Orificio (52) para una cámara (50) de ventilador que define un volumen formado por al menos una pared vertical (56) generalmente continua que conecta una pared de base horizontal con una pared de salida horizontal (54;

84) opuesta, y que tiene dentro del volumen un ventilador (58) giratorio en un plano generalmente paralelo a un plano de al menos una de las paredes horizontales, comprendiendo el orificio (52): un lado interior (62) situado entre un centro (60) de la pared de salida y un borde exterior (66) de la pared de salida; un lado exterior (64) situado entre dicho lado interior (62) y dicho borde exterior (66) de la pared de salida, estando situado dicho lado interior (62) entre dicho lado exterior (64) y dicho centro (60); y dos lados opuestos (68, 70) que conectan extremos respectivos de dicho lado exterior (64) y dicho lado interior (62), caracterizado porque dicho lado interior (62) forma al menos una línea recta o una línea convexa con respecto a dicho centro (60) de la pared de salida

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un orificio para una cámara de ventilador y, de forma más específica, a herramientas de aplicación de elementos de fijación 5 accionadas por combustión que utilizan una cámara de ventilador que tiene un orificio a través del cual los gases presurizados son expulsados desde un volumen de la cámara hacia un volumen exterior a una presión inferior.

Los dispositivos de combustión de gas son 10 conocidos en la técnica. Una aplicación práctica de esta tecnología se encuentra en las herramientas de aplicación de elementos de fijación accionadas por combustión. Un tipo de tales herramientas, conocido también como las herramientas de marca IMPULSE® para su uso en la 15 aplicación de elementos de fijación en piezas de trabajo, se describe en la patente de Estados Unidos número Re. 32.452 y en las patentes de Estados Unidos números 4.522.162, 4.483.473, 4.483.474, 4.403.722, 5.197.646 y 5.263.439. 20

ITW-Paslode, de Vernon Hills, Illinois, comercializa herramientas similares de aplicación de clavos y grapas accionadas por combustión, con la marca IMPULSE®, así como ITW-S.P.I.T., de Bourg-les-Valence, Francia, con la marca PULSA®. 25

En la Fig. 1 se muestra una herramienta conocida de aplicación de elementos de fijación accionada por combustión. La herramienta 10 incluye un cuerpo envolvente 12 de herramienta generalmente en forma de pistola que encierra un pequeño motor de combustión 30 interna 14. El motor se alimenta mediante un bote de gas combustible presurizado (no mostrado), denominado también pila de combustible. Una unidad de distribución de alimentación electrónica accionada por batería (no mostrada) produce una chispa para el encendido, y un ventilador 16 situado en una cámara de combustión 18 permite obtener una combustión eficaz dentro de la cámara 5 18, facilitando al mismo tiempo procesos auxiliares con respecto a la función de combustión del dispositivo.

Tales procesos auxiliares incluyen: introducir el combustible en la cámara 18; mezclar el combustible y el aire dentro de la cámara 18; y eliminar o evacuar los 10 subproductos de la combustión. Además de estos procesos auxiliares, el ventilador también sirve para enfriar la herramienta y aumentar el rendimiento energético de la combustión. El motor 14 incluye un pistón 20 alternante con una hoja 22 de accionamiento rígida dispuesta dentro 15 de un único cuerpo de cilindro 24.

Un manguito 26 de válvula es alternante axialmente alrededor del cuerpo de cilindro 24 y, a través de un enlace (no mostrado), se mueve para cerrar la cámara de combustión 14 cuando un elemento de contacto 20 de trabajo 28 situado en el extremo del enlace es presionado contra una pieza de trabajo 30. Esta acción de presión también activa una válvula de dosificación de combustible (no mostrada) para introducir un volumen determinado de combustible en la cámara de combustión 18 25 cerrada.

Al apretar un interruptor de gatillo 32, que provoca que una chispa encienda una carga de gas en la cámara de combustión 18 del motor 14, el pistón 20 y la hoja de accionamiento 22 salen disparados hacia abajo 30 para impactar contra un elemento de fijación que ha sido colocado (no mostrado) y aplicar el elemento de fijación en la pieza de trabajo 30. A continuación, el pistón 20 vuelve a su posición original o “preparada”, mediante diferenciales de presión de gas dentro del cuerpo de cilindro 24. Los elementos de fijación son suministrados a modo de cargador a una punta 34, en la que los 5 elementos de fijación se mantienen orientados en una posición adecuada para recibir el impacto de la hoja de accionamiento 22.

Al encender la mezcla combustible de gas de combustible/aire, la combustión en la cámara 18 10 transfiere el gas encendido a través del orificio 36 de la cámara 18, lo que provoca la aceleración del conjunto pistón/hoja de accionamiento 20/22 y la penetración del elemento de fijación en la pieza de trabajo 30, si el elemento de fijación está presente en la punta 34. La 15 presión de combustión en la cámara 18 es una consideración importante, ya que la presión afecta a la cantidad de fuerza con la que el pistón 20 aplicará el elemento de fijación. Otras consideraciones importantes son la cantidad de tiempo necesario para accionar el 20 pistón mediante el gas encendido que pasa a través del orificio 36 y para completar los procesos auxiliares entre los ciclos de combustión del motor.

Durante la combustión, una cantidad significativa de gas debe ser transferida de la cámara de combustión 18 25 al cuerpo de cilindro 24 en poco tiempo. El ventilador 16 acelera este proceso mediante su giro. La eficacia del ventilador 16 se ve afectada significativamente por la manera en que la cámara 18 y el cuerpo de cilindro 24 están diseñados y conectados. El ventilador 16 también 30 tiene otras funciones. El ventilador 16 mezcla el aire y el combustible, purga los gases de escape, refrigera la herramienta 10 y también aumenta el rendimiento energético de la combustión.

Haciendo referencia a las Figs. 2 a 4, se muestran los efectos del giro del ventilador 16 en la cámara 18. Cuando el ventilador 16 gira, se genera un 5 arremolinamiento en la cámara 18 en la dirección A. La velocidad del arremolinamiento es igual a cero en el centro de giro y es máxima más cerca de una pared exterior 38 de la cámara 18. Normalmente, la cámara 18 tiene forma de cilindro para maximizar la eficacia del 10 arremolinamiento en una dirección circular. Generalmente, puede considerarse que el cambio en la distribución de velocidad del arremolinamiento, desde el centro de giro hasta la pared exterior 38, aumenta linealmente y en función del radio de sección transversal circular de la 15 pared cilíndrica 38 de la cámara 18, tal como puede observarse más claramente en la Fig. 2.

El flujo arremolinado es transferido fuera de la cámara 18 a través del orificio 36, situado en una placa superior 40 en forma de disco unida a la pared exterior 20 38. La placa 40 tiene al menos un orificio. Para transferir rápidamente una cantidad significativa de gas a través del orificio 36, el orificio es lo más grande posible, y está situado alejado del centro de la placa 40, hacia la pared exterior 38, donde la velocidad del 25 arremolinamiento es máxima. La zona central de la placa 40 es habitualmente sólida y puede servir como ubicación adecuada para el montaje de una combinación 42 de válvula y limitador, tal como puede observarse más claramente en la Fig. 3, mostrada en relieve. 30

La forma del orificio 36 y de la válvula/limitador 42 determina la distribución de flujo de sección transversal resultante del gas a través del orificio 36. Se ha descubierto que, cuando el orificio 36 es circular, el flujo de sección transversal resultante es elíptico e inconsistente a lo largo y a través del orificio 36, tal como puede observarse más claramente en 5 la Fig. 4. Esta inconsistencia puede hacer que el flujo de gas a través del orificio 36 sea inestable, pudiendo apagar de este modo la llama de un gas encendido que pasa a través del orificio. Aunque este apagado no resulta deseable, puede seguir siendo posible transferir 10 suficiente presión del gas encendido en la cámara 18 para acelerar la hoja de accionamiento 22, incluso si el gas que entra en contacto con el pistón 20 ya no está encendido. Sin embargo, es posible conseguir una combustión con mayor energía evitando el apagado de la 15 llama.

Existen ciertos inconvenientes en el uso de un orificio circular en cámaras de combustión de este tipo. Un orificio circular no permite utilizar la distribución de velocidad natural del flujo generado por el ventilador 20 16. Tal como se ha descrito anteriormente, se considera que la distribución de velocidad del flujo aumenta linealmente en alejamiento del centro de giro. No obstante, por definición, una mitad de la superficie de un orificio circular siempre disminuye en alejamiento del 25 centro de giro. De acuerdo con ello, la superficie lineal del orificio circular 36 más alejada del centro de giro se aproxima a cero donde la distribución de velocidad del flujo es máxima. Por lo tanto, el orificio circular 36 no permite el paso a través del mismo del flujo de gas que 30 tiene la máxima energía, lo cual constituye también un resultado no deseable.

Para extraer más energía de la combustión, se utilizan sistemas con cámaras de combustión múltiples en configuraciones de herramienta similares. Uno de estos sistemas preferidos se describe...

1. Orificio (52) para una cámara (50) de ventilador que define un volumen formado por al menos una pared vertical (56) generalmente continua que conecta una pared de base horizontal con una pared de salida horizontal (54; 84) 5 opuesta, y que tiene dentro del volumen un ventilador (58) giratorio en un plano generalmente paralelo a un plano de al menos una de las paredes horizontales, comprendiendo el orificio (52):

un lado interior (62) situado entre un centro 10 (60) de la pared de salida y un borde exterior (66) de la pared de salida;

un lado exterior (64) situado entre dicho lado interior (62) y dicho borde exterior (66) de la pared de salida, estando situado dicho lado interior (62) entre 15 dicho lado exterior (64) y dicho centro (60); y

dos lados opuestos (68, 70) que conectan extremos respectivos de dicho lado exterior (64) y dicho lado interior (62),

caracterizado porque dicho lado interior (62) 20 forma al menos una línea recta o una línea convexa con respecto a dicho centro (60) de la pared de salida.

2. Orificio según la reivindicación 1, en el que la pared de salida horizontal es una placa (54) que tiene una forma generalmente circular. 25

3. Orificio según la reivindicación 2, en el que dichos lados opuestos (68, 70) están formados a lo largo de radios de dicha forma generalmente circular (84).

4. Orificio según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que dichos lados opuestos (68, 70) son paralelos a un 30 diámetro de dicho círculo.

5. Orificio según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dichos lados interior y exterior (62, 64) tienen forma de arcos de un círculo.

6. Orificio según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho lado interior es paralelo a dicho lado 5 exterior.

7. Orificio según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el orificio forma generalmente un rectángulo.

8. Orificio según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dichos lados opuestos (68, 70) no son paralelos 10 entre sí, con una abertura progresivamente más estrecha al acercarse a dicho centro (60), para corresponderse con una distribución de velocidad relativa de un gas que el ventilador giratorio arremolina a través del orificio.

9. Cámara de ventilador, que comprende: 15

una pared de base generalmente horizontal;

una pared de salida generalmente horizontal (54; 84);

una pared vertical continua (56) que conecta dicha pared de base a dicha pared de salida (54; 84); y 20

un ventilador (58) dentro de la cámara (50), y que es giratorio dentro de un plano generalmente paralelo al menos a dicha pared de base o de salida; y

un orificio (52) situado en dicha pared de salida horizontal (54; 84), según una de las reivindicaciones 1 25 a 8.

10. Cámara de ventilador según la reivindicación 9, en la que

dicho lado exterior (64) tiene una longitud igual o superior a una longitud de dicho lado interior (62). 30

11. Cámara de ventilador según una de las reivindicaciones 9 y 10, que comprende además una válvula (72), estando dispuesta dicha válvula para cubrir dicho orificio (52) fuera de la cámara (50) y permaneciendo cerrada normalmente, pero abriéndose cuando la presión dentro de la cámara (50) es superior a la presión fuera de la cámara. 5

12. Cámara de ventilador según la reivindicación 11, que comprende además un limitador (74) de válvula dispuesto fuera de la cámara (50) para cubrir dicha válvula (72) y dicho orificio (52).

13. Cámara de ventilador según la reivindicación 12, en 10 la que un extremo de dicho limitador (74) de válvula está montado en dicha zona central de dicha pared de salida horizontal (54), y otro extremo de dicho limitador (74) de válvula se abre en alejamiento de dicha pared de salida (54) más cerca de dicha pared vertical (56). 15

14. Cámara de ventilador según la reivindicación 13, en la que una forma de dicho limitador (74) de válvula forma una rampa que se abre cada vez más a medida que aumenta la distancia al centro (60), de modo que se corresponde mejor con la distribución de velocidad de sección 20 transversal de un gas que dicho ventilador giratorio (58) hace salir de la cámara a través de dicho orificio (52).

15. Cámara de ventilador según una de las reivindicaciones 9 a 14, que comprende además al menos una abertura de entrada o una abertura de recirculación 25 situada a lo largo de dicha pared vertical (56).

16. Dispositivo accionado por combustión de gas con cámaras múltiples, que comprende:

un ventilador giratorio (58) que arremolina un gas combustible dentro del dispositivo; 30

una primera cámara (50) que define un primer volumen;

una segunda cámara que define un segundo volumen; y

un orificio de comunicación (52) entre dicho primer volumen y dicho segundo volumen, estando configurado y dispuesto dicho orificio de comunicación 5 (52) según una de las reivindicaciones 1 a 8.

17. Dispositivo según la reivindicación 16, que comprende además medios de encendido situados en dicha primera cámara para encender un gas combustible, y dicho ventilador giratorio (58) está situado en dicha primera 10 cámara (50) corriente abajo con respecto a dichos medios de encendido.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 16 y 17, que comprende además al menos una abertura de entrada situada entre dichos medios de encendido y un plano de 15 giro del ventilador en una pared (56) de dicha primera cámara (50) perpendicular a dicho plano de giro del ventilador, o una abertura de recirculación situada en dicha pared perpendicular (56) entre dicho plano de giro del ventilador y dicho orificio de comunicación (52). 20

19. Dispositivo según una de las reivindicaciones 16 a 18, que comprende además:

una abertura en dicha segunda cámara;

una cámara de pistón (24) en comunicación con dicha segunda cámara a través de dicha abertura en dicha 25 segunda cámara; y

un pistón (20) dispuesto en dicha cámara de pistón, y configurado y dispuesto para permitir que una presión de combustión en dicho segundo volumen accione dicho pistón en una dirección en alejamiento de dicha 30 segunda cámara.

20. Dispositivo según una de las reivindicaciones 16 a 19, que comprende además una válvula reed (72) y un limitador (74) de válvula dispuestos sobre dicho orificio (52) corriente abajo con respecto a dicho chorro de gas encendido, permaneciendo dicha válvula (72) cerrada 5 normalmente, pero abriéndose cuando la presión en dicho segundo volumen es inferior a la presión en dicho primer volumen.

21. Método para transferir un gas de una primera cámara (50) a una segunda cámara en comunicación con la primera 10 cámara (50), que comprende las etapas de:

arremolinar el gas en la primera cámara (50); y

comunicar un volumen en movimiento de dicho gas arremolinado de la primera cámara (50) con la segunda cámara, a través de un orificio de comunicación (52) 15 según una de las reivindicaciones 1 a 8, que conecta la primera y segunda cámaras, de forma proporcional a una distribución de velocidad progresiva de dicho volumen en movimiento en la primera cámara.