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Elektrisch betätigbares, von Kondensatoren anaetriebenes Werkzeug
Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigbares, von Kondensatoren angetriebenes
Werkzeug, beispielsweise eine Nagelmaschine, die einen Einknopfsteuerschaltkreis
aufweist und mittels des Entladestroms eines Kondensators angetrieben ist.
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Unter den elektrisch betätigten Werkzeugen, insbesondere unter Nagelmaschinen,
die Nägel od.dgl. eintreiben, sind bereits elektromagnetische bzw. mit Luft angetriebene
Maschinen bekannt. Der Elektromagnetspule einer elektromagnetischen Nagelmaschine
wird entweder während einer halben Wechselstromschwingung bestimmt von der Leistungsfrequenz
Elektrizität zugeführt, oder es wird der Elektromagnetspule während mehrerer Schwingungen
Wechselstrom oder gleichgerichteter Strom zugeführt, wobei der Wechselstrom oder
der gleichgerichtete Strom, der der Elektromagnetspule zugeführt wird, mechanisch
abgeschaltet wird.
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Dabei ist jedoch, da der Strom von der Leistungsouelle direkt zur
Elektromagnetspule geführt wird, das Aufnahmevermögen der Elektromagnetspule beschränkt,
und zwar durch die Höhe der Impedanz in der Stromzuführung bzw. im Speiseleistungskreis,
oder durch die Länge des Kabels, das sich zwischen der Stromquelle und dem Werkzeug
erstreckt. Deshalb ist ein derartiges Verfahren für große Werkzeuge nicht verwendbar.
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Was ferner die druckluftgetriebenen Nagelmaschinen angeht, so erfordern
sie unvermeidbar einen großen und schweren Kompressor. Das Tragen einer solchen
Nagelmaschine ist deshalb sehr mühsam. Ferner findet sie infolge ihrer Größe nicht
überall Platz. Ferner ist die Handhabung einer solchen luftgetriebenen Nagelmaschine
auch infolge des schweren Luftschlauchs besonders unbequem, wenn auf einem hohen
Gerüst gearbeitet werden muß, wie es für hohe Gebäude erforderlich ist. Demnach
sind die Einsatzmöglichkeiten für eine solche Maschine begrenzt.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird darin gesehen, ein
elektrisch betätigbares, von Kondensatoren angetriebenes Werkzeug mit einer kompakten
Steuerungseinrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Elektromagnetspule
großer Kapazität zu betätigen, und zwar durch Zufuhr des Entladestroms festliegender
Größe vom Kondensator, um die oben erwähnten herkömmlichen Nachteile zu vermeiden.
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Bei einem elektrisch betätigten Werkzeug gemäß vorliegender Erfindung
werden bei kontinuierlicher Stellung "EIN" des Hauptschalters zwei Miniaturrelais
und deren Kontakte lediglich einmal in einer vorgegebenen Zeitspanne in die Stellung
"EIN" geschaltet; sie schalten dann automatisch auf "AUS" und bleiben "AUS". Der
fortlaufende Betrieb läßt sich als "Uni-Betrieb der Miniaturrelais definieren.
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Der Torstrom der siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR) oder des
Silizium-AC(Wechselstrom)-Steuerelements(TRC), der in dem elektrischen Stromkreis
der vorliegenden Erfindung enthalten ist, wird durch die Miniaturrelais gesteuert,
die ihrerseits derart gesteuert werden, daß sie den oben erwähnten Uni-Betrieb bzw.
Einfach-Betrieb durchführen. Das Laden oder das Entladen des Kondensators wird automatisch
gesteuert, wobei der Entladestrom der Elektromagnetspule zugeführt wird. Somit läßt
sich ein elektrisch betätigbares Werkzeug, beispielsweise eine elektromagnetisch
betätigte Heft- oder Nagelmaschine kraftvoll bedienen. Ferner wird durch Synchronisation
des Arbeitsstroms mit der Frequenz der Stromauelle die Erzeugung eines exzessiven
Arbeitsstroms verhindert, sowie die Störungshäufigkeit des Werkzeuges gesenkt und
der Wirkungsgrad vergrößert. Darüber hinaus wird das Werkzeug dank der Miniaturisierung
tragbar.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen sind im folgenden
anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Nagelmaschine, teilweise geschnitten; Fig. 2 einen Schaltplan
des elektrischen Steuerkreises des Werkzeugs gemäß Fig. 1; Fig. 3 einen Schaltplan
für einen elektrischen Steuerkreis einer weiteren Ausführungsform; Fig. 4 ein Betriebsdiagramm
einer bevorzugten Ausführungsiorm der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der
eine elektromagnetische Nagelmaschine 6 eine Elektromagnetspule 1 und einen Kolben
bzw. Tauchkern 2 aufweist.
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Der Tauchkern 2 wird durch die Erregung der Elektromagnetspule 1 angezogen,
und ein Hammer 3, der am vorderen Endteil des Tauchkerns 2 vorgesehen ist, treibt
nicht gezeigte Nägel, die in einem Magazin 4 eingesetzt sind, einen nach dem andern
durch einen Nageltreibauslaß 5. Setzt man den NageltreibauslaS 5 auf die Oberfläche
einer Platte, Tafel od.dgl. auf, dann läßt sich diese Platte an einen Pfosten od.dgl.
annageln. Der Griff 7 der elektromagnetischen Nagelmaschine G ist mit einem Hauptschalter
9 versehen, der von einem Grenzschalter LS und einem selbstausrichtenden Hebel 8
an der Vorderseite des Griffs gebildet ist. Ferner ist eine Steuerungseinrichtung
lo vorgesehen, die die Elektromagnetspule 1 steuert, wenn der IIauptschalter 9 betätigt
worden ist; die Kontrolleinrichtung lo ist mit dem Hauptschalter 9 über ein Stromzuführungskabel
12 lösbar verbunden. Eine Feder 11 hält den Tauchkern 2 in einer ersten Stellung
gemäß Fig. 1, in der die Elektromagnetspule 1 nicht erregt ist.
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Fig. 2 zeigt einen elektrischen Steuerstromkreis, der aus einem Ladestromkreis
I und einem Entladestromkreis II besteht und in dem ein Kondensator CO mit einer
vorgeschriebenen Elektrizitätsmenge in einem vorgegebenen Zeitraum geladen wird,
wenn der Hauptschalter 9 in die Stellung "EIN" gedrückt wird; in dem nächsten vorgegebenen
Zeitraum wird dann die Elektromagnetspule 1 vom Entladestrom des Kondensators CO
erregt. Im Ladestromkreis I sind die Miniaturrelais mit Ml und M2 bezeichnet; Mla
ist ein normalerweise offener Kontakt (Arbeitskontakt) des Miniaturrelais M1; der
Arbeitskontakt N2a des Miniaturrelais M2 ist ebenfalls für gewöhnlich offen. Dioden
sind mit dem Zeichen D versehen. C3 und C5 sind Kondensatoren, die
jeweils
das Zeitintervall der"AUS"-Verzögerung (time limit of off-delay) der Miniaturrelais
M1 und M2 bestimmen bzw.
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einstellen. Mit R2 und R4 sind Entladewiderstände bezeichnet, die
jeweils parallel zu den Kondensatoren C3 und C5 geschaltet sind. Ein Widerstand
R1 bestimmt die Betriebsspannung und die Zeitspanne der "AUS"-Verzögerung des Miniaturrelais
M1; R3 ist ein Widerstand, der die Betriebsspannung und das Zeitintervall der "AUS"-Verzögerung
bzw.
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-Dauer des Miniaturrelais M2 bestimmt. R5 ist ein Eingangswiderstand
des Miniaturrelais M2. C2 und C4 sind Kondensatoren für die Glättung der an die
beiden Miniaturrelais M1 und M2 angelegten Spannung und für die Einstellung der
Zeitspanne der "AUS"-Dauer jeweils der Miniaturrelais M1 und M2. SCR1 ist ein siliziumgesteuerter
Gleichrichter für das Überwechseln bzw. Ändern des Ladeschaltkreises I des Kondensators
CO jeweils auf "EIN" oder "AUS" oder umgekehrt. R7 ist ein Widerstand, der den Spitzenwert
des Torstroms des siliziumgesteuerten Gleichrichters SCR1 begrenzt.
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RO ist ein Widerstand für die Begrenzung des Spitzenwertes des Ladestroms
für den Kondensator CO. Der Kondensator C6 und der Widerstand R6 sind für die Stabilisierung
der Einschalt- oder Ausschalttätigkeit des siliziumgesteuerten Gleichrichters SCR1
bestimmt, und zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem eine induktive Ladung existiert. C1
ist ein Kondensator für die Stabilisierung des Betriebs gegen die äußere Ausgleichsspannung.
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In dem Entladestromkreis II ist SCR2 ein siliziumgesteuerter Gleichrichter,
um die Entladung des Kondensators CO auf "EIN" oder "AUS" zu wechseln oder umgekehrt.
M2b ist der normalerweise geschlossene Kontakt (Ruhekontakt) des Miniaturrelais
M2. Der Kondensator C7 und der Widerstand R8 sind für die Stabilisierung des Einschalt-
oder Abschaltvorgangs des siliziumgesteuerten Gleichrichters SCR2 zum Zeitpunkt
des Vorhandenseins einer induktiven
Ladung bestimmt. R9 ist ein
Widerstand für die Eegrenzung des Spitzenwerts des Torstroms des siliziumgesteuerten
Gleichrichters SCR2.
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Fig. 3 zeigt ein weiteres Diagramm dieser Ausführungsform unter Verwendung
eines Silizium-AC(Wechselstrom)-Steuerelements TRC anstelle des siliziumgesteuerten
Gleichrichters SCR1 in Fig. 2, in dem DS ein Vollweggleichrichter ist.
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Fig. 4 zeigt ein Betriebsdiagramm, welches anzeigt, daß das Laden
des Kondensators CO in allen Fällen im wesentlichen im Nullzustand der Arbeitsphase
begonnen wird, nachdem der IIauptschalter 9 auf "EIN" steht. In Fig. 4 wird die
Wellenform der Spannung der Leistungsquelle als V bezeichnet, die Zeit, die in Pfeilrichtung
verstreicht, mit t und die "EIN"-Stellung des Hauptschalters 9 als jeweils a, b,
c und d.
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Im folgenden soll die Funktionsweise bzw. der Betrieb der beschriebenen
Ausführungsform näher erläutert werden. Zunächst werden Nägel in das Magazin 4 eingesetzt
und der Nageltreibansatz 5 der elektromagnetischen Nagelmaschine 6 auf die Oberfläche
eines Gegenstands gesetzt. Unter der Voraussetzung, daß die elektromagnetische Nagelmaschine
6 mittels eines in der Zeichnung nicht gezeigten Verbindungselements mit der Kontroll-
und Steuereinrichtung lo in Verbindung steht, wird sodann das Kabel 12 der Kontroll-und
Steuereinrichtung lo mit den Stromquellen X und Y verbunden; ferner wird der Hauptschalter
9 in die Stellung "EIN" gedrückt. Sodann wird an jedem Arbeitsphasenpunkt a, b,
c oder d (Fig. 4) der Anfangspunkt gesteuert, an dem Elektrizität übertragen wird,
und zwar derart, daß die Arbeitsphase mittels des Ladestroms des Kondensators C3
in den Null-Zustand versetzt wird, wobei dieser Kondensator
das
Zeitintervall des Miniaturrelais M1 bezüglich des "ofi'-delay" einstellt; gleichzeitig
wird die Erzeugung eines Anpassungs- bzw. Ausgleichsstroms verhindert. Wird sodann
das Miniaturrelais Ml während einer halben Schwingung A erregt, schaltet der Arbeitskontakt
Mla auf "EIN", wie in Fig. 2 strichpunktiert gezeigt ist. Dieser Arbeitskontakt
Mla bleibt auf "EIN" gerade für die Periode der Zeitkonstante, die definiert ist
durch die Kapazität des genannten Kondensators C3, durch die Impedanz des Schaltkreises,
der den Widerstand R1 aufweist, der die Zeitspanne des "off-delay" des Miniaturrelais
M1 einstellt, durch die Kapazität des Kondensators C2 für die Glättung der an das
Miniaturrelais M1 angelegten Spannung und für die Einstellung dessen Zeitspanne
bzw. Timelimits, und durch die Impedanz des Miniaturrelais M1.
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Da der Arbeitskontakt Mla auf "EIN" ist, wird der Kondensator C5 mit
elektrischem Strom geladen, durch den das Miniaturrelais M2 während einer halben
Schwingung B (Fig. 2) erregt wird; der Arbeitskontakt M2a schaltet auf "EIN", wie
in Fig. 2 strichpunktiert gezeigt ist.
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Ferner bleibt dieser Arbeitskontakt M2a auf "EIN" gerade für die Periode
der Zeitkonstante, die definiert ist durch die Kapazität des genannten Kondensators
C5, durch die Impedanz des den Widerstand R3 aufweisenden Schaltkreises, durch die
Kapazität des Kondensators C4 und durch die Impedanz des Widerstandes R5 und des
Miniaturrelais H2.
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In der Zwischenzeit schaltet der Ruhekontakt M2b auf "AUS" und bleibt
"AUS", gerade bevor der Arbeitskontakt M2a auf "EIN" schaltet.
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Da der Arbeitskontakt M2a auf "EIN" steht, wird der siliziumgesteuerte
Gleichrichter SCR1 auf "EIN" geschaltet, und der der halben Schwingung C folgende,
in Fig. 4 gezeigte Gleichstrom wird dem Kondensator CO durch den
Widerstand
RO zugeführt, gerade während der Arbeitskontakt M2a auf "EIN" steht. Und da die
Spannung an jedem Ende der Kondensatoren C3 und C5 die Spannungsabfallgeschwindigkeit
der Widerstände R2 und R4 nach einer bestimmten Zeitspanne erreicht, fällt der Ladestrom
in den Miniaturrelais Ml und M2 unter den Haltestrom der Arbeitskontakte Mla und
M2a, so dapJ die Arbeitskontakte Mla und M2a auf "ZXUS" schalten.
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Aus diesem Grunde wird der siliziumgesteuerte Gleichrichter SCR auf
"AUS" geschaltet und das Lade des Kondensators CO gestoppt.
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Sobald der Arbeitskontakt M2a auf "AUS" steht, geht der Ruhekontakt
M2b auf "EIN", wie in Fig. 2 mit der ausgezogenen Linie gezeigt ist; ferner wird
der siliziumkontrollierte Gleichrichter SCR2 durch die Ladespannung des Kondensators
CO auf "IN" geschaltet. Sodann wird die Elektromagnetspule 1 vom Entladestrom des
Kondensators CO erregt, um den Tauchkern 2 zu ziehen; der am vorderen Endteil des
Tauchkerns 2 angeordnete Hammer 3 zieht einen Nagel, der vom Magazin 4 zum Nageltreibansatz
5 transportiert wird. Somit kann eine Platte an eine Säule od.dgl.
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angenagelt werden.
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Nach Vollendung des Entladens des Kondensators CO wird der siliziumkontrollierte
Gleichrichter SCR2 auf "AUS" geschaltet und die Elektromagnetspule 1 nicht länger
erregt. Daraufhin kehrt der Tauchkern 2 unter der Wirkung der Feder 11 wieder in
die Ausgangslage zurück.
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Daraus folgt, daß selbst dann, wenn der Hauptschalter sich in der
Stellung "EIN" befindet, der elektrische Strom für die Elektromagnetspule 1 abgeschaltet
wird, nachdem die Nagelarbeit beendet ist.
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Sobald der IIauptschalter 9 nach Beendigung der Nagelarbeit auf "AUS"
geschaltet ist, wird die Ladeenergie in jedem der Kondensatoren C3 und C5 schnell
durch die Widerstände R2 bzw. R4 entladen. Demzufolge erreicht der Steuerkreis (Fig.2)
wieder den früheren Zustand, d.h. denjenigen Zustand, in dem der Hauptschalter 9
nicht betätigt ist. Sobald der Hauptschalter 9 wieder auf "EIN" gestellt wird, wiederholt
die elektromagnetische Nagelmaschine 6 ihren oben erläuterten Betrieb.
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Im folgenden wird die Fig. 3 näher erläutert. Die Steuerfunktion erfolgt
bei diesem Schaltkreis in der gleichen Weise wie in dem Schaltkreis gemäß Fig. 2,
mit der Ausnahme, daß der Wechselstrom in diesem Schaltkreis in einem Zustand eingeführt
wird, bei dem das Silizium-AC-Steuerelement TRC sich in eingeschaltetem Zustand
befindet, wobei dieser Strom von einem Vollweggleichrichter DS gleichgerichtet und
dann dem Kondensator CO zwecks Ladung desselben zugeführt wird.
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Der bei dieser Ausführungsform verwendete Hauptschalter 9 ist handbetätigt.
Dieser handbetätigte Hauptschalter 9 läßt sich jedoch in einen selbsttätigen Schalter
ändern, der immer dann wirkt, wenn auf den Nageltreibansatz 5 axial eine Kraft ausgeübt
wird. Dadurch läßt sich die Erfindung noch wirkungsvoller praktizieren.
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Bringt man die Steuer- und Kontrolleinrichtung lo in einem gemeinsamen
Gehäuse mit der elektromagnetischen Nagelmaschine 6 unter, macht man die Vorrichtung
also einstückig, dann läßt sie sich auch bequem an Orten verwenden, an denen das
Arbeiten erschwert ist.