САМОЗАПУСКАЕМЫЙ ПОРТАТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 1995 года по МПК B25C1/10 

Изобретение относится к самозапускаемому портативному инструменту, который использует линейный мотор, который является независимым и работает на продуктах сгорания. Для него не требуется отдельный пусковой механизм.

Изобретение относится к самозапускаемому инструменту, приводимому в действие газами, образующимися при сгорании топлива и воздушной смеси внутри замкнутого пространства.

На фигурах показаны два варианта инструмента, использующие линейный мотор, в котором выходное усилие линейного мотора создается независимо от перемещения самого мотора. В частности, изолированная камера сгорания имеет подачу смеси топлива и воздуха, которая воспламеняется, чтобы привести в действие мотор, а через него инструмент. В данном случае никакой пусковой механизм не нужен.

На фиг. 1 изображен инструмент в разрезе, основные элементы которого находятся в положении до начала работы инструмента; на фиг. 2 тот же, инструмент в разрезе, при положении основных элементов у нижнего конца цилиндра в конце хода линейного мотора; на фиг. 3 частичный разрез элементов, образующих устройство воспламенения для инструмента, показанного на фиг. 1; на фиг. 4 показана цепь воспламенения инструмента по фиг. 1; на фиг. 5 представлен инструмент согласно изобретению, вариант; на фиг. 6 механизм захвата для инструмента, показанного на фиг. 5; на фиг. 7 частичный разрез механизма захвата; на фиг. 8 механизм воспламенения инструмента, показанного на фиг. 5; на фиг. 9 клапан дозировки топлива в разрезе; на фиг. 10 источник топлива в разрезе; на фиг. 11 разрез на фиг. 10.

Изобретение может быть использовано для многих типов инструментов. На фигурах показаны и далее описываются два варианта инструмента согласно изобретению, однако такие варианты приведены лишь в качестве примеров и не ограничивают сферы изобретения.

На фиг. 1-4 показан самозапускаемый портативный инструмент с использованием нового линейного мотора.

На фиг. 1 показан инструмент 1 для постановки крепежа, основные элементы которого прикреплены к полому корпусу 2. Корпус 2 инструмента имеет три основные секции: гильзу 3, удлиненную ручку 4, проходящую горизонтально наружу от середины гильзы, и основание 5, проходящее под гильзой и ручкой. Внутри гильзы 3 имеется основной цилиндр 6, в котором расположен линейный мотор. Цилиндр 6 имеет открытый торец. Далее он упоминается как "основной цилиндр". Диаметр основного цилиндра 6 относительно диаметра гильзы 3 корпуса 2 выбран таким, чтобы получить открытую кольцевую зону или область 7. Гильза корпуса 2 имеет расположенные по окружности отверстия 8, которые позволяют воздуху проходить свободно вокруг внешней части основного цилиндра 6. Ближе к дну цилиндра 6 располагаются отверстия 9, которые отсекаются выхлопными клапанами 10, чтобы регулировать поток газа из цилиндра 6.

Поршень 11 перемещается между противоположными концами основного цилиндра 6. Перемещение вверх и вниз поршня составляет рабочий и обратный ходы. Клапаны 10 позволяют газу над поршнем, когда поршень проходит отверстия 9 и одноходовые обратные клапаны 12, выходить, при этом клапаны остаются закрытыми во время перемещения поршня вниз, обеспечивая сжатие воздуха ниже поршня, и буфер предотвращает зацепление поршнем дна цилиндра. Такие клапаны 12 также открывают и вводят воздух в пространство ниже поршня, после того как поршень начинает возвращаться в исходное положение.

Поршень 11 содержит пару круглых колец, которые имеют такие размеры, чтобы фрикционные усилия между поршнем и внутренними стенками основного цилиндра были достаточно большими, чтобы в отсутствие разности давления в поршне он оставался на месте относительно внутренних стенок основного цилиндра, когда он возвращается в исходное положение. Перемещение вверх поршня 11 ограничено за счет перекрытия цилиндра 6.

Пусковой механизм 13, установленный на рукоятке, содержит рычаг 14, который шарнирно соединен с пьезоэлектрической цепью 15 зажигания с помощью пальца 16. Пусковая кнопка (триггер) 17 соединена шарнирным пальцем 18 с механизмом 19 впрыска топлива.

Механизм впрыска топлива, который вводит определенное дозированное количество топлива в камеру сгорания, содержит исполнительное звено 20, которое соединяет триггер 17 с кулачковым механизмом 21. Работа триггера через рычажную передачу 20 и кулачковый механизм 21 заставляет перемещаться топливный бак 22 влево, что приводит к нажатию выпускного сопла 23, за счет чего вводится определенное количество топлива в канал 24 от клапана 25. Резервуар 22 удерживается в этом положении с помощью крышки 26, которая соединена с верхним кронштейном 27. Когда триггер высвобождается, пружина 28 возвращает топливный резервуар в положение, показанное на фиг. 2.

Топливо, введенное в камеру 29 сгорания, воспламеняется от запальной свечи 30, питающейся от пьезоэлектрической цепи 15 зажигания. Фиг. 3 и 4 показывают такую цепь. Согласно известному пьезоэлектрическому эффекту напряжение подается к противоположным сторонам особых кристаллов 31, 32, когда они прижимаются. Здесь используется кулачковый механизм, приводимый в действие рычагом 14 и шарнирным пальцем 16, который прижимает вместе два кристалла 31 и 32. Регулировочный винт 33 позволяет регулировать предварительную нагрузку. Схема электрической цепи между запальной свечой 30 и пьезоэлектрической запальной цепью 15 показана на фиг. 4 и включает конденсатор 34 и выпрямитель 42. Конденсатор 34 накапливает энергию до тех пор, пока не возникает искра, а выпрямитель 42 позволяет искре возникнуть, когда триггер приведен в действие, и препятствует ее появлению, когда триггер выключен. Пьезоэлектрическая запальная цепь 15 включается, когда рычаг 14 поднят триггерным механизмом. До того, как запальная цепь сможет повторить цикл, рычаг 14 должен опуститься и направить кулачок для прижатия кристаллов 31 и 32 вместе.

Механизм замыкания запальной цепи предотвращает срабатывание инструмента до тех пор, пока все его элементы не установятся в определенном положении. Он включает звенья, которые соединены с триггерным механизмом натяжной пружиной 35 и осью 36 шарнира. При расположении пальца 37 в отверстии 38 на ручке 4, пока цилиндр 39 перемещается вверх при перемещении вверх стержней 40, 41, триггер не может приводиться в действие, обеспечивая искру для зажигания топлива в камере сгорания. Перемещение вверх стержней 40, 41 перемещает звенья 43 вверх и вытягивает палец 37 из паза 38, обеспечивая тем самым перемещение триггера 17 вверх, чтобы подать дозу топлива в камеру сгорания и привести в действие пьезоэлектрическую цепь. В ином случае триггер не может обеспечивать ввод топлива и искру до тех пор, пока изделие не переместит направляющий узел вверх, за счет чего отливка 44 переместится вверх, высвобождая триггер 17.

Когда инструмент устанавливается на изделии, основной подъемный стержень нажимается, как показано на фиг. 2, при этом преодолевается усилие смещающей пружины 45, перемещая подъемные стержни 40, 41, и цилиндр 39 из своего нижнего положения, показанного сплошными линиями, перемещается в верхнее положение, показанное пунктирными линиями, отсекая камеру 29 сгорания. Такое перемещение вверх подъемных стержней также приводит в действие механизм 46 замыкания запальной цепи. Иными словами звенья 43 и связанные с ними пальцы 37 вытягиваются из паза 38, позволяя триггеру 17 переместиться вверх. Перемещение вверх триггера 17 приводит к тому, что механизм впрыска топлива приводится в действие за счет перемещения резервуара влево под действием звена 20 и кулачкового механизма 21. Это приводит к зацеплению узла дозирующего клапана 25 и вводу дозированного топлива в канал 24 и камеру 29 сгорания. Во время перемещения вверх триггера 17 кристаллы 31 и 32 прижимаются вместе, за счет чего воспламеняется запальная свеча 30 от приведенной в действие пьезоэлектрической цепи 15.

Перемещение поршня 11 в рабочем ходе приводит к сжатию воздуха внутри основного цилиндра 6, ограниченного нижней поверхностью 47 поршня, и внутри опорной отливки 48. Когда давление возрастает ниже поршня 11, выхлопной клапан 10 на боковых стенках основного цилиндра 6 остается открытым. Пока выхлопной клапан 10 открыт, давление не может расти на нижней поверхности 47 поршня 11. Когда поршень 11 проходит ниже окон 9, воздух, ограниченный нижней поверхностью поршня и внутри опорной отливки, изолирован от атмосферы, и давление на нижнюю поверхность 47 поршня быстро возрастает. Камера сгорания может быть построена и в нижнем конце основного цилиндра, который функционирует как демпфер, чтобы предотвратить столкновение поршня с опорной отливкой 48.

Поскольку поршень 11 прошел окна 9 на боковых стенках основного цилиндра 6, газы от сгорания топлива свободно проходят из основного цилиндра 6 через выхлопной клапан 10 в атмосферу. Температура газов в камере сгорания быстро падает от 2000 до 70^оС за 70 мс за счет расширения газов, когда поршень проходит вниз, и охладительного эффекта стенок, окружающих газы, и такое быстрое падение температуры создает вакуум внутри камеры 29 сгорания. Поскольку давление внутри камеры сгорания ниже атмосферного, выхлопной канал 10 закрывается.

Как только давление на верхнюю поверхность 49 поршня 11 становится меньше, чем давление на нижнюю поверхность 47, поршень начинает выдавливаться вверх, совершая обратный ход. Первоначально такое перемещение вверх вызывалось расширением сжатого воздуха внутри камеры сгорания (фиг. 2). Последующее перемещение вызывается давлением атмосферы, поскольку конечный вакуум, образованный в камере 29 сгорания, мал. Дополнительный воздух подается к нижней поверхности 47 поршня 11 через обратные клапаны 12, которые открыты под действием атмосферного давления.

На фиг. 5-8 показан инструмент, также, использующий новый линейный мотор. Во многих отношениях он сходен с инструментом, показанным на фиг. 1-4.

Механизм для установки верхнего цилиндра 39, который составляет основной клапан для контроля открывания и закрывания камеры 29 сгорания, несколько отличается от того, что показано на фиг. 2. В частности, перемещение вверх подъемного стержня 50 при установке инструмента в контакте с изделием перемещает опору 51 вверх против действия пружины 45. Как показано на фиг. 6 и 7, опора 51 стержня имеет Х-образную форму и соединена с каждым из выступов стержней 52, 53, 54 и 55, которые, как показано на фиг. 6, имеют верхние концы, расположенные в круглом отверстии 56 цилиндра 39. Зацепление подъемного стержня 50 с изделием приводит к подъему опоры 51 стержня и стержней 52-55, перемещая цилиндр 39 вверх и вводя верхнюю часть цилиндра 39 в плотный контакт с уплотнительным кольцом 57, а нижнюю часть цилиндра в плотный контакт с кольцом 58, отсекая камеру сгорания.

Другое отличие между двумя инструментами заключается в том, что в инструменте, показанном на фиг. 5, перемещение вверх цилиндра 39 приводит к вводу дозы топлива в камеру сгорания. Такое действие происходит при зацеплении цилиндром 39 рычага 59 крышки 60. Перемещение вверх крышки 60 приводит к ее поворачиванию по оси 61, в результате чего клапан 62 перемещается внутрь, позволяя пропустить дозу топлива в канал 24, ведущий к камере 29 сгорания. Перемещение против часовой стрелки топливного резервуара 22 обеспечивается упругой прокладкой 63, на которой находится резервуар 22.

Другое отличие между вариантами инструмента заключается в нижнем механизме безопасности, показанном на фиг. 5, который предотвращает перемещение триггера, чтобы привести в действие инструмент до тех пор, пока он не зацепится с изделием. Инструмент, показанный на фиг. 5, использует затворный механизм 64 безопасности, который при выведении инструмента из зацепления с изделием устанавливается так, чтобы рычаг 65 предотвращал перемещение триггера 17 с помощью зацепления между рычагом 65 и фланцем 66, который проходит наружу от стойки 67 триггера. Затвор 64 триггера удерживается в положении, показанном на фигуре, за счет действия торсионной пружины 68, которая располагается у пальца 69, за счет чего затвор соединяется с корпусом инструмента. Видно, что затвор 64 перемещается из зацепления с триггером 17 при перемещении вверх подъемного стержня 50. Подъемный стержень 50 соединен с кольцом 70 через цилиндрический прилив 71. Кольцо 70 имеет рычаг 72, который нормально находится в зацеплении с рычагом 73 затвора. Таким образом, когда подъемный стержень 50 перемещается вверх, рычаг 72 кольца поворачивает затвор 64 в часовом направлении, перемещая рычаг 65 затвора из зацепления с фланцем 66. Триггер 17 теперь свободен перемещаться и при перемещении вверх двигает рычаг 74, который приводит в действие пьезоэлектрическую цепь, чтобы послать искру к свече 30 и воспламенить топливно-воздушную смесь, находящуюся в камере сгорания.

Работает инструмент, показанный на фиг. 5-8 следующим образом.

Перемещение вверх цилиндра 39 в дополнение к изоляции камеры сгорания приводит к вводу определенного количества топлива в камеру сгорания через канал 24. Это происходит в результате того, что цилиндр 39 зацепляется с рычагом 59 крышки 60, который действует на крышку 60, поворачивая ее вверх и перемещая резервуар 22 против часовой стрелки для выдачи определенного количества топлива в камеру 29.

Перемещение вверх подъемного стержня 50 двигает затвор 64 по часовой стрелке, расцепляя затвор и триггерный механизм, чтобы позволить триггеру 17 переместиться вверх. Перемещение вверх триггера 17 приводит к срабатыванию пьезоэлектрической запальной цепи, которая включает запальную свечу 30 в камеру 29 сгорания. Поршень затем перемещается вниз. Обратное действие поршня и продувка камеры сгорания идентичны тому, что описывалось при рассмотрении фиг. 1.

Подача топлива для инструментов, изображенных на фиг. 1-4 и 5-8.

Предпочтительная форма дозирующего клапана показана в позиции 75 на фиг. 9. Клапан 75 содержит корпус 76, имеющий шток 77 впуска топлива и шток 78 выпуска топлива, имеющих каналы 79 и 80. Корпус 76 содержит прокладку 81, установленную внутри цилиндрической полости 82. Прокладка 81 имеет цилиндрическую полость 83, которая образует дозирующую камеру. Спиральная пружина 84 установлена в цилиндрической полости 85 в корпусе 76 и упирается в седло 86, расположенное у конца 87 с меньшим диаметром штока 78. Кольцо 88 располагается вокруг части 87 штока и плотно располагается между фланцем 89 на прокладке 81 и манжетом 90. Пробка 91 ввернута в корпус 76 клапана и упирается в гибкий манжет 92. Пробка 91 удерживает шток 78 от осевого перемещения. Радиально проходят выпускные отверстия 93. Шток 78 предназначен для выпуска жидкого топлива в распыленной форме в канал 24, ведущий к камере сгорания.

Доза жидкого топлива внутри дозирующей камеры 83 попадает в канал 80, когда шток 78 перемещается внутрь, поскольку отверстия 93 располагаются влево от манжета 92, и сжиженный газ расширяется в камере сгорания по каналам 80 и 24. Когда шток 78 смещен вправо, как показано на фиг. 9, под действием пружины 84, наклонная часть штока 78 перемещается от кольца 88 и свежая доза сжиженного топлива проходит в камеру 83 между частью 87 штока и кольцом 88.

Корпус 76 дозирующего клапана связан с резервуаром 94 сжиженного газа за счет вставления всасывающего штока 77 внутрь выпускного канала 95 в верхнем конце резервуара 94. Выпускной канал 95 связан с обычным клапаном 96. Резервуар 94 предпочтительно изготавливается из металла, чтобы обеспечить соответствующую прочность, и внутри резервуара имеется полость 97 обычно крестообразной формы, которая имеет нарезную верхнюю часть 98, ввернутую в клапан 96. Полость 97 сжимается и содержит определенный объем сжиженного газа. Соответствующее топливо 99, например пропан, находится между полостью 97 и внутренней стенкой резервуара 94 для подачи давления в полость 97 для выдавливания жидкого топлива наружу из клапана 96 и в дозирующий клапан через всасывающий канал 79.

В наиболее предпочтительной форме согласно изобретению соответствующая смазывающая среда диспергирована в жидком топливе в полости 97. Смазывающая среда может быть маслом, которое смешивается в незначительных процентах с жидким газом в полости 97. Такая смазывающая среда не только не мешает воспламенению жидкого топлива в камере сгорания или распространению пламени, но также уменьшает износ перемещающихся частей, продлевая тем самым срок пользования дозирующего клапана и других подвижных частей инструмента.

Портативный инструмент, приводимый в действие газом, с таким линейным мотором может быть использован для различных целей в зависимости от инструмента, соединенного с мотором. Например, как показано на вариантах фиг. 1-4 и 5-6, он может использоваться для установки крепежа. Кроме того, можно использовать инструмент с соответствующим набором приставок к линейному мотору для срезания сучков на древесине, соединения колец, постановки меток для животных, пробивки отверстий, маркировки металлических пластин и т.д. Можно также использовать инструмент в тех случаях, где требуется большое усилие. Инструмент совершенно незначительных размеров, портативен, имеет малый вес и может использоваться автономно, поскольку ему не нужен внешний источник энергии, например сжатого воздуха.

Инструмент, приводимый в действие линейным мотором, имеет множество преимуществ и положительных сторон. Возможны многие варианты, модификации и изменения.

Саморегулируемый портативный инструмент используется для привода различных приспособлений и повышает их эффективность. Сущность изобретения: самозапускаемый портативный инструмент содержит корпус 2, расположенный в нем удлиненный цилиндр 6, поршень 11 с верхней 49 и нижней 47 поверхностями, причем поршень 11 установлен в цилиндре 6 для привода между верхним положением покоя и нижним положением и образует элемент двигателя, камеру 29 сгорания, выполненную в корпусе, средство для получения воздушно-топливной смеси в камере 29, средства 30 для зажигания и воспламенения смеси в камере 29 сгорания для привода поршня 11 из верхнего положения в нижнее положение для приведения в действие рабочего элемента, причем верхняя поверхность 49 поршня 11 образует стенку камеры 29 сгорания. Средство для перемещения поршня 11 вверх через возвратный ход из нижнего положения в верхнее положение покоя содержит отверстия 9 в удлиненном цилиндре 6 между его торцами для соединения цилиндра 6 с окружающей атмосферой и расположено ниже верхнего положения покоя и выше нижнего положения поршня 11, в силу чего, когда поршень 11 приводится в направлении нижнего положения, он способен перемещаться за отверстия 9 для соединения таким образом камеры 29 сгорания отверстиями 9 и для выпуска из камеры сгорания. Кроме того, инструмент содержит средства, расположенные в нижнем торце цилиндра 6 и используемые в качестве буфера, который обеспечивает начальное перемещение поршня 11 вверх из нижнего положения, при этом поршень 11 приводится для последующего перемещения в верхнее положение покоя давлением атмосферы на нижнюю 47 поверхность поршня и тепловым вакуумом, образованным в камере сгорания. 11 ил.

САМОЗАПУСКАЕМЫЙ ПОРТАТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ, содержащий корпус с днищем, расположенный в нем цилиндр, поршень с верхней и нижней поверхностями, размещенный в цилиндре, рабочий элемент, приводимый в действие от двигателя поршня, камеру сгорания, часть стенки которой образована верхней поверхностью поршня, средства для получения топливовоздушной смеси, средства для воспламенения смеси и привода поршня из верхнего положения в нижнее, отверстие, выполненное в цилиндре между его торцами, сообщающее цилиндр с атмосферой и размещенное между верхним положением поршня и нижним положением поршня с возможностью его сообщения с камерой сгорания и выхлопа из последней при нахождении поршня в нижнем положении, и средства для амортизации поршня, образованные при помощи нижней поверхности поршня и нижней части цилиндра и ограничивающие герметичную воздушную демпфирующую камеру, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, в цилиндре выполнено по меньшей мере одно дополнительное отверстие, в зоне отверстий установлены выхлопные клапаны, открывающиеся при давлении в цилиндре ниже поршня, превышающем атмосферное, причем в днище корпуса установлены по меньшей мере два одноходовых обратных клапана, открывающиеся при движении поршня вверх.