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˜ OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS

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˜ ESPANA

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TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA

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kN´umero de solicitud europea: 98950804.9 kFecha de presentaci´on: 29.09.1998 kN´umero de publicaci´on de la solicitud: 0 941 153 kFecha de publicaci´on de la solicitud: 15.09.1999

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54 T´ıtulo: Herramienta de percusi´ on rotativa con martillo de perfil de evolvente.

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73 Titular/es: INGERSOLL-RAND COMPANY

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72 Inventor/es: Thompson, Scott C. y

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74 Agente: Tavira Montes-Jovellar, Antonio

30 Prioridad: 02.10.1997 US 942625

200 Chestnut Ridge Road Woodcliff Lake New Jersey 07675-8738, US

45 Fecha de la publicaci´ on de la menci´on BOPI:

01.02.2003

45 Fecha de la publicaci´ on del folleto de patente:

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01.02.2003

Aviso:

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Cooper, Timothy R.

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En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicaci´on en el Bolet´ın europeo de patentes, de la menci´on de concesi´on de la patente europea, cualquier persona podr´a oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposici´on deber´a formularse por escrito y estar motivada; s´olo se considerar´a como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposici´ on (art. 99.1 del Convenio sobre concesi´on de Patentes Europeas). Venta de fasc´ ıculos: Oficina Espa˜ nola de Patentes y Marcas. C/Panam´ a, 1 – 28036 Madrid

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DESCRIPCION Herramienta de percusi´ on rotativa con martillo de perfil de evolvente. Este invento se refiere a una herramienta mec´anica de percusi´on rotatoria que da en r´ apida sucesi´on una serie de fuerzas o golpes de percusi´ on rotatoria. Las herramientas de este tipo se utilizan normalmente para apretar o aflojar tuercas o tornillos o elementos similares de par elevado. En el documento US-A-2 285 638 se describe un mecanismo de llave de percusi´on rotatoria usual, conocido como mecanismo de “peso basculante”. Aunque este mecanismo era bastante poco eficaz, fue uno de los primeros en proporcionar fuerza rotatoria en una serie de golpes de percusi´ on. La capacidad de proporcionar una serie de golpes de percusi´on ofrece a un operario una ventaja enorme, ya que ´este puede sostener f´ısicamente la llave de percusi´ on mientras produce fuerzas de par muy elevado en impulsos o percusiones muy cortas. La ventaja de aplicar impulsos percutores de par elevado y corta duraci´on es que una persona normal puede seguir sosteniendo f´ısicamente la herramienta mientras aplica fuerzas de par muy elevado. Si el par se aplicara de manera continua, producir´ıa una fuerza de reacci´on confirma, de sentido contrario, en la herramienta que ser´ıa demasiado grande para que una persona normal pudiera sostenerla. El mecanismo de “peso basculante” result´o muy mejorado por el invento de Spencer B. Maurer, tal como se describe en el documento US-A-3 661 217. Esta patente describe un mecanismo de llave percutora de peso basculante con un pirotado martillo que est´ a considerablemente libre de tensiones durante la percusi´on. El mecanismo de “peso basculante” de Maurer tiene un martillo basculante articulado en un nuevo tipo de pivote con un centro de masa del martillo cerca del centro de rotaci´ on del mecanismo. Esto permite que el mecanismo de peso basculante aplique un golpe m´ as equilibrado a un yunque y, finalmente, al eje de salida para apretar o aflojar tornillos, por ejemplo. El problema con el mecanismo de Maurer es que las superficies de percusi´ on curvas entre el martillo y el yunque en el interior de la herramienta donde se generan los impulsos de par tienen que absorber fuerzas y tensiones elevadas. Esto origina problemas de duraci´ on, p´erdida de transmisi´on de energ´ıa a la uni´ on y un funcionamiento inadecuado del mecanismo. Seg´ un el presente invento, se proporciona una herramienta de percusi´ on rotatoria que tiene un mecanismo interno para producir percusiones rotatorias de corta duraci´ on en el que el mecanismo consta, en combinaci´on, de una carcasa (10), un motor, un eje de salida (19), una mand´ıbula de yunque receptora de la percusi´ on (23) dispuesta generalmente en la periferia del mencionado eje de salida, un miembro de martillo para proporcionar fuerza giratoria a la mencionada mand´ıbula de yunque, teniendo el mencionado miembro de martillo una mand´ıbula percutora que proporciona la percusi´ on (27) para interactuar con la mencionada mand´ıbula de yunque (23) y proporcionar la mencionada fuerza giratoria; caracterizada 2

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porque la mencionada mand´ıbula percutora (27) tiene una superficie curva de golpeo con un perfil de evolvente (62) que es transversal respecto al eje de giro del mencionado eje de salida (19). Para una mejor comprensi´ on del invento y para mostrar c´ omo ´este puede ponerse en pr´ actica, se har´a referencia ahora, como ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los que: la Fig. 1 es una vista lateral de una herramienta de percusi´ on que muestra un mecanismo percutor en secci´on longitudinal; las Figs. 2a.- h., 3, 4, 5, y 6 son vistas en secci´on parcial tomadas a por la l´ınea A-A de la Fig. 1; Las Figs. 2a.a- h. muestran una serie de vistas en secci´on del mecanismo con un martillo de radio constante como el utilizado en el mecanismo de Maurer; La Fig. 3 muestra una vista ampliada del mecanismo al iniciarse la percusi´on en el caso de un martillo de radio constante; La Fig. 4 muestra el inicio de la percusi´on en el caso del mecanismo con un martillo en evolvente; La Fig. 5 muestra la conclusi´ on de la percusi´on en el caso del mecanismo con un martillo de radio constante; y La Fig. 6 muestra la conclusi´on de la percusi´on en el caso del mecanismo con un martillo en evolvente. Con referencia a los dibujos, en particular la llave de percusi´on rotatoria 1 mostrada en la Fig. 1, el car´acter de referencia 10 identifica la carcasa de la llave neum´ atica. Los motores neum´aticos usados en herramientas de este tipo son bien conocidos en la industria y no es necesario describirlos en detalle. Un eje de salida 11 del motor neum´ atico se acopla mediante estr´ıas engranadas 12, 13 a una jaula o miembro portador 15 que est´ a soportado a rotaci´ on mediante el casquillo 17 en el eje 19 de salida de potencia de la herramienta 19. El eje motor 11 est´ a alineado coaxialmente con el eje de salida de potencia 19. En contraste, el miembro de jaula 15 est´ a montado coaxialmente alrededor del eje de salida 19, y est´a montado para girar con respecto al eje de salida 19. El miembro de jaula 15 consta de un par de placas de extremo 14 espaciadas longitudinalmente unidas por un par de montantes 16 espaciadas diametralmente y que se extienden longitudinalmente, que unen las placas de extremo 14. Refiri´endonos ahora a la Fig. 3, la parte del extremo posterior del eje de salida 19 est´ a formada de manera enteriza con un yunque que lleva una mand´ıbula de yunque 23, que se extiende generalmente de forma radial hacia fuera desde ´el y que proporciona una superficie 20 receptora de la percusi´ on de avance y una superficie 20 receptora de la percusi´on de retroceso. Refiri´endonos brevemente de nuevo a la Fig. 1, el extremo anterior del eje de salida 19 se soporta con el casquillo 9, que est´ a montado en el extremo delantero de la carcasa 10 de la herramienta. Refiri´endonos de nuevo a la Fig. 3, dentro del di´ ametro interno del miembro de jaula 15 hay un conducto 18 a lo largo de uno de los montantes 16 en el que est´a situado un pasador de rodillo

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o pivote 22, formando, en efecto, una conexi´ on oscilante. El pasador 22 es un pasador de rodillo alargado alrededor del cual puede girar parcialmente parte de un miembro de martillo hueco 25. El miembro de martillo hueco 25 est´a montado alrededor del eje de salida 19. De esta manera, el miembro de martillo 25 est´a colocado de forma pivotante contra el miembro de jaula 15 alrededor de un eje de inclinaci´ on formado por el pasador 22 de modo que gira con el miembro de jaula bajo el impulso del eje de salida 11 del motor, y adicionalmente puede moverse con un movimiento pivotante angular, con relaci´ on al miembro de jaula 15, alrededor del del eje de inclinaci´ on desplazado con respecto al eje de giro del miembro de jaula, pero paralelo al mismo. El miembro de jaula 15 tiene un segundo montante 36, dentro del cual est´a formado un segundo canal 38. En el canal 38 hay un segundo pasador de rodillo 42. El miembro de martillo hueco 25 tiene una ranura 44 formada en su superficie. La ranura 44 permite que al miembro de martillo hueco 25 gire en un ´angulo finito con respecto al montente 16, de forma que el pasador 42 bloquea el giro del miembro de martillo hueco m´ as all´ a del punto en el que los bordes de la ranura apoyan contra el pasador 42. El miembro de martillo hueco 25 tiene en su superficie interna 26 una mand´ıbula percutora de avance o superficie 27 y una mand´ıbula percutora de retroceso o superficie 28 que pueden desplazarse dentro y fuera de la trayectoria de las superficies receptoras de la percusi´ on 20, 21 respectivamente, seg´ un la herramienta funcione en el sentido de avance o retroceso. El martillo 25 est´a formado como secci´on transversal o mitades sim´etricas unidas seg´ un un plano perpendicular a la p´ agina que pasa por el centro de gravedad 32 del martillo y el centro del pasador 22. Refiri´endonos a las Figs. 2a. a h., la secuencia de dibujos muestra una representaci´ on cinem´atica del funcionamiento del martillo 25, yunque 23, jaula 15 y pasadores 22 y 42, en efecto, el mecanismo de Maurer. Este mecanismo b´ asico de percusi´ on rotatoria y el funcionamiento del mecanismo de percusi´on rotatoria se describen en el documento US-A-3 661 217, la patente de Maurer. La Fig. 2a. muestra la iniciaci´on de la acci´on de leva, lo que significa que la jaula 15 est´ a iniciando el giro del miembro de martillo hueco 25 alrededor del pasador 22. En este momento del giro, el eje de salida 19 no est´ a girando. En la Fig. 2b., la acci´ on de leva est´ a en proceso y el miembro de martillo hueco 25 est´a siendo llevado por acci´on de leva a posici´on con respecto al eje de salida 19 para percusi´on posterior. En la Fig. 2c, se ha completado la acci´on de leva y el miembro de martillo hueco 25 est´ a configurado adecuadamente con respecto al eje de salida 19 para iniciar la percusi´on apropiadamente cuando el martillo gire lo suficiente como para que la mand´ıbula 27 percusora media delante golpee adecuadamente la superficie 20 receptora de la percusi´on hacia delante de la mand´ıbula 23 de yunque. En la Fig. 2d., el miembro de martillo 25 est´ a girando a la misma velocidad que la jaula 15, lo

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que significa que el martillo est´ a girando libremente. En la Fig. 2e., el martillo 25 ha iniciado la percusi´ on con la mand´ıbula 23 de yunque. En esta fase del giro, el martillo 25 hace que el eje de salida 19 acelere muy r´ apidamente o empiece a girar repentinamente creando un par muy elevado durante un periodo de tiempo muy corto. El martillo 25 y el eje de salida 19 giran juntos como se muestra en la Fig. 2f. a la misma velocidad y en el mismo ´angulo hasta que la jaula 15 y el martillo 25 rebotan como se muestra en la Fig. 2g. y giran brevemente en sentido inverso (en el sentido de las agujas del reloj en la Fig. 2g.). Durante este breve giro de retroceso, el martillo 25 se aparta de la mand´ıbula 23 de yunque del eje de salida 19. En la Fig. 2h., el motor neum´ atico (que no se muestra) en la llave percusora ha reanudado su acci´on de impulsar el giro de la jaula 15 en sentido contrario a las agujas del reloj. La acci´ on de leva se ha reanudado y el mecanismo est´a preparado para repetir la misma secuencia de operaciones que se acaba de describir en las Figs. 2a.- h. Las Figs. 3 y 4 muestran la fase de iniciaci´on de la percusi´on del mecanismo ampliada con respecto a la Fig. 2a. La Fig. 3 muestra el mecanismo y las l´ıneas de fuerza de un martillo de radio constante. La Fig. 4 muestra el mecanismo y las l´ıneas de fuerza de un martillo con un perfil de curva evolvente. La comparaci´ on de los sistemas articulados muestra que el mecanismo que utiliza un martillo de radio constante requiere que la l´ınea de acci´on est´e dirigida al centro del c´ırculo desde el que se genera el perfil de radio constante. Sin embargo, el mecanismo mostrado en la Fig. 4, que utiliza un martillo de geometr´ıa de evolvente, muestra y requiere que la l´ınea de acci´on est´e dirigida tangente al c´ırculo de base desde el que se genera el perfil de curva evolvente, lo que resulta inherente a la definici´on geom´etrica de una curva evolvente. Esta diferencia en las l´ıneas de acci´on o de fuerza dirigidas se convierte en el fundamento del valor de este invento. Las diferencias esenciales entre los dos sistemas articulados en las Figs. 3 y 4 incluyen la longitud de los brazos de momento y el origen de la generaci´on de la percusi´ on en la mand´ıbula 27 percusora en cada figura. En la Fig. 3, el brazo de momento 46 o RR para el perfil de mand´ıbula de radio constante es aproximadamente un 38 % m´as largo que el brazo de momento, 48 o RI , para el perfil de mand´ıbula evolvente. En la Fig. 3, el origen de generaci´on de la curva para la superficie radial constante de la mand´ıbula percusora 27 hacia delante est´a situado en el centro del c´ırculo te´ orico, punto 50 u OR , del que se deriva. La curva de radio constante se muestra como una l´ınea de trazos 60. La posici´on del punto OR puede variarse dentro de un amplio margen. La posici´ on mostrada en la Fig. 3 es aquella que es similar a la de muchos otros dispositivos de t´ecnica anterior. Refiri´endonos ahora a la Fig.4, el origen de generaci´on de la curva del perfil de evolvente de la mand´ıbula 27 percusora hacia delante, est´ a en ametro un punto 52 o PO que se muestra en el di´ del c´ırculo de base del pasador o pivote 22. El trazado de la curva evolvente se muestra como 3

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una l´ınea de trazos 62. Una vez iniciada la percusi´on, la energ´ıa transmitida a la uni´ on es algo similar, en geometr´ıa, en los mecanismos mostrados en las Figs. 3 y 4. Es en el momento pr´ oximo al desacople cuando m´ as var´ıa el proceso por las diferencias de geometr´ıa. Refiri´endonos ahora a las Figs. 5 y 6, la configuraci´ on de los mecanismos en el momento pr´ oximo al desacople se muestra con la Fig. 5 en el caso de una superficie de perfil radial constante en la mand´ıbula 27 percusora hacia delante y con la Fig. 6 en el caso de un perfil de curva evolvente en la superficie de la mand´ıbula 27 percusora hacia delante. En la Fig. 5, el trazado de radio constante se muestra como una l´ınea de trazos 60. En la Fig. 6, el trazado del perfil de evolvente se muestra como una l´ınea de trazos 62. Refiri´endonos ahora a la Fig. 5, a medida que una superficie radial constante de la mand´ıbula percusora 27 avanza hacia el borde externo de la mand´ıbula de yunque 23, el brazo de momento, 46 o RR , disminuye de longitud. Refiri´endonos a la Fig. 6, el mecanismo con una superficie evolvente en la mand´ıbula 27 percusora hacia delante mantiene un brazo de momento RR de longitud constante, como es inherente a la definici´ on de curva evolvente. Toda l´ınea de acci´on normal a la curva tambi´en discurrir´ a tangente al c´ırculo de base a partir del cual se genera, que coincide con la superficie radial externa del pasador 22. A partir de estos hechos y observaciones se deriva un principio de dise˜ no. Esta restricci´ on tangencial se aprovecha para realizar las elecciones apropiadas del centro del c´ırculo de base, el radio del c´ırculo de base y la posici´on inicial de la “generatriz de la evolvente” en el c´ırculo de base, lo que lleva a una geometr´ıa de martillo que puede: (1) permanecer inmovilizada durante la percusi´on en mayor grado que la geometr´ıa est´andar y desacoplarse con la misma facilidad; o, (2) una que permanece igualmente bien inmovilizada durante la percusi´on pero que se desacopla con mayor facilidad; o (3) una que se sit´ ua para optimizar alguna propiedad del comportamiento de la herramienta de percusi´on, como en la presente realizaci´on tal como se muestra en la Fig. 6. En la presente realizaci´on, la elecci´on del dise˜ no de la evolvente da como resultado un mecanismo con una inmovilizaci´on todav´ıa mayor durante la per-

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cusi´on. Aunque el presente c´ırculo de base no es suficientemente grande para mantener un par de desacople reducido, la percusi´ on tiene lugar en la mand´ıbula de yunque 23 y la mand´ıbula 27 percusora hacia delante en una posici´on tal que una vez que se inicia el desacople, la distancia de deslizamiento recorrida por el martillo a lo largo del yunque se reduce como se muestra en la diferencia entre las Figs. 5 y 6. Adem´as, la fuerza se aplica en una posici´ on que est´a m´as alejada de la punta de la mand´ıbula 27 percusora hacia delante como se muestra en la Fig. 6, en comparaci´on con la distancia en la Fig. 5. Dado que la fuerza est´a situada m´ as lejos de la punta, esto tambi´en contribuye a una mayor duraci´ on y vida u ´til. Aunque tanto la superficie radial constante como la evolvente experimentan cierta acci´on de deslizamiento a lo largo de la superficie de la mand´ıbula 27 percusora hacia delante, hacia su borde externo, la magnitud o distancia dentro de la cual esto se produce es considerablemente m´as larga en el caso de la superficie radial constante tal como se muestra en la Fig. 5. La menor longitud de deslizamiento junto con el lugar de percusi´ on en el caso del perfil de evolvente mostrado en la Fig. 6 contribuye a una reducci´ on del desgaste en la superficie de la mand´ıbula 27 percusora hacia delante. Se sabe que, en otras realizaciones, la posici´on del c´ırculo de base para generar la curva evolvente podr´ıa cambiarse a otras posiciones con radios diferentes para el c´ırculo de base. Como se mencion´o anteriormente, esto proporcionar´ a diversas ventajas dependiendo de la selecci´on de la posici´on y el tama˜ no del c´ırculo de base. Se apreciar´ a que el problema de duraci´ on de las superficies de golpeo curvas se supera con el presente invento, en el que la superficie de golpeo curva de la mand´ıbula percusora est´ a formada f´ısicamente con un perfil de evolvente visto seg´ un el eje de giro del elemento de golpeo. La ventaja de un perfil de evolvente es que las fuerzas creadas en la percusi´on se transmiten dentro de la herramienta de percusi´ on rotatoria en direcciones en las que el mecanismo las amortigua con una mayor facilidad. Las superficies de golpeo experimentan menos fuerza destructiva durante el funcionamiento y por lo tanto duran m´as.

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REIVINDICACIONES 1. Una herramienta de percusi´on rotatoria que tiene un mecanismo interno para producir percusiones rotatorias de corta duraci´on, en la que el mecanismo consta, en conjunto, de una carcasa (10), un motor, un eje de salida (19), una mand´ıbula (23) de yunque receptora de la percusi´on dispuesta generalmente en la periferia del mencionado eje de salida, un miembro de martillo (25) para proporcionar fuerza giratoria a la mencionada mand´ıbula de yunque, teniendo el mencionado miembro de martillo una mand´ıbula (27) percusora que proporciona la percusi´ on (27) para interactuar con la mencionada mand´ıbula de yunque (23) y proporcionar la mencionada fuerza giratoria; caracterizada porque la mencionada mand´ıbula percusora (27) tiene una superficie curva de golpeo con un perfil de evolvente (62) que es transversal respecto al eje de rotaci´ on del mencionado eje de salida (19). 2. Una herramienta de percusi´on rotatoria seg´ un la reivindicaci´ on 1, y que consta adem´ as de un portador (15) montado coaxialmente alre-

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dedor del mencionado eje de salida, en la que el mencionado miembro de martillo est´ a unido de forma pivotante por un pasador de pivote (22) montado entre el mencionado miembro portador y el mencionado miembro de martillo y el mencionado perfil de evolvente se genera a partir de un c´ırculo de base que tiene la misma posici´on y circunferencia externa que el mencionado pasador de pivote. 3. Una herramienta de percusi´on rotatoria seg´ un la reivindicaci´ on 2, en la que el mencionado radio del c´ırculo de base est´ a comprendido entre 1/2 y 1/10 de la distancia entre el punto de generaci´on (52) de la curva evolvente (52) y la mencionada curva evolvente durante la percusi´on entre la mencionada mand´ıbula de yunque (23) y el mencionado miembro de martillo. 4. Una herramienta de percusi´on rotatoria seg´ un la reivindicaci´ on 1, 2 ´o 3, en la que el punto de percusi´ on entre la mencionada mand´ıbula de yunque y el mencionado miembro de martillo est´ a situado en la mencionada curva evolvente durante el funcionamiento de la citada herramienta de percusi´ on rotatoria.

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NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposici´ on Transitoria del RD 2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicaci´ on del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a Espa˜ na y solicitadas antes del 7-10-1992, no producir´ an ning´ un efecto en Espa˜ na en la medida en que confieran protecci´ on a productos qu´ımicos y farmac´euticos como tales.

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Esta informaci´ on no prejuzga que la patente est´e o no inclu´ıda en la mencionada reserva.

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