencional de alimentação de pregos ou agrafos. 0 motor de actuador linear utiliza um conjunto de culatras electromagnéticas e um vaivém que se movimenta entre os pólos magnéticos nestas culatras. 0 vaivém possui, numa extremidade, uma mola de absorção de energia, que é comprimida quando o vaivém se desloca para trás, e um perno de accionamento, na outra extremidade, para cravar o prego, tacha ou agrafo na sua base. A presente invenção pode ser implementada na forma de um novo tipo de ferramenta portátil sem fios de aplicação de tachas ou agrafos aproveitando a nova técnica de desenvolvimento de baterias e novos tipos de tecnologias de microcomputadores para fabricar um motor eléctrico de actuador linear para cravar um prego, tacha ou agrafo na sua base. 4

Comparado com configurações conhecidas, pode salientar-se que a invenção utiliza uma culatra magnética fabricada em ferro macio magnético e laminado, e o campo magnético estende-se, perpendicularmente, em relação à direcção de movimento da barra ou vaivém sobre um anel de ferro macio no vaivém. Deste modo, o percurso do campo magnético irá ser feito dentro do ferro excepto em dois entreferros muito pequenos existentes entre a culatra e o vaivém. Este tipo de concepção magnética pode ser denominado bobinas com núcleo de ferro e terá um rendimento de 80%, ou mais, dependendo da dimensão do entreferro.

Outras vantagens com este tipo de concepção consistem numa elevada densidade mecânica na direcção de movimento do vaivém e, dado que a ferramenta de aplicação de tachas precisa de várias culatras para gerar a potência necessária para aplicar um impacto a um prego ou agrafo maior, a densidade de acondicionamento é importante. Se for preciso utilizar várias bobinas com núcleo de ar, a ferramenta no seu todo será comprida e, dado que esta é uma ferramenta portátil, o tamanho total da ferramenta também é importante. Um motor com uma configuração de culatra e vaivém também tem a vantagem de poder disparar muitos pregos ou agrafos por segundo. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS: A Figura IA e B é uma vista lateral em 3D de uma ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos alimentada por bateria de acordo com a invenção. A Figura 2A e B é uma vista lateral em 3D de um motor de actuador linear com um vaivém. 5 A Figura 3A e B é uma vista frontal explodida em 3D da culatra magnética com bobinas e uma peça de separação fabricada em material não magnético relativamente à culatra seguinte. A Figura 4A, B e C são duas vistas em 3D e uma vista lateral do vaivém com um núcleo de ferro do vaivém espaçado por peças de separação do vaivém. 0 vaivém irá possuir um elemento de accionamento numa extremidade e a mola de absorção de energia na outra extremidade. A Figura 5A, B, C e D são vistas que mostram a relação entre o núcleo de ferro do vaivém, os pólos magnéticos na culatra e a barra de sincronização temporal nos pontos de partida e chegada para que a corrente flua através das bobinas. A Figura 6 é um diagrama temporal entre os diferentes tempos de activação e desactivação das bobinas de culatra. A Figura 7 é um diagrama de forças de retorno do vaivém que mostra a relação entre a força do motor e a força de retorno da mola. A Figura 8 é um diagrama da força de impacto do vaivém que mostra a relação entre a força do motor e da mola, e a curva da força para cravar um prego com um comprimento de 65 mm numa base de madeira normal. A Figura 9 mostra a relação entre velocidades, movimento de retorno e de impacto do vaivém. 6 DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERIDA: A Figura IA e B mostra uma vista lateral em 3D de uma ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos alimentada por bateria de acordo com uma forma de realização da invenção, compreendendo uma bateria 1 recarregável e substituível num dos lados da pega 3, estando, no outro lado, colocado um motor de actuador linear, com um vaivém (não mostrado nas Figs. IA e B) dentro de um invólucro 4. 0 movimento do vaivém inicia-se com o accionamento de um gatilho 2 e, em resultado dessa acçâo, o vaivém ir-se-á deslocar desde a sua posição mais baixa para a posição de topo e de novo para a posição original. Durante esta deslocação, um prego, tacha ou agrafo existente numa cassete 5 de alimentação ir-se-á deslocar em diante para uma calha 6 de descarga e um elemento de accionamento colocado em frente do vaivém irá ser guiado para a calha de descarga e cravar o prego, tacha ou agrafo na sua base. No topo do invólucro 4 existe um visor 7 que irá informar o operador relativamente a diferentes estados da ferramenta, como por exemplo, carga da bateria, ou cassete de alimentação sem pregos, tachas ou agrafos, ou qualquer outra informação útil. A Figura 2A e B mostra uma vista lateral em 3D do motor de actuador linear que está localizado no invólucro 4 da ferramenta agrafadora supracitada. 0 motor é construído através da reunião de dois tipos de unidades de culatras, mais precisamente, uma primeira unidade 8 de culatras e segunda unidade 9 de culatras. Como mostrado de forma pormenorizada nas Figuras 3A e 3B, as unidades 8, 9 de culatras possuem bobinas 15 na posição das 10:00 e 16:00 horas (i. e., a primeira unidade 8 de culatras) e bobinas 15 na posição das 8:00 e 14:00 horas (i. e., a segunda unidade 9 de culatras). Os dois tipos de unidades de culatras 7 estão empilhados um a seguir ao outro, alternando entre o primeiro tipo 8 e o segundo tipo 9 de unidade de culatras. A Figura 2a ou B mostra quatro unidades de culatras, mas o motor pode consistir numa pilha com um número variável de unidades de culatras dependendo da quantidade de energia de impacto que o motor tem que fornecer. 0 vaivém 10 está localizado no centro do motor e o vaivém é guiado pelo orifício central na peça 17 de separação na unidade de culatras (vide Figura 3A e B) . As unidades de culatras são mantidas unidas por meio de dois parafusos 11 (apenas um parafuso é visível na Figura) e as unidades de culatras estão alinhadas umas com as outras para facilitar uma orientação perfeita do vaivém 10. Na Figura 2A e B, a placa frontal é removida de propósito para que as culatras 16 e bobinas 15 estejam visíveis. Na Figura 2A e B, o elemento 13 de accionamento está montado na extremidade inferior do vaivém e o vaivém encontra-se, neste instante, na posição inicial, estando o elemento 13 de accionamento assente na extremidade inferior da calha 6 de descarga. Nesta posição, alguns dos núcleos 12 de ferro do vaivém estão posicionados mesmo em frente das culatras 16 na unidade de culatras para que o campo magnético gerado pelas bobinas 15 possa efectuar um percurso através das culatras sobre um entreferro de 0,05 a 0,1 mm entre as faces 19 polares da culatra e o núcleo 12 de ferro do vaivém. Quando o campo magnético está a atravessar o entreferro, gera-se uma força para fazer deslocar o vaivém para diante para dentro do motor para alinhar o núcleo 12 de ferro do vaivém no interior da culatra 16. Quando o núcleo 12 de ferro do vaivém está alinhado no interior da culatra 16, a corrente que passa nas bobinas 15 cessa e o campo magnético termina, e esta culatra deixa de gerar mais força para fazer deslocar o vaivém. O motor possui várias culatras e terá, sempre, quase 50% das culatras activadas, e mal uma culatra se desactiva outra será activada. 0 vaivém ir-se-á, agora, deslocar para trás, para dentro do motor, e, ao fazer este movimento, irá comprimir a mola 14 de absorção de energia e a mola 14 irá, agora, transformar a energia cinética resultante do movimento do vaivém em energia estática que pode ser utilizada no movimento de impacto pelo vaivém. A Figura 3A e B mostra uma vista frontal em 3D de uma unidade de culatras. A unidade de culatras consiste numa peça 17 de separação fabricada em material não magnético com boas propriedades de suporte no que se refere ao orifício de suporte no centro. No topo da peça 17 de separação existem duas culatras 16 em forma de c viradas uma para a outra. As culatras 16 são fabricadas a partir de várias placas metálicas de folha magnética laminadas em conjunto para formar cada culatra. Em cada culatra está montada uma bobina 15, e entre a bobina e a culatra está(ão) posicionada (s) uma ou duas placas 20 laminadas suplementares para fazer com que a área no interior da bobina seja igual à área da face 19 polar da culatra. A utilização das placas 20 magnéticas suplementares depende da saturação ou não do campo magnético no interior da culatra.

As duas culatras 16 estão posicionadas de modo a que as quatro faces 19 polares formem um circulo, que é concêntrico relativamente ao orifício de suporte no centro da peça 17 de separação. Depois das quatro faces polares nas duas culatras estarem posicionadas directamente em relação com o orifício central na peça 17 de separação, as duas culatras são fixadas por quatro elementos 18 de fixação. O diâmetro do círculo das faces polares é, aproximadamente, 0,1 a 0,15 mm maior do que o diâmetro do orifício central de suporte na peça 17 de separação. 9

Esta diferença irá constituir o entreferro entre o núcleo 12 de ferro do vaivém e as faces 19 polares, à medida que o vaivém 10 é guiado pelo orificio de suporte na peça 17 de separação. A Figura 4A, B e C mostra duas vistas em 3D e uma vista lateral do vaivém 10 com o elemento 13 de accionamento e mola 14 de tracção. 0 vaivém pode ser construído de várias formas, mas esta imagem mostra um tubo 21 fabricado em material não magnético, como aluminio ou aço inoxidável.

Na periferia do tubo, várias peças metálicas em folha magnética são empilhadas de modo a formar um núcleo 12 de ferro do vaivém e, entre cada núcleo 12 de ferro do vaivém, está posicionada uma peça 22 de separação do vaivém fabricada em material não magnético, para proporcionar o espaçamento correcto entre cada núcleo de ferro do vaivém. Todo o conjunto do vaivém é mantido unido por meio de um batente 26, numa extremidade do tubo 21, e uma porca 24, na outra extremidade, através dos quais o conjunto laminado pode ser comprimido. 0 núcleo 12 de ferro laminado do vaivém irá funcionar como ponte para que o campo magnético possa fluir desde uma face 19 polar, sobre o entreferro para o entreferro seguinte, e através da face polar na primeira e segunda unidades 8 e 9 de culatra magnéticas. Desde que o núcleo 12 de ferro do vaivém esteja a deslocar-se na direcção de uma culatra, o campo magnético irá fazer com que o núcleo de ferro do vaivém fique alinhado no interior da unidade de culatras.

Numa extremidade do tubo 21, o elemento 13 de accionamento está montado, por meio de um determinado tipo de elemento mecânico de fixação, no tubo para manter o elemento de accionamento na posição devida em relação ao vaivém. O elemento 10 13 de accionamento pode ser guiado no interior do tubo para que seja fácil ao elemento de accionamento ser orientado na direcção da calha 6 de descarga quando o vaivém está a dirigir-se no sentido descendente para aplicar um impacto a um prego, tacha ou agrafo. No outro lado do tubo 21, a mola 14 está localizada, pelo menos parcialmente, no interior do tubo e uma extremidade da mola irá assentar num batente no interior do tubo, como a extremidade do elemento 13 de accionamento ou qualquer outro batente. A outra extremidade da mola irá assentar na superfície da cobertura de topo do invólucro 4. Um perno montado na cobertura 4 de topo do invólucro irá ficar enfiado, no sentido descendente, na mola 14 para guiar a parte da mola não guiada pelo tubo 21.

Na Figura 4C, a última peça 22 de separação do vaivém está removida para mostrar as peças 25 de ferro suplementares do vaivém que irão adicionar uma área de secção suplementar ao núcleo de ferro do vaivém para que o núcleo de ferro do vaivém tenha a mesma área que uma face polar. 0 percurso do campo magnético tem que ter a mesma área que as faces polares para evitar limitações desnecessárias no que se refere ao fluxo do campo magnético dependendo da saturação do campo.

Ao longo de um dos lados do corpo do vaivém está montada uma barra 23 de sincronização temporal. 0 objectivo principal da barra de sincronização temporal consiste em indicar a sensores (a descrever em seguida), posicionados entre as culatras dentro das peças 17 de separação, qual a posição do vaivém em relação às diferentes culatras. Ao mesmo tempo, os sinais provenientes dos sensores podem ser utilizados para calcular a velocidade do vaivém. Uma segunda utilização para a barra 23 de sincronização temporal consiste em inibir a rotação do vaivém em torno do seu 11 eixo central para evitar a redução da área magnética no ferro do vaivém por meio das fendas de montagem que prendem a barra de sincronização temporal. A Figura 5A, B, C e D mostram uma posição inicial e final e a relação entre a barra 23 de sincronização temporal e os sensores 27, compreendendo, por exemplo, um feixe luminoso em cooperação com um detector. Podem utilizar-se várias concepções de sincronização temporal, mas, nestas quatro figuras, explica-se um de entre muitos diferentes conceitos possíveis.

Na Figura 5A, o vaivém 10 está na sua posição inicial no que se refere a um movimento de retorno, e, por uma questão de simplicidade, só se mostram duas unidades de culatras, i. e.r a primeira unidade 8 de culatras e a segunda unidade 9 de culatras. O núcleo 12 de ferro do vaivém está posicionado mesmo em frente da culatra 16, na unidade 9 de culatras. A distância entre o núcleo 12 de ferro do vaivém e a culatra 16 é de, aproximadamente, 0,8 a 0,5 mm. Neste momento, um feixe 28 luminoso gerado pelo sensor 27 posicionado na peça 17 de separação, é projectado através da janela 29 na barra 23 de sincronização temporal, e um sinal informa os circuitos lógicos numa unidade de controlo (não mostrada nos desenhos) para que excitem as bobinas 15 na unidade 9 de culatras. Quando as bobinas são excitadas, gera-se um campo magnético que irá puxar o vaivém 10 para a posição na figura 5B. Na Figura 5B, o vaivém 10 e o núcleo 12 de ferro do vaivém deslocaram-se para uma posição na qual o núcleo 12 de ferro do vaivém fica alinhado com a culatra 16 e, nesse momento, a janela 29 está a caminho de interromper o feixe 28 luminoso. Sem sinal proveniente do sensor 23, o campo magnético extingue-se e o vaivém irá continuar, por inércia, ao longo de 0,1 a 0,2 mm, para a posição na Figura 5C. 12

Na Figura 5C, o núcleo 12 de ferro seguinte do vaivém fica em frente da culatra 16, na primeira unidade 8 de culatras, e o feixe 28 luminoso, proveniente do outro sensor 27 na primeira unidade 8 de culatras, irá projectar-se através da janela 29 seguinte na barra 23 de sincronização temporal. 0 novo sensor 27 irá, agora, indicar à lógica que é altura de excitar a primeira unidade 8 de culatras e o campo magnético irá puxar o vaivém 10 para a posição na Figura 5D. Na Figura 5D, o núcleo 12 de ferro do vaivém deslocou-se para a culatra 16, na unidade 8 de culatras, e a janela 29 irá interromper o feixe 28 luminoso, e o campo magnético na unidade 8 de culatras irá extinguir-se. Neste momento, o processo irá ser reiniciado, de novo, a partir da Figura 5A. Se a concepção tivesse, agora, mais culatras, como quatro, seis ou oito culatras, várias das culatras estariam em paralelo mas de modo alternado. A Figura 6 irá mostrar uma curva temporal para quatro culatras, como a concepção na Figura 2a e B. As quatro culatras são nomeadas de A a D, e a culatra A é a curva situada mais em baixo, a culatra B a segunda, a culatra C a terceira e, por fim, a culatra D está em cima. Na sequência zero, as culatras D e C estão activadas, mas quando a culatra C está a ser desactivada, a culatra A irá ser activada e, então, a culatra D está a ser desactivada e a culatra B irá ser activada. Deste modo, as diferentes culatras irão estar activadas e desactivadas de modo alternado. Nalguns casos, quando uma culatra está a ser desactivada e a seguinte activada, irá ocorrer um deslocamento de 0,1 a 0,2 mm do vaivém entre a sequência de activação e desactivação. Se o motor tiver seis ou oito culatras, a sincronização temporal irá acontecer da mesma forma, mas três ou quatro culatras estarão activadas ao mesmo tempo mas alternadas em sequência, como na Figura 6. 13

Podem utilizar-se outros conceitos de sincronização temporal. Na Figura 5, apenas foram utilizadas duas culatras, mas, em vez da culatra 8, podem configurar-se, mecanicamente, duas ou três culatras de modo a poderem trabalhar em paralelo. Se, por exemplo, existirem quatro culatras, isso quer dizer que duas culatras estarão activas ao mesmo tempo. As outras duas culatras também estarão activas ao mesmo tempo, mas depois das primeiras duas serem desactivadas. A Figura 2B mostra o vaivém 10 na sua posição inferior, o que significa que a ponta do elemento 13 de accionamento está alinhada com a ponta inferior da calha 6 de descarga. Ao receber um comando proveniente do gatilho 2, o motor inicia o movimento do vaivém 10, para trás, e a força exercida pelo motor tem que ser mais elevada que a força aplicada pela mola 14 para fazer com que o vaivém se mova. A Figura 7 mostra duas curvas, uma é a força do motor, e a outra é a força da mola. Para que o motor arranque, a mola tem uma força de arranque de 120 N e o motor tem 200 N de força média. O vaivém inicia o seu movimento e a velocidade aumenta até aos 4,1 m/s depois de se deslocar 85 mm. Nesta altura, a curva da mola atravessa a curva do motor e a velocidade irá diminuir até chegar perto do zero depois de um deslocamento de 140 mm. Todo o movimento de retorno irá demorar 54,5 ms. Na posição de topo do vaivém, a mola 14 está totalmente comprimida e posicionada no interior do vaivém 10 e, neste momento, o vaivém pára e, imediatamente a seguir, inicia o seu movimento para a frente. A Figura 8 mostra o movimento para a frente ou de impacto e consiste, agora, na reunião de duas forças que fazem deslocar o vaivém para a frente, a força resultante da mola comprimida e a força resultante do motor. A força do motor pode cair abaixo dos 200 N a uma velocidade acima dos 6 a 10 m/s, devido a limitações no tempo de subida para a 14 corrente que atravessa as bobinas 15 e, também, dependendo da espessura da culatra 16 e de outros parâmetros do motor. Por este motivo, existe um afundamento na curva da força do motor.

Nesta simulação, assume-se que a ferramenta de aplicação de tachas tem que cravar um prego com um comprimento de 65 mm utilizando um vaivém de retorno e impacto. A Figura 8 mostra que são necessários 40 J de energia para aplicar um impacto a um prego com 65 mm de comprimento, sendo 40 J igual a uma força que sobe desde zero N a 514,9 N depois do prego ter penetrado 10 mm e termina com 754,9 N depois do prego ter penetrado totalmente na sua base. O vaivém inicia o ciclo de impacto e a velocidade aumenta até 11,7 m/s, na altura em que este aplica o impacto no prego, e, depois, a velocidade diminui até 1,4 m/s, o que significa que o prego será cravado com apenas um ciclo de retorno e impacto. 0 ciclo de impacto total irá demorar 21,3 ms e o ciclo de retorno 54,5 ms, o que significa um tempo total de 75,8 ms. A Figura 9 mostra a velocidade do vaivém em relação à posição do vaivém. A velocidade de retorno depende do peso do vaivém, força do motor e força da mola. O vaivém atingirá uma velocidade de pico de até 4 a 8 m/s, e diminui para zero m/s na posição de topo. No ciclo de impacto é importante atingir uma velocidade tão elevada quanto possivel e esta depende dos mesmos parâmetros que o ciclo de retorno, bem como do afundamento na curva do motor. Uma velocidade de topo típica irá variar entre 10 a 15 m/s logo antes do impacto entre o elemento 13 de accionamento e o prego e, depois disso, reduz-se para zero m/s. Dado que a ferramenta de aplicação de tachas possui um microcomputador que controla a sincronização temporal e velocidade do vaivém, este pode determinar se o motor tem que 15 reduzir a força no fim do ciclo para inibir que o prego fique demasiadamente cravado na sua base. Se acontecer o contrário, i. e., o microcomputador verificar que o vaivém tem uma velocidade demasiado baixa para cravar o prego totalmente para baixo, não há forma de aumentar a força da mola ou motor. Para superar este problema, pode, imediatamente, iniciar o retorno do vaivém por uma segunda vez, depois de este ter parado e, dependendo da quantidade de milímetros que falta penetrar pelo prego, faz retornar o vaivém a quantidade apropriada e, a partir dessa posição, aplica um segundo ciclo de impacto para que o prego seja cravado totalmente na sua base. Isto pode acontecer porque 40 J de energia de impacto é o que é necessário para perfurar material de madeira normal, mas, se o prego, por exemplo, tiver que penetrar num tipo de madeira mais dura, um ciclo de vaivém pode não ser suficiente para que todo o comprimento do prego fique totalmente cravado na sua base. Por conseguinte, é importante poder controlar a velocidade do vaivém e determinar se é necessário um segundo ciclo de impacto ou se a velocidade tem que ser reduzida através da redução da força do motor para controlar o impacto do prego, tacha ou agrafo na sua base. O tamanho e custo do motor e mola de tracção da ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos pode ser reduzido se o impacto sobre um prego, tacha ou agrafo se basear num mínimo de dois ou três ciclos de vaivém. Um ciclo demora apenas, aproximadamente, 75 a 100 ms e dois ciclos completos ou quase completos não demoram mais do que, aproxima damente, 150 a 200 ms. Dado que os dois ciclos são executados durante um período de tempo muito curto, não é possível que o operador determine se foram utilizados um, dois, ou mesmo três ciclos para aplicar um impacto sobre o prego, tacha ou agrafo. Utilizando esta 16 concepção, um tamanho da ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos pode abranger uma vasta gama de diferentes pregos, tachas ou agrafos. Se se utilizar a concepção de duplo impacto, é importante que o microcomputador tenha um bom controlo sobre a velocidade do vaivém e que o vaivém possa iniciar um movimento de retorno a partir de qualquer posição de paragem, dado que o prego, tacha ou agrafo podem parar em qualquer lugar depois do primeiro impacto, dependendo da dureza do material na base. Se o microcomputador for informado relativamente a quantos milímetros o prego, tacha ou agrafo tem que se deslocar da segunda vez, pode calcular o curso de retorno do vaivém da segunda vez para gerar a quantidade correcta de energia para aplicar o impacto ao prego, tacha ou agrafo com o segundo movimento.

Quando o vaivém acaba de cravar um prego, tacha ou agrafo na sua base, mantém-se na sua posição de repouso. Na posição de repouso, a mola de absorção de energia irá pressionar ligeiramente o vaivém para manter o vaivém nesta posição.

Se, agora, o operador da ferramenta quiser cravar um prego, tacha ou agrafo, o motor linear começa a deslocar o vaivém para trás e comprime a mola. No ponto mais elevado, ou posição posterior, do vaivém, a mola está comprimida e toda a energia cinética resultante do movimento de retorno do vaivém fica armazenada na mola. Desde a posição posterior, o vaivém começa, agora e imediatamente, o movimento para a frente ou de impacto e acelera até atingir uma velocidade elevada com o auxílio do motor linear e da mola comprimida. Durante o movimento de retorno e impacto do vaivém, o sistema de alimentação dos pregos, tachas ou agrafos irá colocar um novo prego, tacha ou agrafo na sua calha de descarga. 0 vaivém atingiu a sua velocidade mais elevada mesmo na altura em que o elemento de 17 accionamento aplica o impacto no topo do prego, tacha ou agrafo, e a energia cinética no vaivém irá ser convertida numa força que, em conjunto com a força resultante da mola e do motor, constitui uma força total que irá cravar o prego, tacha ou agrafo na base.

De acordo com uma forma de realização particular, a invenção pode ser configurada da seguinte forma. Se a energia de impacto proveniente do vaivém não for suficientemente elevada para cravar um prego ou agrafo compridos na sua base, o vaivém irá, imediatamente, iniciar um novo movimento de retorno e efectuar um segundo movimento de impacto para aplicar um impacto ao prego ou agrafo por uma segunda vez, ou, possivelmente, mesmo várias vezes.

Se um prego ou agrafo compridos não tiverem sido sujeitos a um impacto após vários deslocamentos do vaivém, a ferramenta pode interromper o seu funcionamento e avisar o operador comunicando-lhe que algo está errado. 0 motor linear que acciona o vaivém consiste num mínimo de duas culatras electromagnéticas fabricadas em ferro magnético macio e laminado. As culatras estão afastadas umas das outras com o mesmo espaçamento ou espaçamento variável dependendo da concepção de sincronização temporal. 0 número de culatras depende do consumo de energia exigido pela ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos em questão. Cada culatra possui uma ou duas bobinas eléctricas conectadas através de um transístor de potência à bateria. A culatra tem dois pólos magnéticos e, entre estes pólos, desloca-se o vaivém com um entreferro controlado entre os pólos e o vaivém. 18 0 vaivém também possui vários núcleos de ferro magnético macio e laminado afastados uns dos outros por uma distância constante. Quando um núcleo de ferro do vaivém está a caminho de entrar numa zona entre dois pólos, numa culatra, o transístor de potência ir-se-á abrir e a corrente irá fluir através das bobinas e um campo magnético é gerado no interior da culatra. 0 campo magnético irá, agora, fluir desde o pólo norte, na culatra por cima do entreferro, através do núcleo de ferro no vaivém, por cima do segundo entreferro e na direcção do pólo sul na culatra. Desde que o núcleo de ferro no vaivém esteja em movimento, entre os pólos na culatra, o campo magnético nos dois entreferros, em cada lado do núcleo de ferro do vaivém, irá gerar uma força que desloca o vaivém para diante. Nesse momento, o núcleo de ferro do vaivém fica alinhado com as faces polares na culatra, o transístor de potência ir-se-á fechar e deixa de haver campo magnético no interior da culatra.

Se o motor, por exemplo, tiver quatro culatras, nomeadas A, B, C e D, a sincronização temporal das culatras irá ser A/D, A/B, B/C e C/D e, depois disso, a sincronização temporal ir-se-á repetir novamente. Se o afastamento das culatras e núcleos de ferro no vaivém e a sincronização temporal estiverem correctos, aproximadamente 50% de todas as culatras irão estar activadas para gerar uma força de avanço aplicada sobre o vaivém. O vaivém pode ser concebido como uma comprida barra redonda ou rectangular com núcleos de ferro magnético laminado e macio tendo, aproximadamente, a mesma largura que a largura das faces polares.

Uma concepção alternativa pode utilizar imanes permanentes no vaivém em vez de núcleos de ferro magnético laminado e macio. 19

Se se utilizarem imanes permanentes é possível utilizar até 100% das culatras ao mesmo tempo se os transístores excitadores para as bobinas na culatra puderem conduzir a corrente em ambas as direcções através da bobina. Se a direcção da corrente puder alternar os pólos norte e sul na culatra, este revezamento irá atrair o íman do vaivém para o entreferro e empurrar o íman do vaivém para fora do entreferro. O afastamento destes núcleos de ferro magnético macio têm que ter uma relação com o espaçamento entre as culatras para se obter um número óptimo de culatras a activar durante um deslocamento do vaivém. O vaivém irá ser guiado num sistema de suporte com elevada precisão relativamente às culatras para manter o entreferro apropriado entre os núcleos de ferro no vaivém e as faces polares nas culatras, tendo um entreferro típico entre 0,05 a 0,1 mm. A mola no vaivém pode ser parcialmente guiada dentro do vaivém e, em parte, por meio de algum tipo de barra guia no invólucro da ferramenta. No lado oposto do vaivém, existe uma pequena barra rectangular de aço temperado na forma de um elemento de accionamento, que irá ser guiada para dentro da calha de descarga onde se situam pregos, tachas ou agrafos, para aplicar um impacto sobre o prego, tacha ou agrafo. 0 elemento de accionamento está preso ao vaivém por meio de um tipo de material absorvente de choques para reduzir o choque do impacto.

Sobre o vaivém está posicionada uma barra de sincronização temporal e entre algumas das culatras estão posicionados alguns sensores que podem trabalhar de acordo com princípios ópticos ou magnéticos. Os sensores irão gerar um conjunto de impulsos eléctricos de sincronização, que estão relacionados com o posicionamento físico do vaivém com uma precisão de +/- 0,1 mm, 20 para serem introduzidos no microcomputador.

De acordo com formas de realização alternativas, os sensores podem adoptar a forma de uma fonte luminosa (por exemplo um LED ou um laser) que coopera com um detector de luz, ou podem adoptar a forma de um detector indutivo. 0 objectivo do microcomputador consiste, em primeiro lugar, em abrir e fechar os transístores de potência que controlam a corrente para as bobinas com base no que foi introduzido por parte dos sensores do vaivém. Em segundo lugar, o computador irá, de um modo preferido, verificar várias situações, por exemplo, se um prego ou agrafo compridos foram totalmente cravados na sua base, ou se é necessário um movimento secundário do vaivém. Também irá verificar se um prego, tacha ou agrafo estão posicionados na calha de descarga, o estado da carga da bateria e outras situações. Por fim, o computador também irá informar o operador quanto ao estado da ferramenta, se é altura de efectuar actividades diferentes, por exemplo mudar a bateria, preencher a calha com pregos, tachas ou agrafos, ou levar a cabo qualquer outro serviço na ferramenta.

Para controlar todas estas actividades, o microcomputador tem um programa colocado numa memória. 0 programa pode ser actualizado ou alterado pela substituição de um cartão de memória flash, o que torna possível alterar o carácter da ferramenta, quando se substitui o sistema de alimentação, da inserção de pregos para a inserção de agrafos, ou qualquer outra alteração. 0 programa também pode ser actualizado dependendo do tipo de base na qual a ferramenta irá ser utilizada. 0 operador pode ser informado através de um visor ou 21 através de um sistema de informação sonora existente na ferramenta quanto à informação resultante do programa.

Para cravar um prego, tacha ou agrafo na sua base, é necessária energia e essa energia virá de uma bateria fixa à ferramenta de aplicação de tachas ou agrafos. A bateria também irá ser a fonte de alimentação do microcomputador e sensores. A bateria pode ser do tipo Niquel-hidreto Metálico, Ião de Litio ou Litio-Polimero. Os dois parâmetros mais importantes da bateria consistem numa elevada capacidade de potência por peso em gramas e elevado consumo de corrente associado ao movimento do vaivém. A bateria irá ser recarregável e fácil de substituir. A capacidade energética numa bateria normal permitirá obter vários milhares de impactos antes de ser altura de recarregar. A saida da bateria também pode estar conectada em paralelo a um condensador para proteger a bateria relativamente a danos provenientes do elevado consumo de corrente durante uma operação de deslocamento do vaivém. A invenção não está limitada às formas de realização descritas anteriormente, mas pode ser variada de acordo com o âmbito das reivindicações anexas. Por exemplo, a invenção pode ser utilizada com uma bateria, que pode ser recarregável, ou por meio de uma fonte de alimentação convencional com um fio destinado a ser ligado a uma tomada eléctrica, por exemplo com uma tensão de 110 ou 220 V.

Lisboa, 13 de Julho de 2007 22

Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Ferramenta alimentada electricamente para elementos de fixação e compreendendo um vaivém (10) móvel conectado a um elemento (13) de accionamento, e um motor accionador tendo, pelo menos, duas unidades (8, 9) de culatras electromagnéticas, cooperando com o referido vaivém (10) que está configurado para ser deslocado em relação às referidas unidades (8, 9) de culatras, em que cada unidade (8, 9) de culatras possui bobinas (15) eléctricas configuradas para gerar um campo magnético através do vaivém (10) , e uma unidade de controlo que controla a corrente nas bobinas (15) para gerarem um campo magnético de modo a que se gere uma força para deslocar o referido vaivém (10), caracterizada por as unidades (8, 9) de culatras estarem configuradas para gerar um campo magnético que é dirigido, de um modo geralmente perpendicular, na direcção de movimento do referido vaivém (10).
2. 2. Ferramenta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o vaivém (10) compreender vários núcleos (12) de ferro separados.
3. 3. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-2, caracterizada por o vaivém (10) estar configurado para se mover entre as faces (19) polares de todas as unidades (8, 9) de culatras.
4. 4. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o vaivém (10) estar 1 configurado para ser guiado por um sistema de suporte de modo a manter um entreferro predeterminado entre os núcleos (12) de ferro e as faces (19) polares das unidades de culatras.
5. 5. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o vaivém possuir um perno (13) de accionamento fixado a uma extremidade do vaivém para aplicar um impacto à cabeça ou topo do referido elemento de fixação para o cravar na sua base.
6. 6. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o vaivém (10) possuir uma mola (14) que está, pelo menos parcialmente, posicionada no interior do vaivém (10) e irá absorver energia cinética resultante do movimento de retorno do vaivém (10).
7. 7. Ferramenta de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por o vaivém estar configurado para se mover para trás e comprimir a mola (14), e para a frente com o auxilio, quer das forças da mola, quer das forças magnéticas, provenientes do referido motor.
8. 8. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o vaivém estar configurado para se mover várias vezes para trás e para a frente e, em cada movimento do vaivém, aplicar, em certa medida, um impacto ao referido elemento de fixação.
9. 9. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender um dispositivo de detecção para detectar a posição do vaivém (10) e enviar 2 informação relacionada com a referida posição para a referida unidade de controlo.
10. 10. Ferramenta de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por a unidade de controlo ter a forma de um microcomputador para processar a informação proveniente dos sensores para que a referida unidade de controlo possa iniciar um fluxo de corrente para as bobinas (15) nas unidades (16) de culatras e gerar o campo magnético que gera a força para mover o vaivém para a frente.
11. 11. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a referida unidade de controlo estar configurada para determinar o tempo de disparo para cada unidade (8) e (9) individual de culatras magnéticas e para manter sob controlo o número de impactos e se um elemento de fixação está posicionado na posição correcta antes do impacto.
12. 12. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender uma bateria (1), que irá alimentar as bobinas (15) nas unidades (16) de culatras.
13. 13. Ferramenta de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por a bateria ser recarregável numa unidade de carregamento separada e poder ser substituída por uma nova bateria carregada.
14. 14. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizada por compreender um sensor para a quantidade de energia restante na bateria (1) para informar 3 o operador a tempo de substituir a bateria por uma nova ou recarregada.
15. 15. Ferramenta de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender uma cassete (5) de alimentação para elementos de fixação, tais como pregos, tachas ou agrafos, para mover, de cada vez, um prego, tacha ou agrafo, de modo a que estes adoptem uma posição na calha (6) de descarga em frente do elemento (13) de accionamento fixado ao vaivém (10) para cravar, de uma forma guiada, o prego, tacha ou agrafo na base. Lisboa, 13 de Julho de 2007 4