专利名称：紧固件推进工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃紧固件推进工具。
背景技术：
已经开发出使用内燃作为动力源将紧固件例如钉子打入工件或基底的紧固件推进工具。该工具点燃燃烧室内的燃料/空气混合物以用力推进活塞，该活塞然后使紧固件喷射出该工具。现有技术的工具的有效性主要受其快速点燃全部体积的燃料/空气混合物的效率限制。如果不足体积的燃料燃烧，则设备向紧固件传递不适当的推进力。如果工具产生不可靠的功率输出，则紧固件会被推进到不令人满意的深度或者固定不充分。现有技术的设备在过去已经试图通过制造较大的工具且消耗较大体积的燃料来解决这些低效率(问题)。
US 5213247(Gschwend等)中说明了一种这样的现有技术设备。该设备说明了一套机构，该机构操作以测量特定数量的燃料，然后通过机械地扩大燃烧室体积将所述燃料和空气一起抽入燃烧室。该设备的一个缺陷是燃料和气体没有充分地混合，由此降低了燃烧效率。其次，该设备是在局部真空的情况下将燃料和空气抽入燃烧室。结果，燃料/空气混合物在低压下被点燃，这会导致低燃烧速率以及进一步的低效率。这是尤其有问题的，因为内燃紧固件推进工具的效率越低，设备就越容易受输出波动的影响，这会导致点火故障和令人不满意的对紧固件的推进力。
本发明设法提供一种将改善或克服现有技术的至少一个缺陷的紧固件推进工具。
发明内容
在第一方面，本发明在于一种紧固件推进工具，该工具包括穿过其中发射紧固件的工具前端；用于将所述紧固件引入所述工具前端的装载装置；所述紧固件适于被气体燃烧机构推动，其中所述气体燃烧机构包括具有第一活塞和进气口的第一准备气缸，该第一准备气缸经由第一阀装置流体连接到具有第二活塞的第二输出气缸，所述第一准备气缸经由第二阀装置流体连接到燃料气体储存器，所述第一准备气缸适于接纳来自所述燃料气体储存器的燃料气体和通过所述进气口进入的空气，从而在其中形成空气/燃料气体混合物，所述第一活塞适于压缩所述空气/燃料气体混合物，并经由所述第一阀装置将所述空气/燃料气体混合物输送给所述第二输出气缸，所述空气/燃料混合物在第二输出气缸中点燃，并从而朝所述紧固件推动所述第二活塞并将该紧固件推出所述工具前端。
优选地，在第一实施例内，所述第一活塞被机械地致动。优选地，所述第二阀装置经由机械致动打开和闭合。
优选地，在第二实施例内，所述第一活塞被电磁致动。优选地，所述第二阀装置经由电磁致动打开和闭合。
优选地，所述紧固件推进工具是射钉枪。
优选地，在第三实施例内，可沿所述工具前端在第一和第二位置之间移动的机构包括用于接合所述第二位置的锁闭装置，从而当所述机构在接合有所述闭锁装置的情况下从所述第一位置移动到所述第二位置时，所述空气/燃料气体混合物被所述第二活塞进一步压缩，其中源自所述空气/燃料混合物的点燃的向下的力克服所述锁闭装置，并朝所述紧固件推动所述第二活塞。
优选地，在所述第二输出气缸的底部附近设置有缓冲器，这种缓冲器适于被所述第二活塞在其行程的末端压缩，其中所述缓冲器随后的恢复还适于强制所述第二活塞沿所述第二输出气缸向上返回。
优选地，所述缓冲器的内部形成室，该室适于在所述缓冲器被压缩时经由出口阀通过输送通道将加压空气输送到所述第一准备气缸内。
优选地，所述第一活塞具有用于存储所述加压空气的内部接纳器。
优选地，围绕所述第二活塞的周边设置有具有半柔性唇缘的密封圈。
优选地，混合风扇可旋转地安装于所述第二输出气缸的内部。
优选地，安装于外部的电机经由磁耦合驱动所述混合风扇。
优选地，所述第二输出气缸经由平板阀排气，当所述平板阀打开时该平板阀使所述第二输出气缸与废气集气室流体连接。
优选地，在第二方面，本发明在于一种利用气体燃烧机构推进物体的装置，所述气体燃烧机构包括具有第一活塞和进气口的第一准备气缸，该第一准备气缸经由第一阀装置流体连接到具有第二活塞的第二输出气缸，所述第一准备气缸经由第二阀装置流体连接到燃料气体储存器，所述第一准备气缸适于接纳来自所述燃料气体储存器的燃料气体和通过所述进气口进入的空气，从而在其中形成空气/燃料气体混合物，所述第一活塞适于压缩所述空气/燃料气体混合物，并经由所述第一阀装置将所述空气/燃料气体混合物输送给所述第二输出气缸，所述空气/燃料混合物在第二输出气缸中点燃，并从而朝所述物体推动所述第二活塞并由此推动所述物体。
图1是根据本发明的紧固件推进工具的射钉枪的第一实施例的透视示意图； 图2是图1的射钉枪的横截面示意图； 图3是图1的射钉枪的剖开端视图； 图4是图2中所示的气体燃烧机构的放大视图； 图5是当空气和燃料进入准备气缸时图2中所示的气体燃烧机构的放大视图； 图6是当空气/燃料混合物在准备气缸内被压缩时图2中所示的气体燃烧机构的放大视图； 图7是当空气/燃料混合物从准备气缸输送给推进气缸时图2中所示的气体燃烧机构的放大视图； 图8是当推进气缸内的空气/燃料混合物被压缩时图2中所示的气体燃烧机构的放大视图； 图9是当被点燃的空气/燃料混合物使活塞在推进气缸内朝待发射的钉子移动时图2中所示的气体燃烧机构的放大视图； 图10是当连接于活塞的推进器推动钉子并且气体开始从推进气缸排出时图2中所示的气体燃烧机构的放大视图； 图11和12是当活塞沿推进气缸向上返回并且剩余的废气被从推进气缸清除时图2中所示的气体燃烧机构的放大视图； 图13是用于控制工具循环的循环轮装置的放大视图； 图14是图13中所示的循环轮装置的可选实施例的放大视图； 图15a和15b是燃料蓄气筒的放大的正视图和剖视图； 图16是根据本发明的紧固件推进工具的射钉枪的第二实施例的横截面示意图； 图17是根据本发明的紧固件推进工具的射钉枪的第三实施例的示意图； 图18是图17中所示的射钉枪的内部接纳器的放大示意图； 图19是图17中所示的射钉枪的密封圈的放大的局部剖视图； 图20是图17的平板阀的放大示意图。
具体实施例方式 图1和2示出用于发射钉状紧固件的燃烧驱动的射钉枪(工具)。该射钉枪包括容纳于工具主体外壳62内的准备气缸A和动力推进气缸B。具有枪把5的工具支承柄7从外壳62延伸出并容纳有燃料蓄气筒(储存器)3。容纳于可拆卸的电池外壳2内的电池1附装在支承柄7上。钉状紧固件筒(或钉盒)4将钉状紧固件8输送到工具前端(或枪管)9。
现在说明燃烧射钉枪的操作。用户通过工具支承柄7和枪把5握住燃烧驱动的射钉枪。用户的手指放在发射扳机16上。致动主微型扳机15。电子中央处理单元(CPU)18被告知工具处于操作中。CPU 18接通到如图13所示的具有循环传感器轮21和主供电滑环66的准备气缸驱动装置的电路。致动电动机35。轮21旋转，经由连杆23、曲柄销22和轴承34使得第一活塞24在准备气缸A中向下前进。在准备气缸A内活塞24的上方出现局部真空，导致输送阀32闭合而进气阀31打开。通过进气口30将空气抽入准备气缸A。燃料输送撞针部分25与销27接触，使得气瓶3的头部内的气体阀26打开一小段时间。给定体积的雾化燃料从气瓶3释放出来并穿过通道28到达进气口30。雾化燃料气体与在进气口30处通过阀31向内流动的空气混合，向准备气缸A填充燃料、气体和空气的混合物，如图5所示。参见图6，活塞24沿准备气缸A向上返回，压力升高，闭合阀31并且打开阀32以将空气/燃料混合物从准备气缸A输送给推进气缸B。在活塞24向上运动期间，给电磁排气阀42和45供电，使阀头45打开，以允许燃料/气体空气混合物通过阀32的向内流动从气缸B内的燃烧空间清除剩余的废气，参见图7。当已出现50％的燃料/气体空气混合物相时，滑环67与电磁阀42分离，经由盘簧(未示出)使阀头45闭合并且密封排气口43。活塞24前进到准备气缸A的顶部，将燃料/气体空气混合物输送到推进气缸B的燃烧区域内。滑环69使供电电路与电动机分离。CPU 18接通到冷却风扇电动机41的电路。将工具放置并压靠在工件上，机构61被下压，告知CPU 18工具可安全发射。CPU 18接通到开关机构17的电路，允许主发射扳机16被充分下压。机构17告知CPU 18致动点火器48。推进气缸B的燃烧区域内的燃料/空气混合物点火并发生爆炸，压力迅速升高，导致阀32密封地闭合，参见图8。第二活塞51和推进器55沿气缸B的孔54向下前进。推进器55沿工具前端9将紧固件8向下打入工件。当活塞51沿气缸B向下行进时，在活塞51下方的空气通过排气口60和12排出。当活塞51已经过其行程的90％时，活塞51的下侧与橡胶缓冲器58接触。缓冲器58吸收能量并减慢活塞51的前进。然后，排气口60被打开，允许废气从气缸B释放到空腔57内，然后通过工具壳体排气口13排出。在活塞51的行程的末端，活塞51与冲程传感器59的动力推进器气缸活塞端部接触。传感器59告知CPU 18活塞51的位置。CPU 18向电磁排气阀42通电使其打开，以允许废气通过排气口43从气缸B的顶部排放到空腔57内并通过空腔13排出。缓冲器58内存储的能量使活塞51和推进器55沿推进气缸B内的孔54向上返回。推进气缸B内剩余的废气被通过排气口43清除出去。允许空气通过排气口60和12移动到气缸B内活塞51的下侧，以防止局部真空阻止活塞51返回到气缸B内的孔54的顶部，参见图11和12。CPU 18具有内置的电子定时机构以便操作电磁阀42和冷却风扇41。当活塞51已到达气缸B的孔54的顶部时，CPU 18断开到电磁排气阀42的电路，以允许阀头45闭合。CPU 18允许冷却风扇41在只有一次发射的使用中保持活动大约10秒的一段时间，或者对于连续应用，冷却风扇41可持续保持活动。可在空腔57内结合入与CPU 18通信的温度传感器(未示出)。
图13示出确保在每个工具循环仅需要循环轮21旋转一圈的机械制动/限制机构(未示出)。
图14是图13的机械机构21的可选实施例。在该可选实施例中，电子曲柄角机构70、19a、步进电机35和高压火花机构可以并入CPU 18并与CPU 18通信。
图15示出容纳有例如作为燃料介质的甲醇以及与传统的MAPP气体相反的作为增压介质的液态/气态CO2的高压液体燃料筒。在此情况下，通常以850psi存储燃料允许燃料气体介质更有效地雾化并与气团混合，在燃烧气缸过程中析出更多的能量。还可使用氢气作为燃料气体介质。
图16示出根据本发明的射钉枪的第二实施例。该第二实施例的射钉枪类似于第一实施例的射钉枪，并且使用相同的参考标号指示相同部件。主要区别在于，图2中所示的第一实施例具有连杆23、曲柄销22和轴承34形式的用于在准备气缸A内机械地致动活塞24的致动机构。但是，在该第二实施例中，所述致动机构被一电磁致动机构代替。螺线管气缸(或线圈)102致动活塞24以将气体/燃料空气混合物输送进推进气缸B内。一活塞回位弹簧103连接于活塞24上，以便在螺线管气缸102停止作用时向上推动活塞。此外，气体释放螺线管104替代将燃料输送到进气口30的(第一实施例的)机械装置。准备气缸A还具有排气口105。螺线管102和104均与CPU 18通信并且均被电子地致动。
图17示出根据本发明的射钉枪的第三实施例。该实施例类似于前面的实施例，并且使用相同的参考标号指示相同部件。该实施例显示出许多优选特征，每个优选特征都可代替或补充前面实施例中的相应部件。在以下段落内分别说明所述优选特征。
图17中所示的射钉枪包括第一和第二弹簧偏压球201和202，该弹簧偏压球设置在机构61上，并接合推进器55的底部以保持第二活塞51靠近推进气缸B的顶部。一旦在工具的返回冲程推进器55越过球201和202的上方，则球201和202因弹簧力朝向对方向内移动。在可选设置中，球201和202接合推进器55中的定位凹部，这有利地提供对推进器55的可靠的控制。在使用中，即使在引入压缩的燃料/空气气体混合物时，球201和202仍将第二活塞51和推进器55保持在推进气缸B内较高的位置。当随后将工具放置并压靠在工件上时，机构61被从第一位置下压到第二位置，告知CPU 18工具可安全地发射。当机构61被压下时，第二活塞51也向更高处移动，在点火之前进一步压缩推进气缸B内的空气/燃料气体混合物。点火后，第二活塞51和推进器55被用力向下推进，克服第一和第二弹簧偏压球201和202的弹簧力。当第二活塞51和推进器55完成它们的返回冲程时，第一和第二弹簧偏压球201和202再次接合推进器55的底部。该设置使得由于给予了第二活塞51额外的10％左右的向上行程而可实现高预点火气体压力。
图17中所示的射钉枪的第三实施例示出存在于缓冲器58内部的室203。缓冲器58优选由高级耐用橡胶和分层织物构成以提供耐用性和高弹性。在此构造内，缓冲器58仍将减慢活塞51的行进，然后使活塞51和推进器55沿推进气缸B内的孔54向上返回。为此，还可用弹簧补充缓冲器58。在使用中，当缓冲器58被活塞51压缩时，室203压缩，将加压空气发送出出口阀204，通过输送通道205并进入活塞24的内部接纳器206。缓冲器58和室203从它们的压缩状态弹性地恢复，强制活塞51沿孔54向上返回。室203膨胀的体积导致压降，该压降使出口阀204闭合而注入阀209打开，将新鲜空气抽入室203同时在一定压力下密封输送通道205。这样，通过将加压空气抽吸回准备气缸A以便随后使用可回收浪费的能量。空气/燃料混合物的压力也增加，这进而提高了燃烧效率。
现在将使用图18说明活塞24和内部接纳器206如何相互作用以利用由室203加压的空气。活塞24的运动如在前面实施例中所述的那样发生。每当活塞24处于准备气缸A的顶部时，进气孔207与输送通道205对准。当活塞51的向下运动压缩缓冲器58并由此将输送通道205内的空气压入内部接纳器206时，活塞24处于此顶部位置。如上所述，当活塞51沿孔54向上返回时，出口阀204闭合，保持输送通道205和内部接纳器206被加压。在下一次使用时，活塞24向下行进，密封内部接纳器206。该向下运动同时在准备气缸A内活塞24的上方产生局部真空，导致输送阀32闭合而进气阀31打开。空气和燃料通过进气口30和阀31被抽入准备气缸A。当活塞24接近其行程的底部时，旁路208与旁路开口210对准，允许来自内部接纳器206的加压空气对活塞24上方的空气/燃料混合物加压。由此引起的压力升高使进气阀31闭合。然后，活塞24沿准备气缸A向上前进/返回，压力进一步升高，打开阀32并将空气/燃料混合物从准备气缸A输送进推进气缸B。该设置有利地允许存储来自室203的加压空气以便稍后使用。
图19是第二活塞51的局部放大视图，其中示出密封圈52的一种优选构造。在此构造内，密封圈52由用碳浸渍的特氟隆(Teflon)制成，并且具有如图19所示的横截面形状。密封圈52的材料以及它与孔54之间的小的接触面积导致摩擦阻力最小，这有利地导致使第二活塞51沿推进气缸B向上返回所需的向上的力较小。半柔性唇缘211从密封圈52向上延伸出，并且当唇缘211静止时与孔54间隔开。在点火时，高压作用于第二活塞51和密封圈52的顶部，使得唇缘211从其静止位置向外弯曲靠在孔54上，由此提供更大的气封并使损耗最小。一旦气体压力变小，则密封唇缘211返回到其离开孔54的静止位置，从而在返回冲程期间使阻力最小。
图20是动力推进器气缸盖47的优选的可选构造的放大示意图。在此构造内，混合风扇212可旋转地安装在动力推进气缸B的内部。混合风扇212磁联接到冷却风扇电机41，该电机安装在推进气缸B的外部。混合风扇212和冷却风扇电机41之间的结构部件优选由铝制成。混合风扇212搅动空气/燃料气体混合物以获得更完全的燃烧，提高工具动力输出的可靠性。
图20还示出电磁阀42被平板阀213所替代，该平板阀优选地也被电磁致动。当平板阀线圈215断电时，平板阀弹簧214将平板阀213偏压到打开位置。当CPU 18使平板阀线圈215通电时，电磁力克服平板阀弹簧214以闭合平板阀213。当平板阀213打开时，动力推进气缸B与废气集气室216流体连通，允许从气缸B内的燃烧空间迅速清除剩余的废气。
尽管参照用于推进钉子的射钉枪说明了本发明的上述实施例，但是应当理解，其它未示出的实施例内的本发明也可用于发射其它紧固件，而不局限于此。另外，在其它未示出的实施例内，上述实施例的气体燃烧机构可用于一些在其中推进物体的其它装置中。这种推进装置可具有不同于上述实施例的射钉枪的工具或推进应用。
本文使用的术语“包括”(以及它的语法变化)用于广泛的意义“具有”或“包含”，而非限制性意义“仅由......构成”。
权利要求
1.一种紧固件推进工具，该工具包括穿过其中发射紧固件的工具前端；用于将所述紧固件引入所述工具前端的装载装置；所述紧固件适于被气体燃烧机构推动，其中所述气体燃烧机构包括具有第一活塞和进气口的第一准备气缸，该第一准备气缸经由第一阀装置流体连接到具有第二活塞的第二输出气缸，所述第一准备气缸经由第二阀装置流体连接到燃料气体储存器，所述第一准备气缸适于接纳来自所述燃料气体储存器的燃料气体和通过所述进气口进入的空气，从而在其中形成空气/燃料气体混合物，所述第一活塞适于压缩所述空气/燃料气体混合物，并经由所述第一阀装置将所述空气/燃料气体混合物输送给所述第二输出气缸，所述空气/燃料混合物在第二输出气缸中点燃，并从而朝所述紧固件推动所述第二活塞并将该紧固件推出所述工具前端。
2.根据权利要求1所述的紧固件推进工具，其特征在于，所述第一活塞被机械地致动。
3.根据权利要求1或2所述的紧固件推进工具，其特征在于，所述第二阀装置经由机械致动打开和闭合。
4.根据权利要求1所述的紧固件推进工具，其特征在于，所述第一活塞被电磁致动。
5.根据权利要求1或4所述的紧固件推进工具，其特征在于，所述第二阀装置经由电磁致动打开和闭合。
6.根据权利要求1所述的紧固件推进工具，其特征在于，所述紧固件推进工具是射钉枪。
7.根据权利要求1所述的紧固件推进工具，其特征在于，可沿所述工具前端在第一和第二位置之间移动的机构包括用于接合所述第二位置的锁闭装置，从而当所述机构在接合有所述锁闭装置的情况下从所述第一位置移动到所述第二位置时，所述空气/燃料气体混合物被所述第二活塞进一步压缩，其中源自所述空气/燃料混合物的点燃的向下的力克服所述锁闭装置，并朝所述紧固件推动所述第二活塞。
8.根据权利要求1所述的紧固件推进工具，其特征在于，在所述第二输出气缸的底部附近设置有缓冲器，这种缓冲器适于被所述第二活塞在其行程的末端压缩，其中所述缓冲器随后的恢复还适于强制所述第二活塞沿所述第二输出气缸向上返回。
9.根据权利要求8所述的紧固件推进工具，其特征在于，所述缓冲器的内部形成室，该室适于在所述缓冲器被压缩时经由出口阀通过输送通道将加压空气输送到所述第一准备气缸内。
10.根据权利要求9所述的紧固件推进工具，其特征在于，所述第一活塞具有用于存储所述加压空气的内部接纳器。
11.根据权利要求1所述的紧固件推进工具，其特征在于，围绕所述第二活塞的周边设置有具有半柔性唇缘的密封圈。
12.根据权利要求1所述的紧固件推进工具，其特征在于，混合风扇可旋转地安装于所述第二输出气缸的内部。
13.根据权利要求12所述的紧固件推进工具，其特征在于，安装于外部的电机经由磁耦合驱动所述混合风扇。
14.根据权利要求1所述的紧固件推进工具，其特征在于，所述第二输出气缸经由平板阀排气，当所述平板阀打开时该平板阀使所述第二输出气缸与废气集气室流体连接。
15.一种利用气体燃烧机构推进物体的装置，所述气体燃烧机构包括具有第一活塞和进气口的第一准备气缸，该第一准备气缸经由第一阀装置流体连接到具有第二活塞的第二输出气缸，所述第一准备气缸经由第二阀装置流体连接到燃料气体储存器，所述第一准备气缸适于接纳来自所述燃料气体储存器的燃料气体和通过所述进气口进入的空气，从而在其中形成空气/燃料气体混合物，所述第一活塞适于压缩所述空气/燃料气体混合物，并经由所述第一阀装置将所述空气/燃料气体混合物输送给所述第二输出气缸，所述空气/燃料混合物在第二输出气缸中点燃，并从而朝所述物体推动所述第二活塞并由此推动所述物体。
全文摘要
一种紧固件推进工具，该工具包括穿过其中发射紧固件的工具前端；用于将所述紧固件引入所述工具前端的装载装置。所述紧固件适于被气体燃烧机构推动，所述气体燃烧机构包括具有第一活塞(24)和进气口(31)的第一准备气缸(A)，该第一准备气缸经由第一阀装置(32)流体连接到具有第二活塞(51)的第二输出气缸(B)。所述第一准备气缸经由第二阀装置(26)流体连接到燃料气体储存器(3)，所述第一准备气缸适于接纳来自所述燃料气体储存器的燃料气体和通过所述进气口进入的空气，从而在其中形成空气/燃料气体混合物。所述第一活塞适于压缩所述空气/燃料气体混合物，并经由所述第一阀装置将所述空气/燃料气体混合物输送给所述第二输出气缸，所述空气/燃料混合物在第二输出气缸中点燃，并从而朝所述紧固件推动所述第二活塞并将该紧固件推出所述工具前端。
文档编号B25C1/14GK1917985SQ200480042010
公开日2007年2月21日 申请日期2004年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者R·C·韦布 申请人:多系统私人有限公司