DE2311713B2 - Pneumatisches schlagwerkzeug - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Schlagwerkzeug mit einem eine Vortriebskammer und eine Rückzugskammer enthaltenden Gehäuse und einer darin axial beweglich geführten Kolbeneinheit, besteht aus einem Antriebskolben und einem Schaft, die axial zueinander beweglich und mit axial zusammenwirkenden Kraftübertragungsflächen versehen sind, wobei im Gehäuse ein vom Antriebskolben am Ende des Vortriebshubes abgeschlossener Bremsraum vorgesehen ist. Ein solches Schlagwerkzeug ist durch die SW-PS 59 289 bzw. die GB-PS 7 17 518 bekannt.

Schiagwerkzeuge der vorgenannten Art werden bei der Metallbearbeitung, insbesondere beim Stanzen und Abscheren gebraucht. Bei solchen Werkzeugen ist es erwünscht, die wirksame Fläche des Antriebskolbens zu vergrößern, um eine stärkere Antriebskraft und bessere Beschleunigung zu erhalten. Eine schnellere Beschleunigung wiederum eröffnet die Möglichkeit, den Arbeits hub zu verkürzen. Daraus erwächst der Vorteil, daß einfachere Werkzeuge mit kürzeren Gleitflächen benutzt werden können. Bei den bekannten Schlagwerkzeugen der eingangs genannten Art ist dies nicht möglich, weil dort der Antriebskolben bestimmungsgemäß nicht nur den Schaft während des Rückhubs antreibt, sondern auch bei unbelastet ausgeführten Schlägen (Lerrschiägen) kinetische Energie vom Schaft auf das Gehäuse übertragen muß. Wenn unter diesen Voraussetzungen der Antriebskolben vergrößert würde,

würde er untragbaren Belastungen ausgesetzt werden.

Des weiteren ist es erwünscht, das Gewicht aller während des Arbeitshubs beschleunigten Teile zu verringern, um auch auf diese Weise schneller zu beschleunigen und einen kürzeren Hub zu erreichen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Schlagwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, das im Vergleich zum bekannten Werkzeug eine größere wirksamere Kolbenfläche bei gleichzeitig geringem Gesamtgewicht der hin- und hergehend angetriebenen Teile aufweist, wobei weder der Antriebskolben noch ein anderes Teil unzulässig hohen Beanspruchungen im Betrieb ausgesetzt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kraftübertragungsflächen aus einem nur in Vortriebsrichtung wirksamen Flächenpaar bestehen, daß der Bremsraum von der Rückzugskammer getrennt ausgebildet und derart angeordnet ist, daß er den Antriebskolben vor Schlagausübung des Schaftes abfängt, daß der Schaft mit einer in der Rückzugskammer verschieblichen kolbenförmigen Verdickung versehen is!, und daß ein zweiter Bremsraum vorgesehen ist, in den eine Schulterfläche am Schaft im Fall von Leerschlägen eintaucht.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, den aufgabengemäß mit größerer wirksamer Fläche ausgebildeten Antriebskolben nurmehr zur Beschleunigung des aus dem Gehäuse herausragenden Schafts mit dem daran ansetzenden Werkzeugeinsatz zu benutzen und mit Hilfe eines eigenen Bremsraums vorzeitig abzufangen, während der beschleunigte Schaft weiterläuft, bis der Werkzeugeinsatz auf das Werkstück trifft und seine kinetische Energie dort in Arbeit umgewandelt wird. Dazu bedarf es einer Trennung des vorgenannten Bremsraums von der Rückzugskammer, die von einer besonderen Verdickung des Schaftes abgeschlossen wird und über diesen den Antriebskolben mit in die Rückzugsstellung führt. Des weiteren bedarf es aber auch eines zweiten Bremsraums für den weiterfliegenden Schaft, um diesen im Falle eines Leerhubs ohne unzulässige Beanspruchung des Gehäuses abfangen zu können.

Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung kann die angestrebte Verstärkung der Antriebskraft und Verbesserung der Beschleunigung noch dadurch gefördert werden, daß, wie an sich bekannt (US-PS 30 39 439), das Gehäuse einen der Vortriebskammer vorgeschalteten Laderaum enthält, der in der Rückzugsstellung des Antriebskolbens mit einer Druckluftquelle verbindbar ist und mit der Vortriebskammer über eine von einem rückseitigen Ansatz am Antriebskolben in dessen Rückzugsstellung verschlossene zentrale öffnung in Verbindung steht. Hierdurch ist es möglich, auch mit normalen Zuleitungsquerschnitten für die Druckluft die größere Kolbenfläche in Hinblick auf die stärkere Antriebskraft und die größere Beschleunigung voll auszunutzen.

Da der Antriebskolben des erfindungsgemäßen Schlagwerkzeugs für sich und vorzeitig von dem im Gehäuse gebildeten Bremsraum abgefangen wird, ist es ferner nach einem besonderen Ausgestaltüngsmerkmal der Erfindung möglich, den Antriebskolben aus einem leichten Material wie Kunststoff oder Holz herzustellen, ohne die bei derartigen Materialien für gewöhnlich gegebene geringere Bruchfestigkeit berücksichtigen zu müssen.

Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

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Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein pneumatisches Schlagwerkzeug gemäß der Erfindung in Ausgangsstellung vor dem Arbeitshub,

Fig. 2 das Werkzeug nach Fig. 1 während des Arbeitshubs, bevor der Werkzeugeinsatz auf das Werkstück auftrifft, und

F i g. 3 das Werkzeug nach F i g. 1 und 2 am Ende des Arbeitsvorgangs mit bereits eingeleitetem Rückhub.

Das in der Zeichnung dargestellte pneumatische Werkzeug besteht aus einem den Zylinder bildenden Gehäuse 1 und einer Kolbeneinheit 2, die hin- und herverschieblich im Gehäuse geführt ist. Das Gehäuse 1 enthält eine Vortriebskammer 3, einen Laderaum 4, eine Rückzugskammer 5 und einen Brems- oder Verzögerungsraum 6, der die Aufgabe hat, am Ende des Arbeitshubs die restliche kinetische Energie zu absorbieren.

Die Kolbeneinheit 2 besteht aus einjm Antriebskolben 7, einem Schaft 8 und einem an dessen vorderem Ende fest anbringbaren Werkzeugeinsatz 9. Der Schaft 8 und der Antriebskolben 7 sind in axialer Richtung zueinander verschieblich. Zu diesem Zweck hat der Antriebskolben 7 eine zentrale Bohrung 10, durch die sich der Schaft 8 erstreckt. Um eine Vortriebskraft auf den Schaft 8 zu übertragen, hat der Antriebskolben eine vordere Anlagefläche 12, die mit einer hinteren Schulterfläche 11 am Schaft 8 zusammenwirkt. Wenn der Aniriebskolben 7 durch Druckluft vorwärts, d. h. mit bezug auf die Zeichnung nach unten bewegt wird, kommt die Anlagefläche 12 zur Anlage die Schulterfläche 11 und nimmt den Schaft 8 und den Werkzeugeinsatz 9 vorwärts in Richtung auf ein zu bearbeitendes Werkstück 13, z. B. ein Blech oder eine Platine, mit. Da die Anlagefläche 12 und die Schulterfläche 11 nur in Vortriebsrichtung zusammenwirken, ist der Schaft 8 relativ zum Antriebskolben 2 frei verschieblich.

Eine die Schulterfläche 11 tragende Verdickung 14 des Schaftes 8 erstreckt sich von der Schulterfläche 11 aus nach vorn in die Rückzugkammer 5 und bildet einen mit dieser Kammer zusammenwirkenden Kolben, dessen wirksame Kolbenfläche durch eine vordere Verjüngung und eine dadurch gebildete ringförmige Schulterfläche gebildet wird. Dieser Kolben hat die Aufgabe, bei Beaufschlagung der Rückzugskammer 5 mit Druckluft die Kolbeneinheit 2 in ihre hintere, d. h. mit bezug auf die Zeichnung obere Endstellung zurückzuführen.

Die Rückzugskammer 5 ist über ein federbelastetes Handsteuerventil 17 alternativ mit einer Druckluftquelle verbindbar oder entlüftbar. In der Ruhestellung des Ventils 17 (Fig. 1) ist die Rückzugkainmer an die Druckluftquelle angeschlossen.

Von der vorderen Kolbenfläche der Verdickung 14 aus erstreckt sich die Kolbenstange 8 nach vorn durch den Bremsraum 6. Im Bereich dieses Raums ist der Schaft 8 nochmals verjüngend abgesetzt, so daß ein Brems- oder Verzögerungskolben 18 gebildet ist.

Der zur Verzögerung des Schaftes 8 vorgesehene Bremsraum 6 hat an seinem vorderen Ende einen zylindrischen, schalenförmigen Bereich 19, dessen Innendurchmesser den des Bremskolbens 18 gerade um so viel übersteigt, daß nur ein enger Ringspalt bestehen bleibt, wenn der Bremskolben 18 am Ende des Arbeitshubs in den Bereich 19 eindringt.

Durch Zusammenwirken der Teile 6, 19 soll, wie vorstehend angedeutet, die kinetische Energie absorbiert werden, welche der Schaft 8 mit dem Werkzeugeinsatz 9 nai.h verrichteter Arbeit noch hat. Diese Bremseinrichtung hat besondere Bedeutung bei einem sog. Leerschlag oder Leerhub, bei dem keine Arbeitsenergie anfällt und sie demzufolge die gesamte kinetische Energie aufnehmen muß.

Zur Erfüllung der vorgenannten Aufgaben befindet sich im Bremsraum 6 eine Flüssigkeit, die beim Eindringen des Bremskolbens 18 in den schalenförmigen Bereich 19 auf den Schaft 3 eine Verzögerungskraft ausübt, während sie durch den erwähnten Ringspalt herausgedrückt wird. Der schalenförmige Bereich 19 könnte auch leicht konisch sein, so daß sich die Spaltweite des Ringspalts mit dem Eindringen des Verzögerungskolbens 18 in den Bereich 19 verringert und die Bremskraft zunehmend größer wird. Um einen Druckaufbau im Bremsraum 6 zu vermeiden, steht letzterer über einen Entlüftungskanal 20 mit der Atmosphäre in Verbindung.

Die Vortriebskammer 3 hat in ihrer hinteren Endwand eine Einlaßöffnung 21 für Druckluft aus dem Laderaum 4. Die Vortriebskammer 3 hat außerdem radiale Auslaßöffnungen 22, die so angeordnet sind, daß sie sich vor dem Antriebskolben befinden, wenn dieser seine hintere (obere) Endstellung einnimmt, dagegen hinter dem Antriebskolben 7 liegen, wenn sich dieser in seiner vorderen (unteren) Endstellung befindet. Dies bedeutet, daß im vorderen Bereich der Vortriebskammer 3 ein Luftkissen eingeschlossen ist, wenn der Antriebskolben während des Arbeitshubs die Auslaßöffnungen 22 passiert hat.

Die Verbindung zwischen der Vortriebskammer 3 und dem Laderaum 4 durch die Einlaßöffnung 21 ist unterbrochen, wenn sich der Antriebskolben 7 in seiner hinteren Endstellung befindet. Dann ragt nämlich ein Ansatz 23 an der Rückseite des Antriebskolbens 7 in die Einlaßöffnung 21 und verschließt diese.

Der Laderaum 4 erhält Druckluft von einer Druckluftquelle über eine Leitung 25, die ständig mit der Druckluftquelle in Verbindung steht, einen Einlaßkanal 24 und ein Einlaßventil 26. Dieses ist in der hinteren Endwand des Laderaums 4 angeordnet und wird von einer Ventilkammer 27 gebildet, durch die sich das hintere Ende des Schafts 7 erstreckt. Um den Schaft durch die Ventilkammer hindurchführen zu können, ist diese mit zwei gegenüberliegenden öffnungen versehen, von denen die vordere eine Eindrehung 28 des Schafts mit Radialabstand umgibt, wenn der Schaft seine hintere Endstellung einnimmt.

Das vorbeschriebene pneumatische Werkzeug arbeitet wie folgt:

Wenn die Leitung 25 und das Ventil 17 an die Druck'iuftquelle angeschlossen sind, befindet sich die Kolbeneinheit 2 in ihrer in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung, sofern gleichzeitig auch das Ventil 17 unbetätigt ist und seine Ruhestellung einnimmt. In dieser Stellung sind sowohl die Rückzugskamrr.er 5 als auch der Laderaum 4 an die Druckluftquelle angeschlossen, und zwar wegen der Stellung des Ventils 17 bzw. der Lage der Eindrehung 28 am Schaft 8, die hierbei im Bereich der vorderen öffnung der Ventilkammer 27 liegt. Dadurch baut sich im Laderaum 4 der volle Druck auf. In dieser Ausgangsstellung wirken auf die Kolbeneinheit zwei entgegengesetzt gerichtete Kräfte, von denen die eine durch den Luftdruck auf r^ie kolbenförmige Verdickung 14 des Schafts 8 herrührt und aufwärts gerichtet ist, während die andere, abwärts gerichtete Kraft durch Druckbeaufschlagung des dichtenden Ansatzes 23 an der Rückseite des Antriebskolbens 7 erzeugt wird

Aufgrund der Tatsache, daß die wirksame Kolbenfläche der kolbenförmigen Verdickung 14 größer ist als die des dichtenden Ansatzes 23 ergibt sich eine resultierende Kraft nach oben, die das Gewicht der Kolbeneinheit übersteigt und diese in die obere Endstellung drückt und dort festhält. In der Ruhestellung nehmen also der Antriebskolben 7, die den Rücktriebskolben bildende Verdickung 14 des Schafts 8 und der Verzögerungskolben 18 ihre oberen Endstellungen ein, und die Anlagefläche 12 des Antriebskolbens 7 liegt an der Schulterfläche 11 des Schafts 8 an.

Diese Ruhestellung ist unter den angegebenen Voraussetzungen stabil und wird aufrechterhalten, bis das Ventil 17 umgestellt wird. Wenn dies geschieht, wird die Verbindung zwischen der Rückzugskammer 5 und der Druckluftquelle unterbrochen. Statt dessen wird die Rückzugskammer zur Atmosphäre entlüftet und dadurch druckentlastet. Wenn dabei die auf die kolbenförmige Verdickung 14 des Schafts 8 wirkende Kraft um ein bestimmtes Maß absinkt, drückt die abwärts gerichtete Kraft, die am dichtenden Ansatz 23 wirksam ist, die Kolbeneinheit 2 vorwärts oder nach unten mit bezug auf F i g. 1 bis 3. Schon nach einem kurzen Weg wird die dichtende Anlage zwischen dem Ansatz 23 und der Einlaßöffnung 21 unterbrochen, so daß Druckluft in die Vortriebskammer 4 eindringen und die gesamte wirksame Kolbenfläche des Antriebskolbens 7 beaufschlagen kann. Das Ergebnis ist eine plötzliche Vervielfachung der Vortriebskraft, und die Kolbeneinheit 2 wird, da die Rückzugskammer 5 druckentlastet ist, ohne entgegenstehenden Widerstand vorwärts, d. h. nach unten beschleunigt.

Durch Zusammenwirken zwischen der Anlagefläche

12 und der Schulterfläche 11 treibt der Antriebskolben 7 den Schaft 8 und den Werkzeugeinsatz 9 in Richtung auf das zu bearbeitende Werkstück 13. Während des ersten Teils des Arbeitshubs kann die Luft, die sich in der Vortriebskammer 3 unterhalb des Antriebskolbens 7 befindet, aus diesem Raum durch die Auslaßöffnungen 22 verdrängt werden. In der späteren Phase des Arbeitshubs passiert der Antriebskolben 7 die Auslaßöffnung 22, wodurch ein Luftkissen im unteren Bereich der Vortriebskammer 3 eingeschlossen wird. Bei weiterer Vorwärtsbewegung der Kolbeneinheit 2 wird dieses Luftkissen komprimiert, und es wird eine auf den Antriebskolben 7 verzögert wirkende Kraft erzeugt, die diesen zunehmend abbremst und anhält.

Da der Schaft 8 relativ zum Antriebskolben 7 nach vorn frei verschieblich ist, wird er von der Verzögerung des Antriebskolbens nicht beeinflußt, sondern setzt seine Vorwärtsbewegung fort und führt die bezweckte Arbeit aus. Der Abstand zum Werkstück 13 ist so bemessen, daß der Antriebskoltnn 7 abgebremst ist, bevor der Werkzeugeinsatz 9 auf das Werkstück trifft.

Nachdem der Werkzeugeinsatz 9 auf das Werkstück

13 aufgetroffen ist, und sich der Schaft 8 noch ein wenig weiter bewegt hat, dringt der Verzögerungskolben 18 in den schalenförmigen Bereich 19 des Bremsraums 6 ein. Die Flüssigkeit vor dem Verzögerungskolben 18 wird dadurch aus dem schalenförmigen Bereich 19 durch den gebildeten Ringspalt verdrängt, und es wird eine verzögernde Kraft auf den Verzögerungskolben 18 und damit den gesamten Schaft 8 ausgeübt.

Fast gleichzeitig mit dem öffnen der Verbindung zwischen dem Laderaum 4 und der V-jrtriebskammer 3 zu Beginn des Arbeitshubs wird die Verbindung zwischen dem Laderaum 4 und der Druckluftquelle durch Eintreten des vollen Schaftdruchmessers in die untere öffnung der Ventilkammer 27 unterbrochen. Diese Unterbrechung muß aus zwei Gründen erfolgen. Erstens würde anderenfalls die Druckluft auch während des nachfolgenden Rückhubs auf die gesamte Fläche des Antriebskolbens wirken, so daß dieser wegen der beträchtlich kleineren Kolbenfläche der den Rücktriebskolben bildenden Verdickung 14 am Schaft 8 nicht zurückbewegt werden könnte. Zweitens würde die Druckluft geradewegs durch das Ventil 26 in das

ίο Gehäuse 1 einströmen und dieses durch die Auslaßöffnung 22 wieder verlassen, wenn sich der Antriebskolben 7 im Bereich seiner unteren Endstellung befindet. Daraus würde ein unerwünschter Verlust an Druckluft resultieren.

Wenn ein Arbeitshub beendet ist, wird das Ventil 17 unter Federwirkung in die in F i g. 3 gezeigte Lage, nämlich seine Ruhelage, umgestellt, wodurch die Rückzugskammer 5 für den Rücktrieb mit der Druckluftquelle erneut verbunden wird. Sobald die Druckluft in die Rückzugskammer 5 eindringt, beginnt auf die Verdickung 14 eine nach oben gerichtete Kraft zu wirken, und der Schaft 8 sowie der Antriebskolben 7 werden aufwärts in ihre zurückgezogene Endstellung verschoben. Unmittelbar bevor die Kolbeneinheit 2 diese Enstellung erreicht hat, wird die Verbindung zwischen dem Laderaum 4 und der Vortriebskammer 3 durch das Eintreten des Ansatzes 23 am Antriebskolben 7 in die öffnung 21 unterbrochen. Ungefähr gleichzeitig damit gelangt die Eindrehung 28 erneut in die untere öffnung der Ventilkammer 27, wodurch der Laderaum 4 erneut mit der Drisckluftquelle verbunden wird. Es baut sich nun wieder erneut Druck im Laderaum 4 auf, und die Vorrichtung ist für den nächsten Arbeitshub bereit.

Um zu vermeiden, daß während des Rückhubs am hinteren Ende der Vortriebskammer 3 ein Luftkissen eingeschlossen wird, ist diese Kammer mit einer oder mehreren Entlüftungsöffnungen geringen Druchmessers (nicht gezeigt) versehen. Diese öffnungen müssen so klein sein, daß sie den Arbeitsdruck während des Arbeitshubs nicht beeinflussen.

Damit der Arbeitshub nicht beginnt, bevor der volle Druck im Laderaum 4 erreicht ist, kann die Vorrichtung mit einem auf einen bestimmten Druck ansprechenden Ventil (nicht gezeigt) versehen sein. Dieses Ventil müßte vom Druck im Laderaum abhängig sein und automatisch sicherstellen, daß die Rückzugskammer 5 für den Rücktrieb nicht vom Druck entlastet wird, bis der volle Druck im Laderaum erreicht ist.

Beim vorbeschriebenen Schlagwerkzeug ist der Antriebskolben gegenüber schweren Beanspruchungen vollständig geschützt. Dies ist dadurch erreicht worden, daß der Schaft 8 und der Antriebskolben 7 relativ zueinander frei verschieblich sind. Die kinetische Energie des Schafts 8 am Ende des Arbeitshubs ist nicht auf den Antriebskolben 7 übertragbar, was insbesondere bei ohne Belastung oder Gegenkraft ausgeführten Schlägen (Leerschlägen) wichtig ist. Es ist deshalb auch möglich, einen Antriebskolben mit beträchtlich größerem Durchmesser zu verwenden als bisher. Es ist

bo weiterhin möglich, den Antriebskolben aus einem leichteren und nur geringer beanspruchbaren Material herzustellen, wie Kunststoff oder Holz. Schließlich besteht sogar die Möglichkeit, die Masse der gesamten Kolbeneinheit 2 zu verringern, obgleich der Antriebskolben 7 einen größeren Durchesser hat.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung des Antriebskolbens ermöglicht auch eine Verkürzung der Hublänge der gesamten Einrichtung, wobei jedoch am

Ende des Arbeitshubs dieselbe Geschwindigkeit erreicht wird wie vorher. Dies wiederum macht es möglich, einen einfacheren und billigeren Stanz- oder Hochgeschwindigkeits-Scherwerkzeugeinsatz zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

23 Π Patentansprüche:

1. Pneumatisches Schlagwerkzeug mit einem eine Vortriebskammer und eine Rückzugsk ?er enthaltendenden Gehäuse und einer ι in axial beweglich geführten Kolbeneinheit, bestehend aus einem Antriebskolben und einem Schaft, die axial zueinander beweglich und mit axial zusammenwirkenden Kraftübertragungsflächen versehen sind, wobei im Gehäuse ein vom Antriebskolben am Ende des Vortriebshubes abgeschlossener Bremsraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsflächen aus einem nur in Voririebsrichtung wirksamen Flächenpaar (11, 12) bestehen, daß der Bremsraum von der Rückzugskammer (5) getrennt ausgebildet und derart angeordnet ist, daß er den Antriebskolben (7) vor Schlagausübung des Schaftes (8) abfängt, daß der Schaft (8) mit einer in der Rückzugskammer (5) verschieblichen kolbenförmigen Verdickung (14) versehen ist und daß ein zweiter Bremsraum (6) vorgesehen ist, in den eine Schulterfläche am Schaft (8) im Fall von Leerschlägen eintaucht.

2. Schlagwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen der Vortriebskammer (3) vorgeschalteten Laderaum (4) enthält, der in der Rückzugsstellung des Antriebskolbens (7) mit einer Druckluftquelle verbindbar ist und mit der Vortriebskammer (3) über eine von einem rückseitigen Ansatz (23) am Antriebskolben (7) in dessen Rückzugsstellung verschlossene zentrale Öffnung (21) in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebskolben (7) aus 3» einem leichten Material wie Kunststoff oder Holz besteht.