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Die Erfindung betrifft einen Punktier-Prägekopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zum Beschriften von metallischen Werkstücken, Werkzeugen oder Platten werden Vorrichtungen eingesetzt, welche die Schrift als Vertiefung im Werkstück ausbilden. Die Erfindung betrifft Vorrichtungen, welche die Vertiefungen durch ein Verdichten von Material erzeugen. Diese Vorrichtungen umfassen einen Punktier-Prägekopf mit einer in Oszillation versetzbaren Nadel. Die Spitze der Nadel bewegt sich oszillierend in Richtung der Nadelachse vor und zurück. Der Hub der Nadelspitze kann beispielsweise 1 bis 2 mm betragen. Im Kontakt mit einer Metalloberfläche verdichtet die schwingende Nadel das Metall bei der Nadelspitze.
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Verbreitet sind Punktier-Prägeköpfe deren Nadelbewegungen gegen die zu bearbeitende Fläche von Druckfluid angetrieben werden, wobei Druckfluid im physikalischen Sinne als zusammenfassende Bezeichnung für Flüssigkeiten und Gase und somit auch für Kühlflüssigkeit und Luft verstanden wird
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Der Punktier-Prägekopf wird entsprechend der gewünschten Beschriftung geführt und hinterlässt dabei am Werkstück aneinander gereihte Vertiefungspunkte. Bei den für die Führung der Punktier-Prägeköpfe gängigen Bewegungsgeschwindigkeiten und den von den aus dem Stande der Technik bekannten mit Druckfluid betriebenen Punktier-Prägeköpfen erzielten Schwingungsfrequenzen entstehen durchgehende Vertiefungslinie. Punktier-Prägeköpfe können auf allen Maschinen und Führungsvorrichtungen eingesetzt werden, welche die zur Erzeugung des gewünschten Schriftzuges benötigte Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Punktier-Prägekopf ermöglichen. Dies sind beispielsweise Fräsmaschinen und Drehzentren, aber auch Graviermaschinen, Linearbewegungssysteme, und Kopiervorrichtungen.
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Bei den bekannten Lösungen ist die Nadel des Punktier-Prägekopfes jeweils linear beweglich geführt und mit einer Kraft- bzw. Druckaufnahmefläche sowie einer Rückstelleinrichtung, vorzugsweise einer Rückstellfeder, verbunden. Die Kraft- bzw. Druckaufnahmeflache wird mechanisch mit einer Kraft beaufschlagt oder setzt einen von einem Fluid erzeugten Druck in eine Kraft um, wobei die Kraft grösser ist als eine Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung. Dadurch wird die Nadel gegen die zu bearbeitende Fläche gepresst. Zum Rückstellen der Nadel, wird die auf die Kraft- bzw. Druckaufnahmefläche wirkende Kraft abgebaut, so dass die Rückstelleinrichtung die Nadel in die Ausgangsstellung zurück bewegen kann.
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DE 10 2017 128 475 A1 beschreibt ein mit Druckluft betriebenes Markierverfahren. Dabei wird ein Kolben in einem Zylinder von der Druckluft mit der Markiernadel gegen die zu markierende Oberfläche bewegt. Ab einem vorgegebenen Vorschub des Kolbens kann die Druckluft aus dem vom Kolben beschränkten Zylinderraum austreten und eine Rückstellfeder den Kolben zurückstellen. Diese Lösung ist auf hohe Punktierfrequenzen und auf die Verwendung von Druckluft beschränkt.
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Um immer die gleiche Punktierfrequenz zu erzielen, schlagt die
EP 0 402 754 vor die Punktierfrequenz zu erfassen und entsprechend der Abweichung von einer gewünschten Frequenz den Speisedruck mit einem Druckregulierventil zu verändern. Frequenzen im Bereich von 120 bis 220 Hz sind mit Speisedrucken von 1.3 bis 5.2 kg/cm
2 erzielbar. Bei einem Speisedruck unterhalb eines minimal nötigen Speisedruckes, beispielsweise unterhalb von 1.3 kg/cm
2, kann keine Punktierbewegung der Punktiernadel mehr erzielt werden. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die Punktierfrequenz erfasst werden muss.
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EP 511 133 B1 beschreibt eine steuerungstechnisch aufwendige Lösung mit einem steuerbaren Ventilsystem, das den Druckaufbau und die Druckentlastung kontrolliert. Eine Lösung mit steuerbarem Ventil und der entsprechenden Steuerung ist sehr aufwendig. Nebst dem Einbau dieser Zusätze müsste nach dem automatischen Einsetzen des Punktier-Prägekopfes ein Anschluss- oder Einschaltschritt durchgeführt werden. Gesteuerte Punktierverfahren sind daher wesentlich komplexer als steuerungsfreie Lösung, bei denen die Punktierbewegung nach dem Anschluss an eine Druckfluidleitung direkt einsetzt.
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DE 102 10 630 B4 und
DE 10 2012 103 111 A1 gehen davon aus, dass bei den Fräsmaschinen und Drehzentren mit Flüssigkeit gekühlte Werkzeuge eingesetzt werden und somit eine Speisung mit Kühlflüssigkeit bei der Werkzeugaufnahme vorhanden ist. Weil die Kühlkanäle in den Werkzeugen kleine Querschnitte haben und zum Kühlen ein genügend grosser Kühlmittel-Durchsatz gewährleistet werden muss, erfolgt die Speisung mit Kühlflüssigkeit meist mit Förderdrucken im Bereich von 5 bis 80 bar. Die unter hohem Druck bereitstehende Kühlflüssigkeit wird in den beschriebenen Lösungen zum Antreiben der Nadelbewegung eingesetzt.
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Bei
DE 102 10 630 B4 und
DE 10 2012 103 111 A1 erzielt die Kühlflüssigkeit eine Antriebswirkung über ein Turbinenelement, welches von der Kühlflüssigkeit in Drehbewegung versetzt wird. Es handelt sich somit um einen hydraulischen Drehantrieb. Das Turbinenelement ist drehbar gelagert und mit einem Schaufel- oder Flügelbereich an einen Kühlmittelfluss angeschlossen. Die Drehbewegung des Turbinenelementes wird bei
DE 10 2012 103 111 A1 über einen exzentrisch zur Turbinenachse angeordneten Bolzen auf eine axiale Oszillationsbewegung eines Hohlzylinder übertragen. Im Hohlzylinder ist ein Kolben angeordnet, welcher hochfrequente Schlagimpulse auf das innere Ende der Punktiernadel überträgt.
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DE 102 10 630 B4 beschreibt eine Ausführungsform, bei der die Drehbewegung des Turbinenelementes über ein Drehventil auf die Punktiernadel übertragen wird. Das Drehventil führt phasenweise Druckfluid einer Kraftaufnahmefläche der Punktiernadel zu und phasenweise Kuhlflüssigkeit von dieser Kraftaufnahmeflache weg, so dass der Druck bei der Kraftaufnahmefläche auf- und abgebaut und im Zusammenwirken mit der Rückstelleinrichtung eine Vor- und Rückwärtsbewegung der Punktiernadel erzielt wird. Das Turbinenelement wird vom Druckfluid in Drehung versetzt und bildet mit dem Drehventil zusammen eine Steuereinheit. Wenn der dem Turbinenelement zugeführte Speisedruck des Druckfluides unter einen minimal nötigen Druck abgesenkt wird, so stoppt die Drehbewegung des Turbinenelements. Darum liegen, die mit dieser Lösung erzielbaren Frequenzen über 200 Hz.
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Die bekannten mit Druckfluid betriebenen Punktier-Prägeköpfe sind nicht geeignet für Anwendungen bei denen die Punktierfrequenz im Bereich von 1 - 100 Hz liegen soll. Weil beispielsweise Beschriftungen an Spezialteilen für hohe mechanische Belastungen nicht mit durchgehenden Vertiefungen sondern nur mit aneinandergereihten Einzelpunkt-Vertiefungen beschriftet werden dürfen, braucht es Punktier-Prägeköpfe mit Punktierfrequenzen im Bereich von 1 - 100 Hz. Diese tiefen Frequenzen erlauben bei den gängigen Geschwindigkeiten der Beschriftungsbewegungen das Erzielen der gewünschten aneinandergereihten Einzelpunkt-Vertiefungen.
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Die erfinderische Aufgabe besteht nun darin einen Punktier-Prägekopf bereitzustellen, der Punktierfrequenzen im Bereich von 1 - 100 Hz erzielbar macht, möglichst einfach aufgebaut ist und vorzugsweise sowohl mit Druckluft also auch mit Druckflüssigkeit zu betreiben ist.
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Zur Losung der Aufgabe wird ein Punktier-Prägekopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 verwendet. Die abhängigen Ansprüche beschreiben alternative bzw. vorteilhafte Ausführungsvarianten.
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Beim Lösen dieser Aufgabe wurde erkannt, dass ein in einem Zylinderabschnitt beweglicher Kolbenabschnitt, eine Kolbenrückstelleinrichtung und eine Rückhalteeinrichtung so zusammengestellt werden können, dass die Zeit verstellbar ist, die es braucht um die von Druckfluid angetriebene Bewegung des Kolbenabschnitts von einer ersten Endposition in einer Vorstellrichtung gegen eine zweite Endposition und die von der Kolbenrückstelleinrichtung angetriebene Bewegen des Kolbenabschnitts von der zweiten Endposition in einer Rückstellrichtung gegen die erste Endposition durchzuführen. Aus der Zeit bzw. Periode, die während des Bewegungsablaufs von der ersten über die zweite wieder zur ersten Endposition verstreicht, ergibt sich die Frequenz einer zyklischen Weiterführung dieser Bewegung des Kolbenabschnitts.
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Die Periode bzw. der Frequenz wird durch eine Rückhalteeinrichtung beeinflusst, indem diese den Beginn der vom Druckfluid angetriebene Bewegung des Kolbenabschnitts verzögert. Dazu wird der Kolbenabschnitt von der Rückhalteeinrichtung bei der ersten Endposition gehalten bis die vom Druckfluid auf den Kolbenabschnitt wirkende Kraft eine vorgegebene Auslösekraft übersteigt. Es hat sich gezeigt, dass die Rückhaltung bei der ersten Endposition Punktierfrequenzen im Bereich von 1 - 100 Hz erzielbar macht. Nachdem die den Kolbenabschnitt antreibende Kraft die für die Auslösung benötigte Auslösekraft überstiegen hat, wird der Kolbenabschnitt mit einer Anfangsenergie in Bewegung gesetzt. Ein Anteil dieser Energie wird zum Spannen der Rückstelleinrichtung verwendet.
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Der erfingungsgemässe Punktier-Prägekopf umfasst ein Gehäuse, einen Druckfluidanschluss, ein im Gehäuse längs einer Bewegungsachse bewegliches Nadelelement, eine Druckaufnahmefläche eines in einem Zylinderabschnitt des Gehäuses beweglichen Kolbenabschnitts, eine vom Druckfluidanschluss zur Druckaufnahmefläche führende Speiseleitung und eine an den Zylinderabschnitt anschliessenden Auslassleitung, wobei auf die Druckaufnahmefläche wirkendes Druckfluid eine Bewegung des Kolbenabschnitts ausgehend von einer ersten Endposition in einer Vorstellrichtung gegen eine zweite Endposition erzielbar macht und eine Kolbenrückstelleinrichtung eine Bewegen des Kolbenabschnitts ausgehend von der zweiten Endposition in einer Rückstellrichtung gegen die erste Endposition erzielbar macht, wobei dazu eine Auslassleitung so angeordnet ist, dass diese während einer Anfangsphase der Bewegung des Kolbenabschnitts von der ersten Endposition gegen die zweite Endposition verschlossen sowie während einer Anfangsphase der Bewegung des Kolbenabschnitts von der zweiten Endposition gegen die erste Endposition geöffnet ist. Der Punktier-Prägekopf umfasst zudem eine Rückhalteeinrichtung, welche den Kolbenabschnitt bei der ersten Endposition zurückhält bis die vom Druckfluid auf die Druckaufnahmefläche wirkende Kraft eine vorgegebene Auslösekraft übersteigt.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ruckhalteeinrichtung eine quer zur Bewegungsrichtung des Kolbenabschnitts zwischen dem Gehäuse und dem Kolbenabschnitt mit einer Vorspannkraft in Eingriff bringbare Eingriffseinrichtung. Eine bevorzugte Eingriffseinrichtung umfasst im Kolbenabschnitt eine Vertiefung und am Gehäuse eine Federeinrichtung mit einem der Form der Vertiefung entsprechenden Eingriffselement, wobei die Federeinrichtung das Eingriffselement in die Vertiefung presst, wenn der Kolbenabschnitt in der ersten Endposition ist. Anstelle oder in Ergänzung zur Eingriffseinrichtung kann die Rückhalteeinrichtung auch eine Anordnung mit Permanentmagneten umfassen, welche die mit der Auslösekraft zu überwindende Rückhaltekraft gewährleistet.
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Die Beeinflussung der Periode bzw. der Frequenz durch die Rückhalteeinrichtung hängt auch vom Zuströmen des Druckfluids ab. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Zuströmen beeinflusst indem in die Speiseleitung zwischen dem Druckfluidanschluss und der Druckaufnahmefläche ein Durchflussventil zum Verstellen des Durchflusses eingesetzt ist. Das Durchflussventil ist vorzugsweise als Nadelventil ausgebildet. Wenn das Durchflussventil über eine Verstell-Einrichtung einstellbar ist, kann eine gewünschte Frequenz mit der entsprechenden Einstellung erzielt werden. Eine einfache Einstellbarkeit ist gewährleistet, wenn bei einer Aussenflache des Gehäuses eine Verstell-Einrichtung ausgebildet ist.
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Die Ausgestaltung des Punktier-Prägekopfs wird vorzugsweise an das eingesetzte Druckfluid angepasst. Das Zusammenspiel des Kolbenabschnitts, der Rückhalteeinrichtung und der Kolbenrückstelleinrichtung hängt auch vom verwendeten Druckfluid ab. Bei der Verwendung von Druckluft gewährleistet die Kompressibilität der Druckluft, dass nach einer Entlüftung durch die Auslassleitung und nach dem Verschliessen der Auslassleitung beim anschliessenden Zuströmen von Druckluft diese komprimiert wird und dabei der Druck ansteigt. Diese Kompression gewährleistet einerseits, dass bis zum Erreichen der vorgegebenen Auslösekraft Zeit verstreicht, und andererseits, dass in der komprimierten Druckluft Energie steckt, die nach dem Erreichen der für die Auslösung benötigte Auslösekraft zumindest teilweise als Anfangsenergie an den in Bewegung versetzten Kolbenabschnitt übertragen wird. Die Luft hat aufgrund ihrer Kompressibilität eine Federeigenschaft, welche die vom kontinuierlich bereitgestellten Druckfluid angetriebene ungesteuerte zyklische Bewegung des Kolbenabschnitts ermöglich. Die Kompressibilität der Luft ermöglicht eine für die Oszillationsbewegung des Steuerelementes vorteilhafte Dynamik
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Flüssigkeit ist im Gegensatz zur Luft inkompressibel und hat daher keine Federeigenschaft. Um trotzdem eine von der Druckflüssigkeit angetriebene ungesteuerte zyklische Bewegung des Kolbenabschnitts zu ermöglichen, umfasst eine bevorzugte hydraulische Ausführungsform eine an die Steuerspeisung angeschlossene Volumen-Expansionseinrichtung. Die Volumen-Expansionseinrichtung (23) ist so ausgebildet, dass sie für zuströmendes Druckfluid ein sich vergrösserndes Volumen bereitstellt, wobei beim Vergrossern des Volumens über das Spannen einer Expansions-Federeinrichtung eine Auslöseenergie aufgebaut wird, von der nach dem Erreichen der Auslösekraft zumindest ein Anteil für die Beschleunigung des Kolbenabschnitts eingesetzt wird. Die Expansions-Federeinrichtung ist eine elastische Einrichtung, beispielsweise eine Feder, die bei der Volumenvergrösserung zusammengedrückt und bei der Volumenverkleinerung ausgedehnt wird.
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Um eine optimale Dynamik zu erzielen wird die Volumen-Expansionseinrichtung, insbesondere deren Expansionsvolumen und/oder deren Expansions-Federeinrichtung, auf die Rückhalteeinrichtung und den über die Speiseleitung gewährleiteten Druckfluid-Fluss abgestimmt. Eine vorteilhafte Volumen-Expansionseinrichtung umfasst in einem Expansionsraum einen Expansionskolben, der von der Expansions-Federeinrichtung gegen einen Anschlag zwischen dem Anschluss der Speiseleitung und der Expansions-Federeinrichtung gedrückt wird. Die Federkonstante der Expansions-Federeinrichtung wird so gewählt, dass die für das Erzielen der Auslösekraft nötige Kompression mit einer Volumenänderung verbunden ist, welche bei der durch die Speiseleitung erfolgenden Befüllung mit Druckfluid bzw. Flüssigkeit eine gewünschte Zeit benötigt. Die benötigte Zeit wird so gewählt, dass die gewünschte Frequenz erzielbar ist.
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Die Punktierfrequenz kann somit durch die Verstellung des erzielbaren Durchflusses und/oder des Drucks des Druckfluids am Ende der Speiseleitung, durch die Veränderung des Expansionsvolumens und/oder der Federkonstante der Expansions-Federeinrichtung sowie durch die Wahl der Auslösekraft der Rückhalteeinrichtung verstellt werden. Diese Einflussgrossen werden jeweils so eingestellt, dass die erzielte Punktierfrequenz in einem gewünschten Bereich liegt.
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Ein Punktierprägekopf mit der Speiseleitung zur Druckaufnahmefläche des in einem Zylinderabschnitt des Gehäuses beweglichen Kolbenabschnitts, der an den Zylinderabschnitt anschliessenden Auslassleitung, der Kolbenrückstelleinrichtung und der Rückhalteeinrichtung ermöglicht eine Bewegung des Kolbenabschnitts im gewünschten Frequenzbereich. Die zyklische Bewegung des Kolbenabschnitts kann auf verschiedene Weise auf die Bewegung des Nadelelementes übertragen werden
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Gemass einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kolbenabschnitt am Nadelelement ausgebildet, oder mechanisch mit diesem verbunden. Die Bewegung des Kolbenabschnitts zwischen dem ersten und zweiten Endpunkt wird dabei mechanisch auf die Bewegung des Nadelelement zwischen entsprechenden Endpunkten übertragen. Gegebenenfalls wird anstelle einer mechanischen Verbindung vom Kolbenabschnitt zum Nadelelement auch eine Druckübertragung verwendet, indem zwischen dem Kolbenabschnitt und dem Nadelelement ein die Bewegung übertragendes Gasvolumen, insbesondere ein Gaszylinder eingesetzt ist.
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Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kolbenabschnitt an einem Steuerelement einer Steuereinheit ausgebildet. Das Steuerelement ist so ausgebildet, dass eine Arbeitsspeisung vom Druckfluidanschluss zum Nadelelement bei den Bewegungen des Kolbenabschnitts zwischen der ersten und der zweiten Endposition alternierend unterbrochen und verbunden ist, wobei bei verbundener Arbeitsspeisung das Nadelelement von einer durch zugeführtes Druckfluid beaufschlagten Druckaufnahmefläche des Nadelelements in einer Vorstellrichtung des Nadelelements bewegbar ist und bei unterbrochener Arbeitsspeisung von einer Nadelruckstelleinrichtung in einer Rückstellrichtung des Nadelelements bewegbar ist.
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Bei einer Steuereinheit mit einem von der Speisung durch die Speiseleitung und einer Steuerrückstelleinrichtung in Oszillationsbewegung versetzbaren Steuerelement werden die wählbaren Parameter so gewählt, dass die Schaltfrequenzen im Bereich der gewünschten Punktierfrequenzen liegen. Die so erzielten Schaltfrequenzen werden zum Ein- und Ausschalten einer vom Druckfluidanschluss zum Nadelelement führenden Arbeitsspeisung eingesetzt. Die bei eingesetzter Arbeitsspeisung auf das Nadelelement wirkende Kraft hängt nicht von der gewählten Frequenz ab. Das Steuerelement ist mechanisch vom Nadelelement getrennt und die Speisung durch die Speiseleitung kann unabhängig von der Arbeitsspeisung zur Erzielung einer gewünschten Punktierfrequenz angepasst werden. Auch bei einem kleinen Durchsatz von Druckfluid durch die Speiseleitung und einer entsprechend kleinen Punktierfrequenzen werden die Punktierstösse mit der gewünschten Kraft durchgeführt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Punktier-Prägekopf ein Gehäuse, einen Druckfluidanschluss, ein im Gehäuse längs einer Bewegungsachse bewegliches Nadelelement und eine Steuereinheit. Vom Druckfluidanschluss fuhrt eine Speiseleitung zur Steuereinheit und eine Arbeitsspeisung zum Nadelelement. Das Nadelelement umfasst eine sich entlang der Bewegungsachse erstreckende Nadel, eine mit von durch die Arbeitsspeisung zugeführtem Druckfluid beaufschlagbare Druckaufnahmefläche zum Bewegen des Nadelelements in einer Vorstellrichtung und eine Nadelrückstelleinrichtung zum Bewegen des Nadelelementes in einer Rückstellrichtung. Die Steuereinheit ist an die Speiseleitung angeschlossen, umfasst eine Auslassleitung und macht das Öffnen und Schliessen der Arbeitsspeisung erzielbar. Die Steuereinheit umfasst ein in Oszillationsbewegung versetzbares Steuerelement und eine Steuerrückstelleinrichtung, wobei das Steuerelement vom Nadelelement mechanisch getrennt ist und durch über die Steuerspeisung zugefuhrtes Druckfluid von einer ersten Endposition gegen eine zweite Endposition und durch die Steuerrückstelleinrichtung von der zweiten Endposition gegen die erste Endposition bewegbar ist. Der Auslassleitung ist so angeordnet, dass er während einer Anfangsphase der Bewegung des Steuerelementes von der ersten Endposition gegen die zweite Endposition verschlossen und wahrend einer Anfangsphase der Bewegung von der zweiten Endposition gegen die erste Endposition geöffnet ist.
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Das Steuerelement kann eine von verschiedenen Oszillationsbewegungen ausführen, wobei jeweils bei den Endpositionen die Bewegungsrichtung geändert wird. Es können Pendelbewegung, Bewegungen entlang von beliebigen Führungsbahnen, vorzugsweise aber Linearbewegung oder auch Drehbewegungen um eine zentrale Achse des Steuerelementes eingesetzt werden. Für das Öffnen und Schliessen der Arbeitsspeisung können verschiedene an das Steuerelement anschliessende Leitungsanordnungen und verschiedene Ausgestaltungen im Steuerelement eingesetzt werden, wobei diese an die jeweilige Bewegung des Steuerelementes angepasst sein müssen.
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Bei einer vorteilhaften Steuereinheit bildet das Steuerelement einen Teil eines Schieberventils, das die Arbeitsspeisung zwischen dem Druckfluidanschluss und der Druckaufnahmeflache bei der Position des Steuerelements im Bereich einer der beiden Endpositionen offen und bei der Position des Steuerelements im Bereich der anderen Endposition verschlossen hält. Die Steuereinheit umfasst nebst dem Steuerelement einen vorzugsweise im Gehäuse ausgebildeten Hohlraum, in dem das Steuerelement beweglich angeordnet ist. Die zu steuernde Arbeitsspeisung umfasst im Gehäuse eine vom Druckfluidanschluss zu einer Eintrittsöffnung in den Hohlraum führende Fluidleitung und einen der Druckaufnahmefläche zugeordneten vom Hohlraum ausgehenden Anschlussbereich. Das Steuerelement weist eine erste Verbindungsdurchführung auf, welche die Eintrittsöffnung mit dem Anschlussbereich verbindet, wenn das Steuerelement im Bereich einer Endposition im Hohlraum angeordnet ist.
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Damit die Steuerrückstellung durchgeführt werden kann, ist zumindest bei einem Teilbereich der Positionen des Steuerelements mit verschlossener Arbeitsspeisung eine Austrittsverbindung von der Druckaufnahmefläche aus dem Punktier-Prägekopf geöffnet, welche bei offener Arbeitsspeisung geschlossen ist. Das Steuerelement weist dazu vorzugsweise eine zweite Verbindungsdurchführung auf, welche bei entsprechender Position des Steuerelementes im Hohlraum den Anschlussbereich mit einer vom Hohlraum aus dem Gehäuse führenden Leitung verbindet.
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Anstelle der durch das Steuerelement führenden Austrittsverbindung ist es bei Losungen mit Druckluft auch möglich das Öffnen und Schliessen einer Verbindung von der Druckaufnahmefläche aus dem Punktier-Prägekopf durch die Bewegung des Nadelelementes zu erzielen, wobei dann eine direkte Austrittsverbindung aus dem Gehäuse ohne Durchgang durch das Steuerelement eingesetzt wird. Wenn das Nadelelement in der Vorstellrichtung genügend weit ausgelenkt ist, gelangt eine Anschlussöffnung in den mit Druckfluid beaufschlagten Anschlussbereich. Durch diese Anschlussöffnung gelangt Druckfluid direkt - also ohne Durchgang durch das Steuerelement - aus dem Gehause.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Speiseleitung für die Steuereinheit zwischen dem Druckfluidanschluss und dem Steuerelement ein Durchflussventil zum Verstellen des Durchflusses, wobei das Durchflussventil vorzugsweise als Nadelventil ausgebildet ist und insbesondere bei einer Aussenfläche des Gehäuses eine Verstell-Einrichtung umfasst. Durch das Verstellen dieses Ventils kann die Zeit verstellt werden, die es braucht um das Steuerelement von der Position, in der die Arbeitsspeisung unterbrochen ist, in die Position mit der offenen Arbeitsspeisung zu bringen. Bei einem minimal geöffneten Durchflussventil braucht es relativ viel Zeit bis das Steuerelement eine Position mit der offenen Arbeitsspeisung erreicht. Aufgrund der Verwendung eines oszillierenden Schieberventils kann auch bei einem minimalen Durchfluss noch eine Bewegung des Steuerelementes und damit eine tiefe Punktierfrequenz gewährleistet werden. Das verstellbare Durchflussventil erlaubt es Punktierfrequenzen über einen sehr grossen Frequenzbereich und dabei bis zu äusserst tiefen Frequenzen von beispielsweise 1 Hz einzustellen.
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Bei einer einfachen und vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Steuereinheit im Gehäuse einen sich entlang einer Steuerachse erstreckenden Hohlraum und darin kolbenförmig das Steuerelement, wobei die Arbeitsspeisung quer zur Steuerachse bei Arbeitsanschlüssen zum und aus dem Hohlraum führt. Das Steuerelement hat eine in einem Positionsbereich des Steuerelementes die Arbeitsanschlüsse verbindende Arbeitsdurchführung. Im Hohlraum sind in Richtung der Steuerachse bei einem ersten Endbereich Anschlüsse der Speiseleitung und des Auslassleitunges und bei einem zweiten Endbereich die Steuerruckstelleinrichtung angeordnet, vorzugsweise in der Form einer Federeinheit. Der Anschluss des Auslassleitunges ist vom Anschluss der Steuerspeisung gegen den zweiten Endbereich versetzt angeordnet.
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Das Nadelelement umfasst am einen Ende eine Kraftaufnahmefläche, am andern Ende die Nadelspitze und dazwischen einen Mittelbereich zum Anordnen der Rückstellfeder. Die Nadel ist im Bereich ihres freien Endes und/oder im Bereich der Kraftaufnahmefläche in einer entsprechenden Bohrung bzw. Führungshülse geführt. Durch eine gute Führung des oszillierenden Teils, vorzugsweise sowohl beim freien Nadelende als auch im Bereich der Kraftaufnahmefläche, kann gewährleistet werden, dass der oszillierende Teil bei gleichem Speisedruck im Wesentlichen mit der jeweils gewünschten bzw. gleichen Frequenz schwingt. Diese Führung kann Kippbewegungen und somit ein Verklemmen der Nadel im Wesentlichen verhindern. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Führungsanordnungen so ausgebildet werden können, dass deren Führungseigenschaften genügen
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Die Zeichnungen erläutern die erfindungsgemässe Lösung anhand von Ausfuhrungsbeispielen. Dabei zeigt
- 1 einen Längsschnitt durch einen Punktier-Prägekopf, bei dem der Kolbenabschnitt am Nadelelement ausgebildet ist,
- 2 einen Längsschnitt durch einen Punktier-Prägekopf, der nebst den Elementen der Ausführung gemäss 1 zusätzlich eine Volumen-Expansionseinrichtung umfasst,
- 3 einen Längsschnitt durch einen Punktier-Prägekopf, bei dem der Kolbenabschnitt an einem Steuerteil ausgebildet ist,
- 4 einen horizontalen Schnitt durch den Punktier-Prägekopf gemäss 3,
- 5 und 7 Längsschnitte zu verschiedenen Betriebs-Zeitpunkten durch einen Punktier-Prägekopf vorzugsweise für den Betrieb mit Kühlflüssigkeit, und
- 6 und 8 horizontale Schnitte durch den Punktier-Prägekopf gemäss 5 bzw. 7.
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1 und 2 zeigen Punktier-Prägeköpfe 1 mit einem Gehause 2, einem Nadelelement 3 und einem Adapter 4. Der Adapter 4 ist zum Einsetzen in eine Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsmaschine ausgebildet und umfasst einen Druckfluidanschluss 5. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Druckfluidanschluss 5 als zentrale Bohrung im Adapter 4 ausgebildet. Es versteht sich von selbst, dass der Druckfluidanschluss 5 jeweils an das verwendete Druckfluid, nämlich Kühlflüssigkeit oder Druckluft, und an die Bearbeitungsmaschine bzw. deren Werkzeugaufnahme angepasst ist. Das Nadelelement 3 ist im Gehäuse 2 entlang einer Bewegungsachse 6 beweglich gelagert.
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Im Gehäuse 2 ist in einem Zylinderabschnitt ZA ein beweglicher Kolbenabschnitt KA angeordnet, wobei das freie Ende des Kolbenabschnitts KA eine Druckaufnahmefläche DA bildet. Vom Druckfluidanschluss 5 führt eine Speiseleitung 8 zur Druckaufnahmefläche DA. An den Zylinderabschnitt ZA schliesst auch eine Auslassleitung 20 an. Auf die Druckaufnahmefläche DA wirkendes Druckfluid bewirkt eine Bewegung des Kolbenabschnitts KA ausgehend von einer ersten Endposition in einer Vorstellrichtung gegen eine zweite Endposition Eine Kolbenrückstelleinrichtung KR macht ausgehend von der zweiten Endposition eine Bewegen des Kolbenabschnitts KA in einer Ruckstellrichtung gegen die erste Endposition erzielbar. Zum Ermöglichen der Rückstellbewegung ist ein Auslassanschluss 20a der Auslassleitung 20 so angeordnet, dass der Auslassanschluss 20a während einer Anfangsphase der Bewegung des Kolbenabschnitts KA von der ersten Endposition gegen die zweite Endposition verschlossen sowie während einer Anfangsphase der Bewegung des Kolbenabschnitts KA von der zweiten Endposition gegen die erste Endposition geöffnet ist.
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Eine Rückhalteeinrichtung 21 hält den Kolbenabschnitt KA bei der ersten Endposition zurück bis die vom Druckfluid auf die Druckaufnahmefläche DA wirkende Kraft eine vorgegebene Auslösekraft übersteigt. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Rückhalteeinrichtung 21 eine quer zur Bewegungsrichtung des Kolbenabschnitts KA zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kolbenabschnitt KA mit einer Vorspannkraft in Eingriff bringbare Eingriffseinrichtung. Die Eingriffseinrichtung umfasst im Kolbenabschnitt KA eine Vertiefung 21a und am Gehäuse 2 eine Federeinrichtung 21b mit einem der Form der Vertiefung 21a entsprechenden Eingriffselement 21c, wobei die Federeinrichtung 21b das Eingriffselement 21c in die Vertiefung 21a presst, wenn der Kolbenabschnitt KA in der ersten Endposition ist. Um die Auslösekraft einfach einstellen zu können, wird beispielsweise eine nicht dargestellte Stellschraube vorgesehen, mit der die Federkraft der Federeinrichtung 21b eingestellt werden kann. Für eine fest vorgegebenen Auslösekraft wird eine Federeinrichtung 21b mit der entsprechenden Federkraft eingesetzt
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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform, bei der das Zuströmen von Druckfluid verstellt werden kann, umfasst die Speiseleitung 8 zwischen dem Druckfluidanschluss 5 und der Druckaufnahmefläche DA ein Durchflussventil 22. Das Durchflussventil 22 ist vorzugsweise als Nadelventil ausgebildet und umfasst insbesondere bei einer Aussenfläche des Gehäuses 2 eine Verstell-Einrichtung 22a.
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In den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist der Kolbenabschnitt KA am Nadelelement 3 ausgebildet. Die Bewegung des Kolbenabschnitts KA zwischen dem ersten und zweiten Endposition stimmt somit mit der Bewegung des Nadelelements 3 zwischen entsprechenden Endposition überein. Die Druckaufnahmefläche DA des Kolbenabschnitts KA entspricht einer Druckaufnahmefläche 3b des Nadelelementes 3 und die Kolbenrückstelleinrichtung KR entspricht einer Nadelrückstelleinrichtung 10. Das Nadelelement 3 umfasst zudem eine Nadel 3a. Bei der Rückstellbewegung wird ein Anschlagsbereich 3c des Nadelelementes 3 in einer Rückstellrichtung gegen einen inneren Anschlag 11 bewegt. Gemäss der dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 2 mindestens zweiteilig ausgebildet, wobei eines dieser mindestens zwei Gehäuseteile 2 mit einer eingesetzten Rückstellfeder und dem eingesetzten Nadelelement 3 beispielsweise über eine Schraubverbindung mit dem anderen Gehäuseteil verbunden wird.
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Die Ausführungsform gemäss 2 ist besonders geeignet für die Verwendung eines inkompressiblen Druckfluids, beispielsweise Kühlflüssigkeit, und umfasst zusätzlich eine Volumen-Expansionseinrichtung 23 mit einem Expansionskolben 23a, der von einer Dämpfungsfeder 23b gegen einen Expansions-Anschlag nahe beim Anschluss der Speiseleitung 8 gepresst wird. In der dargestellten Situation ist der Kolbenabschnitt 14 soeben in die erste Endposition gelangt, in der er den Auslassanschluss 20a bzw. die Auslassleitung 20 verschliesst. Über die Speiseleitung 8 wirkt der Druck des Druckfluids auf den Expansionskolben 23a und auf die Druckaufnahmefläche DA des Kolbenabschnitts KA. Das von der Volumen-Expansionseinrichtung bereitstellbare Zusatzvolumen und die Federkonstante der Dämpfungsfeder 23b sind so auf die Auslösekraft der Rückhalteeinrichtung 21 abgestimmt, dass zuströmendes Druckfluid den Expansionskolben 23a bis zu einer vorgegebenen Position vom Expansions-Anschlag weg bewegt, bei der die Dämpfungsfeder 23b mit einer der Auslösekraft entsprechenden Kraft auf das Druckfluid wirkt und das Druckfluid bei der Druckaufnahmefläche DA mit der Auslosekraft auf den Kolbenabschnitt KA wirkt.
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Nach dem Auslösen der Rückhalteeinrichtung 21 bewegt sich der Kolbenabschnitt KA von der ersten Endposition gegen die zweite Endposition und der Auslassanschluss 20a wird geöffnet, so dass Druckfluid über die Auslassleitung 20 austreten kann. Dabei wird der Druck im Druckfluid beim Expansionskolben 23a abgebaut und der Expansionskolben 23a wird von der Dämpfungsfeder 23b gegen den Expansions-Anschlag bewegt. Aufgrund des Druckabbaus wird der Kolbenabschnitt KA von der Kolbenrückstelleinrichtung KR gegen die erste Endposition bewegt und dabei der Auslassanschluss 20a verschlossen. Wenn der Kolbenabschnitt KA die erste Endposition erreicht hat, beginnt der Druckaufbau im Druckfluid mit der Bewegung des Expansionskolbens 23a und der anschliessenden Bewegung des Zylinderabschnitts ZA von der ersten gegen die zweite Endposition.
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3 und 4 zeigen einen vorzugsweise mit Druckluft betreibbaren Punktier-Prägekopf 1 bei dem der Kolbenabschnitt KA und die Druckaufnahmefläche DA an einem Steuerelement 14 einer Steuereinheit 7 ausgebildet sind. Die Speiseleitung 8 führt vom Druckfluidanschluss 5 zur Steuereinheit 7. Eine Arbeitsspeisung 9 führt vom Druckfluidanschluss 5 durch die Steuereinheit 7 zum Nadelelement 3.
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Das Nadelelement 3 umfasst nebst der sich entlang der Bewegungsachse 6 erstreckende Nadel 3a auch die durch die Arbeitsspeisung 9 mit Druckfluid beaufschlagbare Druckaufnahmeflache 3b zum Bewegen des Nadelelements 3 in einer Vorstellrichtung. Die Nadelrückstelleinrichtung 10 ist beispielsweise in der Form einer Feder ausgebildet und wirkt entgegengesetzt zur Vorstellrichtung mit einer Rückstellkraft auf das Nadelelement 3. Wenn die Rückstellkraft grosser ist als die vom Druckfluid erzielte Vorstellkraft, so wird ein Anschlagsbereich 3c des Nadelelementes 3 in einer Rückstellrichtung gegen einen inneren Anschlag 11 bewegt.
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Die Steuereinheit 7 ist an die Speiseleitung 8 angeschlossen und macht das Öffnen und Schliessen der Arbeitsspeisung 9 erzielbar. Dazu umfasst die Steuereinheit 7 im Gehäuse 2 einen sich entlang einer Steuerachse 12 erstreckenden Hohlraum 13 und darin ein in Richtung der Steuerachse 12 in Oszillationsbewegung versetzbares, kolbenförmiges Steuerelement 14 sowie eine Steuerrückstelleinrichtung 15, vorzugsweise in der Form einer Feder. Das Steuerelement 14 erzielt bei der Oszillationsbewegung mit einer durch das Steuerelement 14 führenden Arbeitsdurchführung 16 alternierend das Öffnen und Schliessen der Arbeitsspeisung 9 vom Druckfluidanschluss 5 zur Druckaufnahmefläche 3b des Nadelelementes 3.
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Die Arbeitsspeisung 9 schliesst mit Arbeitsanschlüssen 9a und 9b an den Hohlraum 13 an. In einem Positionsbereich des Steuerelementes 7 sind die Arbeitsanschlüsse 9a und 9b über die Arbeitsdurchführung 16 miteinander verbunden und das Druckfluid wirkt im Wesentlichen mit dem Druck des Druckfluidanschlusses 5 auf die Druckaufnahmeflache 3b des Nadelelementes 3. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Steuerelement 14 eine Austrittsdurchführung 17, die in einem Positionsbereich des Steuerelementes 7 den der Druckaufnahmefläche 3b zugewandten Arbeitsanschluss 9b an eine Austrittsverbindung 18 aus dem Punktier-Prägekopf 2 anschliesst und bei einer Rückstellbewegung des Nadelelementes 3 den Austritt von Druckfluid und eine ungestörte Rückstellbewegung ermöglicht. Die Austrittsdurchführung 17 und die Austrittsverbindung 18 sind dann besonders vorteilhaft, wenn Kühlflüssigkeit als Druckfluid verwendet wird. Bei Ausführungsformen, bei denen Kühlflüssigkeit in den Bereich der Steuerrückstelleinrichtung 15 gelangen kann, wird auch dieser Bereich an die Austrittsverbindung 18 angeschlossen
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Wenn Druckluft als Druckfluid eingesetzt wird, so kann Druckluft bei einer Ruckstellbewegung des Nadelelementes 3 über eine Entlüftungsleitung 19 ausströmen und die Austrittsverbindung 18 kann gegebenenfalls weggelassen werden. Die mit Druckluft beaufschlagbare Druckaufnahmefläche 3b gelangt bei der Bewegung gegen das Steuerelement 14 aufgrund der Kompressibilität von Luft etwas über den Anschluss der Entlüftungsleitung 19 hinaus, so dass bei der nächsten Verbindung des Druckfluidanschluss 5 mit der Druckaufnahmefläche 3b das Nadelelement 3 vorgestellt werden kann.
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Zum Erzielen der Oszillationsbewegung des Steuerelementes 14 umfasst der Hohlraum 13 bei einem ersten Endbereich in Richtung der Steuerachse 12 einen Steueranschluss 8a der Speiseleitung 8 und einen Auslassanschluss 20a zu einem Auslassleitung 20, wobei der Auslassanschluss 20a vom Steueranschluss 8a gegen den zweiten Endbereich des Hohlraums 13, bzw gegen das Steuerelement 14, versetzt angeordnet ist. Die dargestellte Ausführungsform eignet sich besonders für die Verwendung von Druckluft als Druckfluid. Bei einer Rückstellbewegung des Steuerelementes 14 kann Druckluft anfänglich über den Auslassleitung 20 ausströmen und wenn das Steuerelement 14 den Auslassanschluss 20a abdeckt, kann verbleibende noch nicht komprimierte Druckluft komprimiert werden, so dass sich das Steuerelement etwas weiterbewegt bis der in der Druckluft über die Steuerspeisung 8 sich aufbauende Druck das Steuerelement 14 wieder gegen die Steuerruckstelleinrichtung 15 und dabei mit seiner von der Steuerrückstelleinrichtung 15 abgewandten Endfläche etwas über den Auslassanschluss 20a hinaus bewegt.
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Die dargestellte Steuereinheit 7 umfasst die Rückhalteeinrichtung 21, welche das Steuerelement 14, bzw. den von diesem gebildeten Kolbenabschnitt KA bei der ersten Endposition zurückhält, bis die vom Druckfluid durch die Speiseleitung 8 auf das Steuerelement 14 wirkende Kraft eine vorgegebene Auslösekraft übersteigt. Die Rückhalteeinrichtung 21 hält das Steuerelement 14 gegebenenfalls auch bei der zweiten Endposition zurück bis über den Austritt von Druckluft durch den Auslassleitung 20 ein vorgegebener Druckabbau erreicht ist.
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5 bis 8 zeigen eine Ausführungsform mit einer Steuereinheit 7, die sich besonders für den Einsatz von Flüssigkeit als Druckfluid eignet. Diese Ausführungsform umfasst das einstellbare Durchflussventil 22 und eine an die Speiseleitung 8 angeschlossene Volumen-Expansionseinrichtung 23
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Das Durchflussventil 22 ermöglicht das Verstellen des Durchflusses bzw. des Drucks des durch die Speiseleitung 8 zur Steuereinheit 7 gelangenden Druckfluids. Das Durchflussventil 22 ist zwischen dem Druckfluidanschluss 5 und dem Hohlraum 13 mit dem Steuerelement 14 angeordnet und vorzugsweise als Nadelventil ausgebildet. Damit ein gewünschter Druck bzw ein gewünschter Durchfluss möglichst einfach einstellbar ist, weist das Durchflussventil 22 bei einer Aussenfläche des Gehäuses 2 eine Verstell-Einrichtung 22a auf. Durch das Verstellen dieses Ventils 22 kann die Zeit verstellt werden, die es braucht um das Steuerelement 14 von der Position, in der die Arbeitsspeisung unterbrochen ist (5 und 6), in die Position mit der offenen Arbeitsspeisung (7 und 8) zu bringen. Bei einem minimal geöffneten Durchflussventil braucht es relativ viel Zeit bis die Auslosekraft erzielt ist und das Steuerelement 14 eine Position mit der offenen Arbeitsspeisung erreicht. Aufgrund der Verwendung eines oszillierenden Schieberventils kann auch bei einem minimalen Durchfluss noch eine Bewegung des Steuerelementes und damit eine tiefe Punktierfrequenz gewährleistet werden. Das verstellbare Durchflussventil erlaubt es Punktierfrequenzen über einen sehr grossen Frequenzbereich und dabei bis zu äusserst tiefen Frequenzen von beispielsweise 1 Hz einzustellen.
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In der in den 5 bis 8 dargestellten Ausführungsform umfasst die Steuereinheit 7 auch eine Rückhalteeinrichtung 21, welche das Steuerelement 14 bei der ersten Endposition (6) zurückhält bis die vom Druckfluid durch die Steuerspeisung 8 auf das Steuerelement 14 wirkende Kraft eine vorgegebene Auslösekraft übersteigt. Die Rückhalteeinrichtung 21 halt das Steuerelement 14 gegebenenfalls auch bei der zweiten Endposition zurück bis über den Austritt von Druckluft durch den Auslassleitung 20 ein vorgegebener Druckabbau erreicht ist.
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Die Volumen-Expansionseinrichtung 23 stellt bei über die Steuerspeisung 8 zuströmendem Druckfluid und geschlossenem Auslassanschluss 20a bzw. geschlossenem Auslassleitung 20 ein sich vergrösserndes Volumen für Druckfluid bereit. 5 und 6 zeigen eine Situation mit vom Steuerelement 14 verschlossenem Auslassanschluss 20a bevor sich das von der Volumen-Expansionseinrichtung 23 bereitstellbare Volumen im Hohlraum 13 vergrossert Ein Expansionskolben 23a wird von einer Dämpfungsfeder 23b gegen einen der Volumen-Expansionseinrichtung 23 zugewandten Anschlag nahe beim Steueranschluss 8a gepresst, wobei der Steueranschluss 8a offen ist Das Steuerelement 14 wird von der Steuerrückstelleinrichtung 15 gegen einen dem Steuerelement 14 zugewandten Anschlag beim Steueranschluss 8a gepresst. Die Arbeitsspeisung 9 ist vom Steuerelement 14 unterbrochen und das Nadelelement 3 ist in einer Rückzugsposition mit dem Anschlagsbereich 3c am inneren Anschlag 11
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7 und 8 zeigen eine Situation nachdem der Expansionskolben 23a vom zuströmenden Druckfluid gegen die Dampfungsfeder 23b bewegt wurde und im Hohlraum 13 das für Druckfluid zur Verfügung stehende Volumen vergrössert ist. Das Steuerelement 14 wurde ebenfalls bereits gegen die Steuerrückstelleinrichtung 15 bewegt. Durch die geeignete Wahl der Federkräfte der Dämpfungsfeder 23b und der Steuerrückstelleinrichtung 15 sowie der Ruckhalteeinrichtung 21 kann eine gedämpfte Verschiebung des Steuerelementes 14 erzielt werden. Die dargestellte Position des Steuerelementes 14 zeigt eine offene Arbeitsspeisung 9, die Druckfluid vom Druckfluidanschluss 5 zur Druckaufnahmefläche 3b des Nadelelements 3 führt, so dass das Nadelelement 3 in Vorstellrichtung ausgelenkt ist. Weil der Auslassanschluss 20a nun offen ist, wird Druckfluid durch den Auslassleitung 20 austreten. Das Steuerelement 14 und der Expansionskolben 23a werden sich aufeinander zu bewegen und der Punktier-Prägekopf gelangt wieder in eine Situation gemäss 5 und 6.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017128475 A1 [0006]
- EP 0402754 [0007]
- EP 511133 B1 [0008]
- DE 10210630 B4 [0009, 0010, 0011]
- DE 102012103111 A1 [0009, 0010]
