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Kraftbetätigtes, mit Kolben arbeitendes Werkzeug Die Erfindung bezieht
sich auf ein kraftbetätigtes, mit Kolben arbeitendee Werkzeug und betrifft insbesondere
eine Federrückholanordnung ftir den Kolben zur Verwendung in einem kraftbetätigten
Werkzeug.
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Kraftbetätigte, mit Kolben arbeitende Werkzeuge haben im Baugewerbe
und auf ähnlichen Gebieten in den vergangenen Jahren große wirtschaftliche bedeutung
erlangt. Bei kraftbetätigten, mit Kolben arbeitenden Werkzeugen gemäß dem Stand
der Technik können die Kolbengeschwindigkeiten von etwa 76,2 - 91,4 m/sec (250 -
300 Fuß pro Sekunde) betragen, wenn der Kolben aus der schußfertigen Stellung in
di. angetriebene Stellung bewegt wird, um ein Befestigungsmittel in eine Oberfläche
einzubringen. Kolbengeschwindigkeiten in dieser Größenordnung
hiben
Schwierigkeiten in der Schaffung einer zuverlässigen selbsttätigen anordnung hervorgerufen,
mittels der der Kolben aus der angetriebenen Stellung in die schußfertige Stellung
zurückgebracht wird. Infolgendessen weisen die meisten mit Kolben arbeitenden, kraftbetätigten
Werkzeuge von Hand betätigbare Mittel auf, um den Kolben aus der angetriebenen Stellung
in die schußfertige Stellung zurückzubewegen.
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Während derartige von Hand bett:tigbaro Mittel im allgemeinen zwar
zufriedenstellend sinn, ist zur Erzielung einer eohnelleren Arbeitsgeschwindigkeit
des Werkzeugs eine selbsttätige Kolbenrückholanordnung äußerst wünschenswert.
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Als eine mögliche Lösung zur selbsttätigen Kolbenrückstellung scheint
sich zunächst die Anordnung einer Metallfeder innerhalb des Laufs bzw. Arbeitszylinders
anzubieten, die am Kolben anliegt, sc daß bei einer Bewegung des Kolben aus der
schußfertigen Stellung in die angetriebene Stellung die Feder zusammengepreßt würde,
um Energie in ihr zu speichern. Wenn ein Befestigungsmittel vom Kolben eingetrieben
ist, würde die Feder dann theoretisoh in ihre ursprtingliohe Gestalt zurückkehren
und dabei den Kolben in die schußfertige Stellung zurückbringen. In Verauohen hat
sich jedoch erwiesen, daß eine Metallfeder sich setzt, d.h. daß eie unfähig wird,
in ihre ursprüngliche Gestalt zurückzukehren und statt dessen infolge von in ihr
erzeugten chookwellen dauerhaft verformt wird, wenn die Feder einem Kolben ausgesetzt
ist, der sich mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 76,2 - 91,4 m/sec
(250 - 300 Fuß pro Sekunde) bewegt. Tatsächlich erstarrt die Feder bereite bei Kolbengeschwindigkeiten
etwa 15,24 m/sec (50 Fuß pro Sekunde).
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Das kraftbetätigte werkzeug und die Kolbenrückholanrodnung gemäß
der Erfindung umfassen ein Gehäuse, mit dem ein Lauf bzw. Arbeitszylinder verbunden
ist. Ein Kolben ist in den Arbeitszylinder zwischen einer schußfertigen und einer
angetriebenen
Stellung hin- und herbeweglich angeordnet. Eine Feuerkammer
ist in der Nlihe des Arbeitszylinders und in Verbindung mit demselben vorgesehen,
und im Gehäuse ist ein Einrichtung angeordnet, die derartig betätigbar ist, daß
sie eine Lsdung in der Feuerkamme@ zündet, wobei die Detonation die Energie liefert,
um den Kolben aus der schußfertigen Stellung in die angetriebene Stellung zu bewegen.
Eine Kolbenrückholeinrichtung ist vorgesehen, um den Kolben aus der angetriebeben
in die schußfertige Stellung zurückzubewegen. Diese Einrlohtunq umfaßt einen Hebel,
der am Gehfluee angelenkt ist, und zwar eo, daß er sich im allgemeinen quer zur
Achse des Kolbens ersteckt. $Ein freise Ende des Hebels steht mit dem Kolben in
Eingriff, wobei die Drehachse des hebels in einem vorherbestimmten Abstand vom Kolben
liegt. Am Gehäuse ist eins Feder angebracht, die mit dem Hebel an einem Punkt in
Eingriff steht, der in einem vorherbestimmten Abstand von der Drechse und ebenfalls
im Abstand von Kolben liegt. Die Feder dient dazu, dns freie Ende des iiebels und
damit den Kolben in Richtung in die schußfertige Stellung vorzuspannen.
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Ziel der Erfindung ist es daher, ein kraftbetätigtes Werkzeug mit
iner selbsttätigen Kolbenrückholanordnung zu schaffen, in der ein anter Federspannung
stehender Hebel verwendet Ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine selbsttätige Kolbenrückholanordnung
zu schaffen, die im Zusammenhang mit einem kraftbetätigten Werkzeug verwendbar ist,
dessen Kolbengeschwindigkeit in der Größenordnung von 76,2 - 91,4 m/se: (250 - 300
Fuß pro Sekunde) liegt.
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Noch ein Ziel der Erfindung liegt darin1 ein kraftbetätigtes werkzeug
mit einer selbstätigen Kolbenrückholanordnung zu schaffen, in der eine Metallfeder
verwendet ist, die nicht der vollen Kolbengeschwindigkeit ausgesetzt ist, wenn der
Kolben durch seinen Arbeitehub hindurchbewegt wird.
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Ziel der Erfindung ist es außerdem, eine selbsttätige Kolbenrückholanordnung
zur Verwendung in einem mit Kolben arbeitenden, kraftbetätigten Werkzeug zu schaffen,
die tiber längere Betriebszeiten hinweg funktionsfähig und zuverlässig ist.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen
eines Ausführungsbeispeils näher erläutert: Fig. 1 ist eine teilweise im Solinitt
gezeigte Seitenansioht des mit Kolben arbeitenden, kraftbetätigten Werkzeuge gemäß
der Erfindung, bei der der Kolben in seiner schußfertigen Stellung gezeigt ist;
Fig. 2 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht dee in Fig. 1 dargestellten
Werkzeugs, bei der der Kolben in seiner angetriebenen Stellung gezeigt ist; Fig.
3 ist eins Draufsicht auf das Werkzeug in Schnitt lange der Linie 3-3 in Fig. 2
gesehen; Fig. 4 ist eine seitliche Teilansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels
und zeigt eine andern Anordnung eines Puffers, der im Zusammenhang mit der Erfindung
verwendbar ist.
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Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, sit ein mit Kolben arbeitendes,
kraftbetätigtes Werkzeug vorgesehen, welches ein insgesamt mit 2 bezeichnetes Gehäuse
umfaßt. Das Gehäuse 2 hat ein Oberteil 4 und ein Unterteil 6, die durch einen sioh
seitlich erstreckenden Stift 8 scharnierartig miteinander verbunden sind. Dae Unterteil
6 des Gehäuses 2 beeitit einen Boden 10, der sich über die ganze Länge desselben
erstreckt und in der Nähe eines Endes eine mit Gewinde versehene Öffnung 12 aufweist.
Ein Lauf bzw. Arbeitszylinder 14 mit einem mit Gewinde versehenen teil 16, der in
die Öffnung 12 eingeschraubt ist, ist auf dem Boden 10 angebracht, während ein insgesamt
mit 18 bezeichneter Kolben im Arbeitszylinder 14 hin- und herbeweglich angeordnet
ist. Der Kolben 18 hat einen erweiterten
Kopf 20 und eine Stange
22. Eine Feuerkammer 24 ist in der Nähe des Arbeitszylinders 14 und un Verbindung
mit demselben vorgesehen und dient zur Aufnahme einer Ladung 26 in Form einer Patrone
oder dergl.
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Das Oberteil 4 des Gehäuses 2 hat einen verdickten Wandteil 28, der
normalerweise in Anlage an der Außenfläche der Wand der Feuerkammer 24 liegt und
in dieser Lage von mehreren flexiblen Fingern 30 lösbar verriegelt ist. Dio Finger
haben Köpfe 32, welche in Eingriff mit Kerben 34 in der Seite des Wandteils 28 vorgespannt
sind. Im Wandteil 28 ist eine Öffnung 36 vorgesehen, die mit der Ladung 26 ausgerichtet
ist. Das Oberteil 4 des Gehäuses 2 hat ferner eine Öffnung 38, die sich im wesentlichen
mit der Öffnnung 36 koaxial erstreckt. Eine Schlagbolzenanordnung ist im Oberteil
4 des Gehäuses 2 beweglich angebracht und.besteht aus einem ersten Abschnitt 40,
der sich in die Öffnung 36 hineinerstreckt und darin beweglich ist, sowie aus einem
zweiten Abschnitt 42, der sich duroh die Öffnung 38 hindurchstreckt und darin beweglich
ist. Außerdem besitzt sie Schlagbolzenanordnung einen zweischen den Abschnitten
40 und 42 liegenden Flansch 44. Eine zusammenpreßbare Feder 46 iet am Oberteil 4
des Gehäuses 2 angebracht und steht mit dem Flansch 44 in Eingriff, na die Schlagbolzenanordnung
in Richtung zur Landung 26 vorzuspannen. Ein scheibenförmiges Teil 48 ist am äußeren
Ende des zweiten Abschnitte 42 vorgesehen, und mit hilfe dieses Teils kann die Schlagbolzenanordnung
von Hand gegen die Vorspannung der Feder 46 bewegt werden.
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Ein Arretierstift 50 ist in eine Blindloch 92 beweglich angebracht,
und eine zusammenpreßbare Feder 54 ist es Boden des Blindloche 52 angeordnet, um
diesen Arretierstift 50 In Richtung zum ersten Abschnitt 40 der Schlagbolzenanordnung
vorzuspannen. Am vorderen Ende dec Arretierstiftes 50 ist ein Vorsprung 58 zum Eingriff
mit einer Kerbe 56 im ersten
Abschnitt 40 der Schlagbolzenanordnung
ausgebildet. Ein Abzug 60 ist am Oberteil 4 des Gehäuses 2 um einen Zapfen 62 drehbar
gelagert und erstreckt sich in eine Handgriffsöffnung 64, die im Oberteil 4 des
Gehäuses 2 einen Handgriff bildet.
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Um die Drehbewegung des Abzugs 60 in einer Richtung zu begrenzen,
ist eine Nase 66 vorgesehen. Eine Betätigungsstange 68 für die Arretiervorrichtung
ist am Oberteil 4 des Gehäuses 2 um einen Zapfen 70 drehbar gelagert, wobei ein
Ende dieser Betätigungsstange 68 mit einer Kerbe 72 im Arrotieretift 50 und das
andere Ende der Betätigungsstange 68 mit dem Abzug 60 in Eingriff steht.
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Um eine Ladung zu zünden, arbeiten der oben beschriebene Abzug und
die oben beschriebene Schlagbolzenanordnung wie folgt.
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Das Oberteil 4 dse Gehäuses 2 wird um den Stift 8 geschwenkt (in die
in Fig. 1 gestrichelt gezeigte Lage), um die Feuerkammer 24 zu öffnen; und eine
Ladung 26 wird dann darin ange bracht. Das Oberteil 4 wird daraufhin zurückgeschwenkt,
bis die Finger 30 mit den Kerben 34 in Eingriff treten, um den Wandteil 28 mit der
Feuerkammerwand zu verriegeln. Dann wird die Scheibe 48 erfaßt und die Schlagbolzenanordnung
von Hand entgegen der durch die feder 46 ausgeübten Vorspannung gezogen, bis der
Vorsprung 58 am Arretierstift 50 in die Kerbe 56 eintritt, wobei sich der Arretierstift
50 unter der Wirkung der Feder 54 nach links bewegt. Die Schlagbolzenanordnung befindet
sich nun in der in Fig. 1 gezeigten gespannten Stellung.
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Dann wird der Abzug 60 betätigt und schwenkt entgegen dem Uhrzeigersinn
um den Zapfen 62, und diese Schwenkbewegung des Abzugs 60 veranlaßt die Betätigungsstange
68 für den Arretierstift, im Uhrzeigereinn um den Zapfen 70 zu schwenken. Diese
Drehbewegung der Betätigungsstange 68 im Uhrzeigersinn bewirkt, daß der Arretierstift
50 sioh nach rechts gegen die Vorspannung der Feder 54 bewegt, wodurch der Vorsprung
58 aus der Kerbe 56 herausbeegt wird. Die Feder 46 bewegt nun die Schlagbolzenanordnung
in Richtung zur Ladung 26 und beim Auftreffen wird die
Ladung gezündet.
Die Stellung der verschiedenen Bauteile nach der Detonation ist in Fig. 2 gezeigt.
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Die Kolbenrückholeinrichtung gemäß der Erfindung umfaßt einen Hebel
74, der am Unterteil 6 des Gehäuses 2 um einen Zapfen 76 drehbar gelagert ist, wobei
der Zapfen von der Aohse des Kolbens 18 im Abstand angeordnet ist. Ein Ende des
hebels 74 ist gegabelt und bildet Arme 78 und 80, die am deutlichsten in Fig. 3
zu sehen sind. Das gegabelte Ende des Hebels 74 erstreckt sich dabei durch einen
in der Wand des Arbeitszylinders 14 ausgebildeten Schlitz 82. Ein zusammenpreßbare
Feder 84 ist am noden 10 angebracht und steht mit den Hebel 74 in einem Punnt in
Eingriff, der vom Drehzapfen 76 und auch von der Achse des Kolbens 18 einen Abstand
hat. Die Feder 84 spannt das gegabelte Ende 78, 80 des Hebels nach oben vor in Eingriff
tait dom lCcpf 20 des Kolben 18. Zwei einander gegenüberliegende knopfartige Erhebungen
86 und 88 sind vorzugsweise am Boden 10 bzw. am Hebel 74 vorgesehen, um mit den
entgegengesetzten Enden der Feder 84 in Eingriff zu treten. Am Boden 10 in der Nähe
de Arbeitszylinders 14 ist ein Pufferklotz 90 aus einem stoßdämpfenden Werkstoff,
wie Polyurethyn, Nylon oder dergl. vorgesehen, der sich nach oben bis über den unteren
Rand des Schlitzes 82 hinaus erstreckt.
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Fig. 4 zeigt eine andere Jknordreng von Teilen nur Schaffung eines
Pufferklotzes, bei dem das Pufferelement selbst die Form eines ringförmigen Körpers
96 aus Polyurethan, Nylon oder dergl. hat und im unteren Teile des Arbeitszylinders
14 auf einem sich nach innen erstreckenden Flansch 94 am unteren Ende des Arbeitszylinders
ruhend angeordnet ist. Ein ringförmiger Stopfen 92 ist oberhalb des Pufferelements
96 vergssehen und dient dazu, Schlagenergie von hebel 74 auf das Pufferelement 96
zu übertragen.
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Ein Magazin 98, welches eine Vielzahl von Befestigungselementen 100
enthält, ist auf beliebige bekannte Weise unten am Boden 10 angebracht und umfaßt
eine hier nicht gezeigte Einrichtung zum selbettätigen Vorrücken einzelner Befestigungselemente
100 @n eine Antriebbstellung unterhalb der Kolbenstange 22. Zwei koaxiale Öffnungen
102 und 104 sind in Deckel bzw. Boden d@ Magazins 98 vorgesehen, damit die Kolbenstange
92 durch das Magazin 98 bewegt werden kann, um ein Befestigungselement 100 einzutreiben
(ei@he Fig. 2). Eine biegea@s Blattfeder 10@ ist an dem mit den Öffnungen versohenen
Ends das Magazin @@ angebracht und trägt dazu bei, das Befestigungselement 100 vor
sein@. Eint@@@@ihen in eine Oberfläche 108 auszurichten.
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Das kraftbetätigte Warkzang und die Kolbenrückholanordnung gemäß der
Erfindung arbeiten wie folgt. Der Kolben 18 wird von den Armen 78 und 80 des Habeln
74, die von der Feder 84 nach oben gegen den Kolbenkopf 20 vorgespannt sind, in
schlußfertiger Stellung gehalten, wie in Fig. 1 gezeigt.
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Der Kolben 18 wird dadurch in die in Fig. 2 gezeigte angetriebene
Stellung bewegt, daß eine Ledung 26 in der Feuerkammer 24 gezündet wird. Dabei sind
mehrere Öffnungen 110 in der Wand das Arbeitszylinders 14 vorgesehen, um diesen
nach der Detonation zu entlüften. Eine Bewegung des Kolbens 18 in die angetriebene
Stellung verursacht, daß der Hebel 74 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung schwenkt
und führt zu einem Zusammenpressen der Feder 84. Das Aufschlagen das hebels 74 auf
das Puff@rpolster 90 führt zu einen Verzehren der von dem sich bewagenden Kolben
18 und dem sich bewogenden Hebel 74 entwickelten Energie und bietet Schutz im Fall
eines freien Fauerns oder Überfeuerne des Kolbens18.
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Die Geschwindigkeit desjenigen Punktes des hebels, der bei der Bewegung
des Kolbens 18 aus der eohußfertigen in die anptriebene Stellung auf die Feder 84
wirkt, wird nach folgender V1 d1 = Gleichung bestimmt: V2 d2 , wobei V1 die Kolbengeschwindigkeit
in Meter pro Sekunde, V2 die Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde eds Hebels am
Eingriffspunkt zwischen dem Hebel und der Feder, dl der Abstand in Zentimeter zwischen
der Achse des Kolbens und der Drehachse des Hebels, und d2 der Abstand in Zentimeter
zwischen den Eingriffspunkt swieohen Hebel und Feder und der Drehachse des Hebel
ist. Die Geschwindigkeit desjenigen Punktes des Hebele, der auf die Feder 84 wirkt,
ist also bei gegebenen Werten fUr V1 und d1 direkt proportional zur Größe d2. Sobald
die Hebelgeschwindigkeit, bei der die Feder erstarrt, für eine gewisse Federzusammensetzung
experimentell festgestellt wurde, kann man V2 dadurch steuern, daß man d2 entsprechend
festsetzt, mit dem Ergebnis, daß die Feder niemals einer Hebelgeschwindigkeit ausgesetzt
ist, di verursaoht, daß die Feder sich setzt bzw, erstarrt.
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Wenn ein Befestigungselement 100 vom Kolben 18 eingetrieben ist,
muß der Hebel 74 eine genügend starke Kraft auf den Kolben 18 ausüben, um diesen
in seine schußfertige Stellung zurückzubewegen. Normalerweise reichen Je nach den
Gewicht und der Reibung des Kolbens 18 und dem Gewicht des Hebels 74 etwa 0,45 -
0,90 kg (1 - 2 pounds). Da die Feder 84 gegenüber dem Kolben 18 seitlich versetzt
ist, muß sie eine Kraft auf den Hebel 74 aufbringen, die größer ist asl die Kolbenrückstellkraft.
Die benötigte Federkraft läßt sich nach der Gleichung f2 = f1 (d1 - d2) bestimmen,
wobei f2 die Federkraft, f1 die Kolbenrückstellkraft, und d1 und d2 die oben angegebenen
Größen eind.
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Gemäß der Erfindung wird also ein kraftbetätigtes, mit Kolben arbeitendes
Werkzeug mit selbsttätiger, unter Federspannung stehender Kolbenrückholanordnung
geschaffen. Bei dem erfindnungsgemäßen Werkzeug besteht keine Notwendigkeit, den
Kolben nach jedem Schuß erneut betriebsklar zu machen, und die Erfindung, bietet
eine Anordnung von Teilen, bei dor die der beim Feuern des Wekzeugs nioht dor vollen
Kolbengeschwindigkeit ausgesetzt ist. Darüberhinaus bietet die Erfindung ein Werkzeug,
dem ohne weiteres ein Magazin mit Befestigungselementen zugeordnet werden, kann,
in welchem die Befestigungselemente selbsttätig in eine Antriebsstellung unterhalb
des Kolbens vorgerückt werden, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit des Werkzeugs
erheblich beschleunigt wird und die zum Eintreiben eines Befestigungselements mittels
eines kraftbetätigten Werkzeugs eroforderlichen Arbeitsvorgänge vereinfacht werden.