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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein tragbares verbrennungskraftgetriebenes
Werkzeug zum Eintreiben von Befestigungselementen gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Solch ein Werkzug ist aus der
EP 0 925 880 A bekannt.
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Weiterhin
bezieht sich die vorliegende Patentanmeldung auf die verwandte US-Patentanmeldung
mit der laufenden Nr. 08/996,284 für ein „Combustion Powered Tool with
Improved Combustion Chamber Fan Motor Suspension", welche am 22. Dezember 1997 eingereicht
wurde.
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Tragbare
verbrennungskraftgetriebene oder sogenannte IMPULSE®-Markenwerkzeuge,
die zum Eintreiben von Befestigungselementen in Werkstücke dienen,
sind in den gemeinsam übertragenen US-Patentschriften
32,452 und den US-Patentschriften 4,522,162; 4,483,473; 4,483,474;
4,403,722; 5,197, 646 und 5,263,439 von Nikolich beschrieben. Ähnliche
verbrennungskraftgetriebene Werkzeuge zum Eintreiben von Nägeln und Ösen sind
bei ITW-Paslode von Vernon Hills, Illinois unter der Marke IMPULSE® handelsüblich erhältlich.
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Solche
Werkzeuge umfassen ein im Allgemeinen pistolenförmiges Werkzeuggehäuse, das
einen kleinen internen Verbrennungsmotor umschließt. Der
Motor wird durch einen Behälter
mit unter Druck stehendem Brenngas, der auch Brennstoffzelle genannt
wird, angetrieben. Eine batteriebetriebene elektronische Energieverteilungseinheit
erzeugt den Funken zum Zünden,
und ein in der Verbrennungskammer angeordneter Ventilator stellt
für beide
eine wirksame Verbrennung innerhalb der Kammer bereit und erleichtert
den Rücklauf,
einschließlich
der Entlüftung
von Verbrennungsnebenprodukten. Der Motor weist einen Hubkolben
mit einem verlängerten, steifen
Mitnehmerflügel,
der innerhalb eines Zylinderkörpers
angeordnet ist, auf.
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Ein
Manschettenventil befindet sich axial umgekehrt am Zylinder und
bewegt sich durch eine Verbindung nahe an die Verbrennungskammer,
wenn ein Arbeitskontaktelement am Ende der Verbindung gegen ein
Werkstück
gepresst wird. Dieser Pressablauf löst ferner ein Brennstoffdosierventil
aus, um ein spezifiziertes Brennstoffvolumen in die geschlossene Verbrennungskammer
einzuführen.
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Beim
Ziehen eines Kippschalters, der das Zünden einer Gasladung in der
Verbrennungskammer des Motors verursacht, werden der Kolben und der
Mitnehmerflügel
nach unten gestoßen,
um auf ein positioniertes Befestigungselement einzuwirken und es
in das Werkstück
zu treiben. Der Kolben kehrt dann in seine ursprüngliche oder „betriebsbereite" Position durch Differenzgasdrücke innerhalb
des Zylinders zurück.
Die Befestigungselemente werden magazinartig einem Mundstück zugeführt, wo
sie in einer genau positionierten Ausrichtung gehalten werden, um
den Aufschlag des Mitnehmerflügels
zu empfangen.
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Beim
Zünden
des brennbaren Brennstoff/Luftgemisches verursacht die Verbrennung
in der Kammer die Beschleunigung der Kolben/Mitnehmerflügelanordnung
und das Eindringen des Befestigungselements in das Werkstück, sofern
das Befestigungselement vorhanden ist. Diese kombinierte Abwärtsbewegung
bewirkt eine reaktive Kraft oder einen Rückstoss des Werkzeugkörpers. Demzufolge wird
der Ventilatormotor, der im Werkzeugkörper aufgehängt ist, einer Beschleunigung
entgegengesetzt zum Arbeitshub des Kolben/Mitnehmerflügels und Befestigungselements
ausgesetzt.
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Dann
wird innerhalb von Millisekunden die Eigendynamik der Kolben/Mitnehmerflügelanordnung
durch den Stossfänger
am entgegengesetzten Ende des Zylinders gestoppt und der Werkzeugkörper in
Richtung Werkstück
beschleunigt. Dadurch sind Motor und Welle einer Beschleunigungskraft ausgesetzt,
die entgegengesetzt zur Richtung der ersten Beschleunigung ist.
Diese umgekehrten Beschleunigungen sorgen dafür, dass der Motor in Bezug
auf das Werkstück
oszilliert. Wenn die Stärke
der Beschleunigungen nicht gelenkt wird, sind diese nachteilig für die Standzeit
und Zuverlässigkeit
des Motors.
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Herkömmliche
verbrennungskraftgetriebene Werkzeuge der Art IMPULSE® benötigen speziell ausgelegte
Motoren, um diesen umgekehrten Beschleunigungen von Welle und Motor
und den resultierenden Motorschwingungen zu widerstehen. Vorzugsweise
sind die Motoren unter anderem von der Art ohne Eisenkern und mit
internen stoßdämpfenden
Buchsen, Schub- und Verschleißflächen und
im Grossen und Ganzen mit einer für den härtesten industriellen Einsatz
ausgelegten Konstruktion versehen. Solche kundenspezifischen Abwandlungen
haben relativ teure Motoren zur Folge, die die Produktionskosten
der Werkzeuge erhöhen.
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Es
besteht folglich ein Bedarf für
einen Motoraufhängungsmechanismus
in einem verbrennungskraftgetriebenem Werkzeug, der die Betriebsanforderungen
auf dem Motor reduziert, die Zuverlässigkeit des Motors erhöht und den
Einsatz von großseriennäheren Ventilatormotoren
ermöglicht,
damit die Herstellungskosten des Werkzeugs gesenkt werden können. Angesichts
der permanenten Bemühung
um reduzierte Herstellungskosten, ist es wünschenswert, den Ventilatormotor,
der die niedrigstmöglichen
Kosten für
diese Anwendung verursacht, einzusetzen. Derzeit ist ein derartiger
Motor ein herkömmlicher
Eisenkernmotor, der auch als Permanentmagnet-Gleichstrommotor mit Bürsten von
der Art wie sie von Canon und Nidec Copal in Japan sowie von zahlreichen
anderen bekannten Motorherstellern hergestellt werden, bekannt ist.
Wenn Eisenkernmotoren als Ventilatormotoren in einem verbrennungskraftgetriebenen
Werkzug zum Einsatz kamen, hat sich herausgestellt, dass die herkömmliche
Aufhängung
zu einer unzureichenden Dämpfung
führte, wobei,
wie zuvor angesprochen, der Motor übertrieben und ohne Abstimmung
mit der betrieblichen Schwingung des Verbrennungskraftwerkzeugs
oszillierte. In anderen Worten liegt hier eine mechanische Fehlanpassung
zwischen dem Verbrennungskraftwerkzeug und dem Ventilatormotor der
Verbrennungskammer vor. Dies ist zum großen Teil auf das sehr reduzierte
Gewicht der Eisenkernmotoren im Vergleich zu herkömmlichen
Motoren zurückzuführen. Eisenkernmotoren
wiegen nur etwa 1/3 so viel wie herkömmliche Verbrennungskammer-Ventilatormotoren
ohne Eisenkern. Eisenkernmotoren sind weniger langlebig und nicht
in der Lage, Kräften
von 50 g oder darüber,
die durch die Verbrennung erzeugt werden, zu widerstehen.
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In
Betrieb bewirken daher herkömmliche
Motoraufhängungen
für Verbrennungskraftwerkzeuge eine
Unterdämpfung
des Eisenkernmotors. Diese Unterdämpfung reduziert die Wirksamkeit
der Aufhängung
maßgeblich
und setzt den Motor schädigenden
Axialkräften
aus. Stattdessen ist eine kritische Dämpfung anzustreben, die gerade
genug dämpft, um
die verbrennungskrafterzeugte Bewegung zu empfangen und Schwingung
zu verhindern, wenn kein Gleichgewichtszustand mehr besteht.
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Eine
Möglichkeit
zum Erreichen einer kritischen Dämpfung
zwischen dem Ventilatormotor und dem Verbrennungskraftwerkzeug besteht
in der Erhöhung
seiner Flexibilität,
wie beispielsweise durch Reduzierung der Masse des federnden Aufhängungselements,
das den Motor abgrenzt und radial von ihm und dem Motorbehälter übersteht,
um diese Bauteile am Verbrennungskopf des Werkzeugs zu befestigen.
Es hat sich herausgestellt, dass die Erhöhung der Flexibilität auf diese
Art und Weise bis zu einem Grad, der eine zufriedenstellende Aufhängung des
Eisenkernmotors erlaubt, aber auch den unzulänglichen Umstand bewirkt, dass
das Aufhängungselement
seine Federung einbüsst
und bei der Erzeugung der durch die Verbrennung ausgelösten Kräfte nicht
den Motor zur ausersehenen Startposition zurückbringen bringen kann.
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Ein
anderer Auslegungsparameter von Verbrennungskraftwerkzeugen ist
die Tatsache, dass, obwohl bei Motoren mit Bürsten Kondensatoren bekanntlich
Spannungszacken und Störspannungen
erhöhen
und es von Vorteil ist, den Kondensator näher an der Quelle der Zacken
und Störspannungen
anzuordnen, die Kondensatoren nicht in der Lage waren, die in einem
Verbrennungskraftwerkzeug am Ventilatormotor erzeugten Schlagkräfte zu überleben.
Derartige Lärmunterdrückungskondensatoren
mussten folglich an entfernteren und weniger wirkungsvollen Stellen
auf dem Werkzeug angebracht werden.
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Es
besteht somit ein Bedarf für
eine Aufhängung
für einen
Ventilatormotor in einem Verbrennungskraftwerkzeug, die sich an
einen Eisenkernmotor anpassen und für ausreichende Dämpfung sorgen
kann, um den Motor vor den verbrennungskrafterzeugten Schlagkräften zu
schützen.
Es besteht ferner ein Bedarf für
eine Aufhängung
für einen
Ventilatormotor in einem Verbrennungskraftwerkzeug, die die Anordnung
eines Geräuschunterdrückungskondensators
auf dem oder in der Nähe
des Ventilatormotors erlaubt.
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Dementsprechend
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
verbrennungskraftgetriebenes Werkzeug mit einem verbesserten Aufhängungsmechanismus
für einen Verbrennungskammer-Ventilatormotor
mit Eisenkern zu schaffen, in welchem die Aufhängung betrieblich ausgelöste umgekehrte
Beschleunigungen des Motors reduziert, während die Schwingungen des
Motors innerhalb eines akzeptierbaren Bereichs aufrechterhalten
werden.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes
verbrennungskraftgetriebenes Werkzeug zu schaffen, das als Besonderheit
einen Mechanismus zur Dämpfung
betrieblich erzeugter Schwingung des Verbrennungskammer-Ventilatormotors,
insbesondere wenn der Motor von der Art mit Eisenkern ist, aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes
verbrennungskraftgetriebenes Werkzeug zu schaffen, das eine Aufhängung aufweist,
die am Werkzeug angebracht ist, um in Bezug auf die Verbrennungskammer
zu „schweben" und dadurch verbrennungskrafterzeugte Schwingungen
zu dämpfen.
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Eine
noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes
verbrennungskraftgetriebenes Werkzeug zu schaffen, das einen Aufhängungsmechanismus
für einen
Verbrennungskammer-Ventilator, der die Standzeit des Motors erhöht, aufweist.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes
verbrennungskraftgetriebenes Werkzeug zu schaffen, das einen Aufhängungsmechanismus
für einen
Verbrennungskammer-Ventilator aufweist, der den Anbau eines Geräuschunterdrückungskondensators
auf dem oder in der Nähe
des Ventilatormotors aufnehmen kann.
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Die
zuvor aufgeführten
Aufgaben werden vom vorliegenden verbesserten verbrennungskraftgetriebenen
Werkzeug erfüllt
oder überschritten,
welches als Besonderheit einen Mechanismus zur Aufhängung einer Verbrennungskammer
aufweist, der die Auswirkungen der umgekehrten axialen Beschleunigung
des Motors und die resultierende Schwingung des Motors während des
Werkzeugbetriebs reduziert. In der bevorzugten Ausführungsform weist
die Anordnung ein flexibles Gummigewebe auf, das an einen Haltering
des Motors vulkanisiert ist. Das Gewebe ist ebenso an einen Haltebügel am Zylinderkopf
vulkanisiert in einer Weise, dass nur das Gewebe den Ring am Bügel befestigt.
Darüber
hinaus ist der Bügel
mittels Gewindebefestigungselementen und Buchsen derart am Zylinderkopf
angebracht, dass er in Bezug auf die Bewegung der Verbrennungskammer „schweben" wird. Zu diesem Zweck
weist der Bügel
federnde Abstandsbolzen auf, die an den Aufspannpunkten des Zylinderkopfes
angeordnet sind und eine zunehmende Dämpfung bereitstellen. In dem
Maße wie
der Motor seine Stellung ändert,
nimmt die Dämpfung
zu. Der vorliegende Aufhängungsmechanismus
des Motors als solcher stellt Ventilatormotoren mit Eisenkern eine
genauer abstimmte Dämpfung
als herkömmliche
Aufhängungen bereit.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Motoraufhängung besteht darin, das sie
das Anbringen eines Geräuschunterdrückungskondensators
des Ventilatormotors ermöglicht.
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Insbesondere
stellt die vorliegende Erfindung einen Aufhängungsmechanismus für einen
Motor eines Verbrennungskammer-Ventilators in einem verbrennungskraftgetriebenen
Handwerkzeug nach Anspruch 1 bereit.
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KURZDARSTELLUNG
DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine fragmentarische Seitenansicht eines verbrennungskraftgetriebenen
Befestigungswerkzeugs gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei das Werkzeug teilweise weggeschnitten und aus Gründen der Übersichtlichkeit
als Aufriss gezeigt ist;
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2 ist
eine auseinandergezogene Perspektivenansicht des Zylinderkopfes
des in 1 dargestellten Werkzeugs mit dem Aufhängungsmechanismus
und dem Motor des Verbrennungskammer-Ventilators gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2A ist
ein entlang der Linie 2A von 2 und in
der generell angegebenen Richtung aufgenommener Schnitt;
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3 ist
ein Querschnitt des Zylinderkopfes und Aufhängungsmechanismus der vorliegenden
Erfindung, der entlang der Linie 3-3 von 2 und in der
generell angegebenen Richtung aufgenommen ist;
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4 ist
ein Grundriss von oben des vorliegenden Aufhängungsmechanismus mit ausgelassenen
Abschnitten um der Übersichtlichkeit
willen;
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5 ist
eine erweiterte fragmentarische Ansicht des in 4 dargestellten
Mechanismus;
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6 ist
ein Querschnitt, der entlang der Linie 6-6 von 4 und
in der generell angegebenen Richtung angegeben ist;
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7 ist
ein Grundriss von oben einer Platine, die für den Anbau an den vorliegenden
Motor des Verbrennungskammer-Ventilatormotors gestaltet ist;
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8 ist
ein Schaubild, das die betrieblich erzeugte Beschleunigung und Schwingung
eines auf herkömmliche
Weise aufgehängten
Verbrennungskammer-Ventilatormotors mit Eisenkern in einem verbrennungskraftgetriebenen
Handwerkzeug zeigt. Die X-Achse stellt die Zeit in Millisekunden
und die Y-Achse stellt die Beschleunigungen in g's, die durch einen Beschleunigungsmesser
gemessen werden der, und
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9 ist
ein Schaubild von der Art gemäß 8,
das die Leistung eines Ventilatormotors mit Eisenkern in einem verbrennungskraftgetriebenen Handwerkzeug
zeigt, das mit der verbesserten Motoraufhängung der vorliegenden Erfindung
ausgerüstet
ist.
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NÄHERE BESCHREIBUNG
DER ERFINNDUNG
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Gemäß 1,
auf die nun Bezug genommen wird, ist ein verbrennungskraftgetriebenes Werkzeug
von der Art, das für
den Einsatz mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, im Allgemeinen mit 10 gekennzeichnet.
Das Werkzeug 10 hat ein Gehäuse 12, das eine Hauptkraftquellenkammer 14 aufweist,
die derart dimensioniert ist, dass sie eine eigenständige interne
Verbrennungskraftquelle 16, eine Brennstoffzellenkammer 18,
die im Allgemeinen parallel mit und benachbart zur Hauptkammer 14 ist, und
einen Griffabschnitt 20, der sich von einer Seite der Brennstoffzellenkammer
und gegenüber
von der Hauptkammer erstreckt, umschließt.
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Ferner
ist ein Befestigungselementmagazin 22 derart positioniert,
dass es sich im Allgemeinen parallel zum Griffabschnitt 20 von
einem Eingriffspunkt mit einem Mundstück 26, das von einem
unteren Ende 28 der Hauptkammer 14 abhängt, erstreckt. Eine
Batterie (nicht dargestellt) ist vorgesehen, um dem Werkzeug 10 elektrische
Leistung bereitzustellen und ist lösbar in einem Fach (nicht dargestellt)
untergebracht, das sich an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 12 vom
Befestigungselementmagazin 22 befindet. Gegenüberliegend
vom unteren Ende 28 der Hauptkammer ist ein oberes Ende 30.
Eine Abdeckkappe 32 deckt das obere Ende 30 ab
und ist lösbar
am Gehäuse 12 befestigt,
um den Ventilatormotor und die Zündkerze
zu schützen.
So wie hierin verwendet, beziehen sich „oben" und „unten" auf das Werkzeug 10 in seiner betriebsbereiten Ausrichtung
gemäß 1;
es versteht sich jedoch, dass diese Erfindung je nach Anwendung
in einer Vielfalt von Ausrichtungen verwendbar ist.
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Es
kann ein mechanisch verbundenes Brennstoffdosierventil (nicht dargestellt),
wie in der US-Patentschrift 4,483,474 dargestellt, zum Einsatz kommen.
Alternativ wird ein elektromagnetisches Brennstoffdosierventil von
der Art mit Magnetspule (nicht dargestellt) oder ein Einspritzventil
von in der gemeinsam übertragenen
US-Patentschrift 5,263,439 beschriebenen Art bereitgestellt, um Brennstoff
in die aus dem Stand der Technik bekannte Verbrennungskammer einzuführen. Ein
Kohlenwasserstoffbrennstoff unter Druck wie MAPP ist innerhalb einer
Brennstoffzelle, die sich in der Brennstoffzellenkammer 18 befindet,
enthalten und wird durch ein aus dem Stand der Technik bekanntes Treibgas
unter Druck gesetzt.
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Gemäß 1, 2 und 3,
auf die nun Bezug genommen wird, grenzt ein am oberen Ende 30 der
Hauptkammer 14 angeordneter Zylinderkopf 34 ein
oberes Ende einer Verbrennungskammer 36 ab und stellt einen
Zündkerzenanschluss
(nicht dargestellt) für
eine Zündkerze 38 (nur 4),
einen elektrischen Ventilatormotor 40 und einen abdichtenden
O-Ring 41 bereit. In der vorliegenden Erfindung ist der
Ventilatormotor 40 ein herkömmlicher Eisenkernmotor, der
auch als Permanentmagnet-Gleichstrommotor mit Bürsten von der Art wie sie von
Nidec Copal von Tokio, Japan, Canon in Japan sowie von zahlreichen
anderen bekannten Motorherstellern hergestellt werden, bekannt ist.
Der Motor 40 hat ein Ankerwellenende 42 mit einem
Anker (nicht dargestellt), eine Ankerwelle 43 und mindestens
eine Aufspannöffnung 44,
die in Abhängigkeit
von der Anwendung mit einem Gewinde versehen sein kann.
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Gemäß 2, 2A und 3,
auf die nun Bezug genommen wird, weist der Motor 40 ein Bürstenende 45 gegenüberliegend
vom Wellenende 42 auf. So wie aus dem Stand der Technik
bekannt, wird die Ankerwelle 43 (und der Anker, nicht dargestellt)
im Motor durch Lager getragen. Ein Lager 46 am Bürstenende 45 und
auf ähnliche
Weise am Ankerwellenende 42 stützt die Ankerwelle 43 und
den Anker axial. Ein Merkmal des vorliegenden Motors 40 besteht
darin, dass das Lager 46 einen Flansch 47 aufweist,
der eher innerhalb als außerhalb
eines Motorgehäuses 48 wie
bei vielen herkömmlichen
Motoren angeordnet ist. Es hat sich herausgestellt, dass diese Anordnung
des Lagers 46 und des Flansches 47 das ungewünschte Abwerfen
herkömmlicher Buchsen
verhindert, nachdem sie wiederholten Aufwärtskräften von der Art, wie sie von
Verbrennungskraftwerkzeugen und gemäß der obigen Beschreibung erzeugt
werden, ausgesetzt wurden. Abgesehen von den zuvor aufgeführten Abwandlungen
ist ein herkömmlicher
Motor mit Eisenkern vorzugsweise aufgepeppt, um besser der herausfordernden
Umgebung eines Verbrennungskraftwerkzeugs zu widerstehen. Der Kommutator
ist zum Beispiel vorzugsweise mit Kunststoffstreifen versehen, um
sein Drehen in Bezug auf die Ankerwelle 43 zu verhindern,
zusätzlicher
Klebstoff wird am Kommutator aufgetragen, um seine axialen und rotatorischen
Lastkapazitäten
zu erhöhen,
und die Drahtenden der Ankerwicklungen sind zusätzliche Male um den Isolator
gewickelt, um zu verhindern, dass sie sich abwickeln.
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Der
Ventilatormotor 40 ist gleitbar durch einen Ventilatormotor-Aufhängungsmechanismus,
der im Allgemeinen mit 50 bezeichnet ist innerhalb einer abhängigen Hohlraums 52 in
der Mitte des Zylinderkopfes 34 aufgehängt, um eine ungefähre Längsbewegung
des Motors zu ermöglichen.
In 3 ist am besten erkennbar, dass der Motor 40 vorzugsweise
in der Hohlraum 52 derart zurückgehalten wird, dass ein Luftspalt 54 zwischen
dem unteren oder Ankerwellenende 42 des Motors (der von
einer Schutzabdeckung gemäß nachstehender
Beschreibung umschlossen ist) und einem Boden 56 des Hohlraums 52 geschaffen
wird. Der Luftspalt 54 soll für einen dynamischen betrieblichen
Freiraum sorgen, das heißt dem
Motor während
der im Laufe des Betriebs auftretenden Schwingungen Freiraum zur
Verfügung
stellen.
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Gemäß 2, 3 und 6,
auf die nun Bezug genommen wird, weist der Mechanismus 50 in einer
bevorzugten Ausführungsform
eine steife, kreisförmige
Halteschale 58 auf, die eine äußere ringförmige Spitze 59, eine
im Allgemeinen zylinderförmige
Seitenwand 60 und einen Boden 62 hat. In der bevorzugten
Ausführungsform
wird die Motorhalteschale 58 durch Ziehen einer flachen
Scheibe aus Blech oder ähnlichem
Material hergestellt und ist derart dimensioniert, dass sie den
Motor 40 abgrenzt und umschließt, wobei es sich jedoch versteht,
dass für
die Schale 58 andere Schalen mit anderen Kopfformen der
Verbrennungskammer verwendet werden können. Ein Vorteil dieser Struktur
der Schale 58 besteht darin, dass sie eine Wärme- und
Schutzschranke zum Schutz des Motors 40 bereitstellt. Ferner stellt
die Schale 58 den Befestigungspunkt für den Motor 40 bereit,
da der Boden 62 mit einer mittigen Ankerwellenöffnung 64 (6)
vorgesehen ist, um die Ankerwelle 43 aufzunehmen und Öffnungen 65, durch
welche Befestigungselemente 66 das Ankerwellenende 42 am
Boden 62 befestigen.
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Daher
ist ein Merkmal der vorliegenden Aufhängung 50, dass der
Motor 40 an der Schale 58 nur am Ankerwellenende 42 befestigt
ist. Ein weiteres Merkmal der Motorhalteschale 58 ist,
dass sie, sobald der Motor 40 daran befestigt ist, als
lineares Lager für
die axiale Bewegung des Motors bezogen auf den Hohlraum 52 im
Zylinderkopf 34 dient.
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Der
Aufhängungsmechanismus
SO weist ferner einen Haltebügel 68 auf,
der am Zylinderkopf 34 mit mehreren und vorzugsweise drei Öffnungen 70,
durch welche Befestigungselemente 71 mit Gewinde geführt werden,
befestigt ist. In 3 und 6 lässt sich
am besten erkennen, dass der Bügel 68 einen
innere gerundete Schulter 72 und eine abhängige Seitenwand 74 aufweist.
Die Schulter 72 und die Seitenwand 74 des Bügels 68 sind
konzentrisch mit und radial beabstandet von einer radialen Spitze 76 der
Motorhalteschale 58. In der bevorzugten Ausführungsform
ist die Motorhalteschale 58 mit einem federnden „C"-förmigen Stossfänger 75 (4)
vorgesehen, der an die äußere ringförmige Spitze 59 der Schale 58 vulkanisiert
oder aufgeklebt ist. Der Stossfänger 75 verhindert,
dass die Motorhalteschale 58 eine Leiterplatte 116 berührt, wenn
das Werkzeug abgesenkt wird.
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Zwischen
und vollständig
an der abhängigen Seitenwand 74 und
der radialen Spitze 76 befestigt ist ein federndes Gewebe 78,
das einen inneren Abschnitt 80 aufweist, der an der SeitenwandSpitze 76 befestigt
ist, einen mittleren Abschnitt 82 und einen äußeren Abschnitt 84,
der an der Seitenwand 74 befestigt ist (am besten in 6 erkennbar).
In der bevorzugten Ausführungsform
ist das Gewebe 78 ein Neoprengummi mit einem Härtebereich
von 25–30 am
Härtemesser,
der sowohl an die Schale 58 als auch an den Bügel 68 vulkanisiert
ist. Es kann jedoch in Erwägung
gezogen werden, dass andere aus dem Stand der Technik bekannte Materialien
und Aufklebeverfahren, die erforderlichen Haft- und Flexibilitätseigenschaften,
die dem Gummi ähnlich
sind, bereitstellen können.
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So
wie es am besten in 6 gezeigt wird, ist das Gewebe 78 an
der Seitenwand 74 und der Spitze 76 derart befestigt,
dass eine obere Fläche 86 des
Gewebes eine ringförmige
schüsselartige
Nut oder Aussparung bildet. Es lässt
sich erkennen, dass das Gewebe 78 die einzige Struktur
ist, die für
die Befestigung des Kopfhaltebügels 68 an
die Motorhalteschale 58 vorgesehen ist. Ferner weist in
der bevorzugten Ausführungsform
die obere Fläche 86 vorzugsweise
mehrere gleichweit beabstandete absteigende Bohrungen 88 auf,
die sich mindestens teilweise durch den mittleren Abschnitt 82 erstrecken.
In der bevorzugten Ausführungsform
sind die Bohrungen 88 Sackbohrungen insofern, dass sie
sich nicht vollständig
durch den mittleren Abschnitt 82 erstrecken. Diese Ausbildung
ist als Herstellungstechnik zu bevorzugen, um zu vermeiden, dass
durch gepresste Durchgangslöcher
gebildeter Gummigrat vom Gewebe 78 gelöst wird und in den Motor fällt. Eine
untere Fläche 90 des
Gewebes 78 hat eine ringförmige Nut 92, die
in einer Weise gestaltet ist, dass die Nut nicht mit den Bohrungen 88 in
Verbindung steht. So wie in 4 gezeigt,
sind das Gewebe 78 und ein Teil des Haltebügels 68 unterbrochen
und bilden keine vollständigen
Kreise, damit ein Raum für
die Anordnung der Zündkerze 38 zur
Verfügung
steht.
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Das
Gewebe 78 stellt ein stoßdämpfendes und isolierendes System
bereit, um die durch die Verbrennung auf dem Motor verursachte betriebliche Dynamik
der Hauptkammer zu minimieren und auch um den Motor vor axialer
Beschleunigung und großen
Schwingungen zu schützen.
Obgleich die bevorzugte Ausführungsform
die Bohrungen 88 in der oberen Fläche 86 und die ringförmige Nut 92 in
der unteren Fläche 90 aufweist,
lässt sich
in Erwägung
ziehen, dass sich die Bohrungen und die Nut in einer der Flächen 86, 90 befinden
können
und dass die Tiefe der Nut geändert
werden kann. Die Tiefe und Ausrichtung der Bohrungen kann sich je
nach Anwendung ändern.
Zum Beispiel lässt
sich eine zweite Menge von Bohrungen auch am Gewebe 78 derart vorsehen,
dass sie sich in Richtung der unteren Fläche 90 öffnen. Ferner
kann die Tiefe der Nut 92 bei der Anwendung geändert werden.
Des Weiteren lässt
sich in Erwägung
ziehen, dass mehrere andere Muster oder andere Härtemesser für den Gummi für das Gewebe 78 ähnliche
stoßdämpfende
Kennzeichen bereitstellen. Die Bohrungen 88 und die Nut 92 brauchen
deshalb nicht unbedingt vorhanden zu sein und falls sie vorhanden
sind, brauchen sie weder unbedingt rund, noch die Nuten oder Aussparungen 86, 92 ringförmig zu
sein, und alle Bohrungen brauchen sich auch nicht in der oberen
Fläche 86 zu
befinden, die durch abgerundete Ecken gekennzeichnet ist, um Rissbildung
zu vermeiden. Man kann davon ausgehen, dass ein gewöhnlicher
Fachmann in der Lage ist, die Anzahl, den Abstand, die Anordnung
und/oder die Gestaltung der Bohrungen 88 und/oder der Nut 92 zu
verändern,
damit sie sich für
eine besondere Anwendung eignen.
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Gemäß 4–6,
auf die nun Bezug genommen wird, besteht ein wesentliches Merkmal
des vorliegenden Aufhängungsmechanismus 50 darin, dass
er bei der Erzeugung der Schlagkräfte durch Verbrennung im Werkzeug 10 dem
Motor 40 eine zunehmende Dämpfung bereitstellt. In der
vorliegenden Anwendung bedeutet „zunehmende Dämpfung", dass der Aufhängungsmechanismus 50 eine
erhöhte Energieaufnahme
bereitstellt, da sich der Motor 40 axial in Bezug auf den
Zylinderkopf 34 bewegt. Diese zunehmende Dämpfung reduziert
die betrieblich erzeugte Beschleunigung und Schwingung des Motors 40 und
ermöglicht
den Einsatz von mehr herkömmlichen
Motoren für
den Antrieb des Ventilators.
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Ein
Aspekt des vorliegenden Aufhängungsmechanismus 50,
der diesen Vorteil schafft, besteht darin, dass der Haltebügel 68 in
Bezug auf den Zylinderkopf 34 teilweise entkoppelt ist.
Anstatt steif am Zylinderkopf 34 befestigt zu sein, ist
der Haltebügel 68 am
Zylinderkopf mit mehreren (vorzugsweise drei) der Befestigungselemente 71 mit
Gewinde und mehreren der nachstehend beschriebenen Führungsbuchsen
befestigt, wird aber in einer axial beabstandeten Beziehung bezogen
auf den Zylinderkopf durch eine gleiche Anzahl von federnden Abstandsstücken 94 an
jedem Befestigungspunkt gehalten. Jedes der Abstandsstücke 94 hat
eine Grundfläche 96,
die in der bevorzugten Ausführungsform
in der Regel kreisförmig
ist, wobei jedoch andere Formen ins Auge gefasst werden können. Eine
mittige Öffnung 98 ist
vorgesehen, um die Führungsbuchse
und das Befestigungselement 71 aufzunehmen. Außerdem weist
jedes Abstandsstück 94 mehrere
und vorzugsweise drei peripher beabstandete Gummi- oder sonstige
federnde Abstandsbolzen 100 auf, die in der Regel axial
von der Grundfläche 96 vorstehen.
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Von
der Seite her gesehen sind die Abstandsbolzen 100 aus Gummi
kegelförmig
und bilden im Allgemeinen ein spitz zulaufendes oberes Ende oder
eine Spitze 102 in dem Maße, wie sie sich von einem
unteren Ende 104 aus, das an die Grundfläche 96 grenzt,
erstrecken. Es ist diese kegelförmige
oder dreieckige Gestaltung, die die zunehmende Dämpfung bereitstellt. Man kann
auch in Erwägung
ziehen, die Anzahl und genaue Gestaltung der Abstandsbolzen 100 passend
für die
Anwendung zu ändern.
Erwähnenswert
ist, dass die Abstandsstückelemente 94 vorzugsweise
aus dem gleichen gummiähnlichen Material,
welches das federnde Gewebe 78 bildet, hergestellt sind
und vorzugsweise an den Haltebügel 68 vulkanisiert
werden, wenn das Gewebe 78 ausgebildet ist.
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Gemäß 2 und 6,
auf die nun Bezug genommen wird, ist der Aufwärtshub des Haltebügels 68 und
des Abstandsstückelements 94 durch eine
steife Führungsbuchse 106,
die jedem Abstandsstückelement
zugeordnet ist, eingeschränkt. Jede
der Führungsbuchsen 106 ist
zum Gegeneingreifen des federnden Abstandsstückelements 94 gestaltet
und weist eine radial vorstehende Spitze 108 auf, um der
axialen Bewegung des Kopfhaltebügels 68 einen
Anschlag zu verschaffen. Die Spitze 108 ist mit einem ausreichenden
Durchmesser zum Eingreifen der Abstandsbolzen 100 vorgesehen.
Daneben sind die Führungsbüchsen 106 an
ihren unteren Enden mit dem Zylinderkopf 34 in Eingriff und weisen
eine ausreichende axiale Länge
auf, um den vertikalen Hub des Haltebügels 68 während des
Betriebs aufzunehmen. An ihren oberen Enden 110 weisen
die Führungsbuchsen 106 einen
Nippel 112 auf, der zum Gegeneingreifen einer entsprechenden Öffnung 114 in
eine Leiterplatte 116 (6) dimensioniert
ist. An jedem Befestigungspunkt, sobald das Befestigungselement 71 mit
Hilfe eines Federrings 118 die Leiterplatte 116 und
die Führungsbuchse 106 am Zylinderkopf 34 befestigt
hat, „schweben" der Haltebügel 68 und
die Aufhängung 50 effektiv
oder sind unabhängig
vom und in Bezug auf den Zylinderkopf beweglich.
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Infolge
der Konstruktion der Abstandsbolzen 100 werden, wenn betriebliche
Kräfte
bedingen, dass sich die Aufhängung 50 aufwärts in Bezug
auf den Zylinderkopf 34 bewegt, die Abstandsbolzen komprimiert,
und ihre kegelförmige
Ausgestaltung sorgt zunehmend für
mehr Dämpfung
mit erhöhter
Axialbewegung des Haltebügels 68.
Dementsprechend wird mit erhöhtem
Axialhub des Haltebügels 68 mehr
Energie durch die federnden Abstandsstückelemente 94 aufgenommen,
um den Motor 40 zu verlangsamen. Die Dämpfung wird durch die radiale
Spitze 108 und die Leiterplatte 116 begrenzt.
Nötigenfalls
wird zusätzliche
Energie durch das federnde Gewebe 78 aufgenommen, was es
der Motorhalteschale 58 ermöglicht, sich bezogen auf den
Haltebügel 68 zu
bewegen.
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Gemäß 2 und 7,
auf die nun Bezug genommen wird, besteht ein weiteres Merkmal des vorliegenden
Werkzeugs 10 darin, dass der erhöhte Wirkungsgrad des Aufhängungsmechanismus 50 die Anordnung
eines Lärmunterdrückungskondensators 120 direkt
auf dem Motor 40 erlaubt. So wie zuvor angesprochen, sind
Lärmunterdrückungskondensatoren
dafür bekannt,
dass sie Spannungszacken und Störspannungen
reduzieren. In herkömmlichen
Verbrennungskraftwerkzeugen von der Art wie sie unter der Marke
IMPULSE® vertrieben
werden, haben die relativ schweren Leistungsmotoren ohne Eisenkern keine
Spannungszacken bis zu einem Umfang erzeugt, der den Einsatz eines
Lärmunterdrückungskondensators
erforderte. Das vorliegende Werkzeug 10 verwendet jedoch
die typischen leichteren Leistungsmotoren 40 mit Eisenkern,
bei welchen eine derartige Unterdrückung ratsam ist, insbesondere, um
die elektronische Steuereinheit ECU (Electronic Control Unit), die
das Signal für
die Zündkerze 38 erzeugt,
zu schützen.
Ebenso können
diese Arten von Kondensatoren normalerweise nicht die erheblichen „g"-Kräfte, die
in einem Verbrennungskraftwerkzeug erzeugt werden, überleben.
Der vorliegende Aufhängungsmechanismus 50 bietet
somit einen anderen Vorteil insofern, dass der Kondensator 120 direkt
auf dem Motor 40 zwecks erhöhter Unterdrückungswerte angeordnet
werden kann.
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Insbesondere
ist der Kondensator 120, der vorzugsweise von der Größe 1 uf
ist, obgleich andere Größen in Abhängigkeit
von der Anwendung in Erwägung
gezogen werden können,
mit einer Leiterplatte 122 verbunden, die eine herkömmliche
Lärmunterdrückungsschaltung 124,
die aus dem Stand der Technik bekannt ist, aufweist. Die Leiterplatte 122 und
der Kondensator 120 sind benachbart zum Bürstenende 45 des
Motors 40 angeordnet. Um den Schlagkräften, denen der Motor 40 ausgesetzt,
zu widerstehen, ist die Leiterplatte 122 außer mit
Lötpunkten 126 durch
ein chemisches Haftmittel am Bürstenende 45 des
Motors befestigt. Eine Schutzkappe 128 deckt die Leiterplatte 122 ab
und schnappt in die Kante der Leiterplatte 122 ein.
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Gemäß 1,
auf die nun Bezug genommen wird, wird die im Allgemeinen zylinderförmige Verbrennungskammer 36 durch
Gleitbewegung des Ventilelements 130, das innerhalb der
Hauptkammer 14 durch ein Werkstückkontaktelement 132 auf
dem Mundstück 26 anhand
einer Verbindung in einer bekannten Weise bewegt wird, geöffnet und
geschlossen. Das Ventilelement 130 dient als Gasregelungsvorrichtung
in der Verbrennungskammer 36, und Seitenwände der
Verbrennungskammer werden durch das Ventilelement 130 definiert,
dessen oberes Ende im abdichtenden Eingriff mit einem O-Ring 41 ist,
um das obere Ende der Verbrennungskammer abzudichten. Ein unterer
Abschnitt 136 des Ventilelements 130 begrenzt
einen im Allgemeinen zylinderförmigen Zylinderkörper oder
Zylinder 138. Ein oberes Ende des Zylinderkörpers 138 ist
mit einem äußeren O-Ring
(nicht dargestellt) versehen, der mit einem entsprechenden Abschnitt
des Ventilelements 130 in Eingriff ist, um ein unters Ende
der Verbrennungskammer 36 abzudichten.
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Innerhalb
des Zylinderkörpers 238 befindet sich
ein umgekehrt angeordneter Kolben 144, an welchem ein steifer,
verlängerter
Mitnehmerflügel 146 befestigt
ist, der dazu dient, um Befestigungselemente (nicht dargestellt),
die auf geeignete Weise im Mundstück 26 positioniert
sind, in ein Werkstück (nicht
dargestellt) zu treiben. Ein unteres Ende des Zylinderkörpers definiert
einen Sitz 148 für
einen Stossfänger 150,
der die untere Grenze der Bewegung des Kolbens 144 definiert.
Am gegenüberliegenden
Ende des Zylinderkörpers 138 ist
ein Anschlagsicherungsring 152 angebracht, um den Aufwärtshub des
Kolbens 144 zu begrenzen.
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Im
Griffabschnitt 20 des Gehäuses 12 sind die Bedienelemente
für den
Betrieb des Werkzeugs 10 angeordnet. Eine Kippschalteranordnung 154 weist
einen Kippschalter 156, einen Auslöser 158 und ein vorgespanntes
Auslöserücklaufelement 160 auf.
Die ECU 162 aktiviert die Zündkerze 38 unter der Kontrolle
des Kippschalters 156.
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Beim
Herausziehen des Auslösers 158 wird ein
Signal von der ECU 160 erzeugt, um eine Entladung auf der
Funkenstrecke der Zündkerze 38 zu verursachen,
welche den Brennstoff, der in die Verbrennungskammer 36 eingespritzt
und durch einen Ventilator 164 verdampft oder fragmentiert
wurde, zündet.
Der Ventilator 164 wird durch die Ankerwelle 43 angetrieben
und ist innerhalb der Verbrennungskammer 36 angeordnet,
um den Verbrennungsprozess zu verbessern und die Kühlung und
den Rücklauf
zu erleichtern. Der Ventilatormotor 40 wird vorzugsweise
durch einen Kopfschalter und/oder den Kippschalter 156 gesteuert,
so wie es näher
in den Patentschriften nach dem Stand der Technik, die durch Nennung
als hierin aufgenommen betrachtet sind, offenbart ist.
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Das
Zünden
zwingt den Kolben 144 und den Mitnehmerflügel 146 den
Zylinderkörper 138 hinunter,
bis der Mitnehmerflügel
ein Befestigungselement berührt
und in das aus dem Stand der Technik bekannte Substrat treibt. Der
Kolben kehrt dann in seine ursprüngliche
oder „betriebsbereite" Position durch Differenzgasdrücke innerhalb
des Zylinders, die teilweise durch den abgedichteten Zustand der
Verbrennungskammer 36 aufrecht erhalten werden, zurück.
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Der
Ventilatormotor 40 erfährt
zwei anfängliche
Beschleunigungen während
dieses Zyklusses. Wenn das Zünden
von verbrennbaren Gasen in der Kammer 36 den Kolben 144 nach
unten in Richtung des Werkstücks
zwingt und vorzugsweise ein Befestigungselement in das Werkstück, erfährt zunächst das
Werkzeug 10, eine entgegenwirkende Aufwärtskraft oder Rückstosskraft
in gegenüberliegender Richtung.
Der Ventilatormotor 40, welcher durch den Mechanismus 50 im
Werkzeug aufgehängt
ist, wird aufwärts
in Richtung des Rückstosses
des Werkzeugs durch eine Kraft, die durch den Aufhängungsmechanismus übertragen
wird, beschleunigt. Ferner wird die Ankerwelle 43 in derselben
Richtung beschleunigt, indem sie eine abhängige Bewegung in Bezug auf
den Motor innerhalb der Grenzen des Axialspiels aufweist. Dann erreicht
der Kolben 144 in weniger als etwa 10 Millisekunden im
Zylinder 138 seine Niedrigstleistung in Abhängigkeit
vom Stossfänger 150.
Dieser Ablauf ändert
die Beschleunigung des Werkzeugs 10 in Richtung des Werkstücks. Somit
werden Motor und Welle nun in dieser neuen entgegengesetzten Richtung
beschleunigt.
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Diese
umgekehrten Beschleunigungen sind wiederholbar, und der Aufhängungsmechanismus 50 muss
abgestimmt werden, damit der Motor nicht übermäßig in Bezug auf das Werkzeug
oszilliert und, wie zuvor angesprochen, entweder die Niedrigstleistung
oder Höchstleistung
erreicht. Mit „abgestimmt" ist gemeint, dass
die Belastbarkeit des Aufhängungsmechanismus
justiert wird, um bei einem Sondermotor übermäßige Schwingung innerhalb vorbestimmter,
anwendungsspezifischer Grenzen, die von der verbrennungserzeugenden
Kraft, welche von der besonderen Kraftquelle 16 generiert
wird, abhängen,
zu vermeiden. Der vorliegende abgestimmte Aufhängungsmechanismus 50 greift
den zwei entgegengesetzten Beschleunigungen vor, die durch eine
vorbestimmte ganz wiederholbare Zeit getrennt sind und den Motor
spannkräftig
innerhalb der Abgrenzungen der Abdeckkappe und des Bodens des Hohlraums einschränken, um
die vom Motor erfahrene Beschleunigungskraft von „g's" zu minimieren.
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8 und 9 zeigen
die Beschleunigung und Schwingung, die der Motor während des
Betriebs des Werkzeugs erfährt.
Die in 8 dargestellten Ergebnisse sind von einem Werkzeug,
das eine Aufhängung
aufweist, die das federnde Gewebe 78 umfasst, das zwischen
der Halteschale 58 und dem Bügel 68 angeordnet
ist, und einen Motor mit Eisenkern 40, der leichter ist
als der Motor, für
welchen die Aufhängung
bestimmt war, umfasst. Gemäß der Darstellung,
erfuhr der Motor bei etwa 4 Millisekunden nach dem Zünden (was
auf dem Schaubild bei etwa dem 5. Millisekundenpunkt auftritt),
so wie bei 170 gezeigt, eine Beschleunigungskraft von etwa 40 g von
der Beschleunigung des Werkzeugs infolge der Rückstosskraft, die sofort zum
Motor durch den Aufhängungsmechanismus übertragen
wurde. Bei etwa 9 Millisekunden nach dem Zünden, so wie bei 172 gezeigt,
erfuhr der Motor eine Beschleunigung in entgegengesetzter Richtung
von etwa 135 g, nachdem der Kolben 144 im Zylinder 138 die
Niedrigstleistung erreichte, die erneut zum Motor übertragen
wurde. Danach erfuhr der Motor eine Schwingung von etwa zwei weiteren
größeren Beschleunigungen,
die als 174 (40 g's)
und 176 (25 g's)
gekennzeichnet waren und mangels seiner Abstimmung des Aufhängungsmechanismus
verursacht wurden. Man beachte, dass diese Aufhängung nicht den vorliegenden „schwebenden" Haltebügel 68 und
die Abstandsbolzen 100 aufwies.
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9 zeigt
die vom Motor 40 in einem Werkzeug 10 erfahrende
Beschleunigung und Schwingung, die mit dem vorliegenden verbesserten
Aufhängungsmechanismus 50 für den Ventilatormotor ausgerüstet ist.
Nach dem Zünden
betrug die erste Beschleunigung 170 des Motors 40 etwa
30 g und die umgekehrte Beschleunigung 172 nur 35 g. Danach erfuhr
der Motor 40 keine weiteren Beschleunigungen über 30 g's. Die „schwebende" zunehmende Dämpfung,
die durch den vorliegenden Aufhängungsmechanismus 50 bereitgestellt
wird, verursacht weniger sofort übertragene
Beschleunigung, während
sie außerdem
keine übermäßige Schwingungsweite
ermöglicht,
weshalb keine Niedrigstleistung oder Höchstleistung erreicht wird.
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Das
Ergebnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der verbesserte
Aufhängungsmechanismus 50 für den Ventilatormotor
nicht nur die Beschleunigung des Motors 40 reduziert, sondern auch
den Gesamthub oder Bewegung des Motors und die Schwingungsweite
des Motors reduziert. So wie in 8 und 9 dargestellt,
reduziert der verbesserte Motoraufhängungsmechanismus 50 die
Beschleunigung und dämpft
außerdem
die Schwingung und arbeitet dynamisch ahne abträglichen Kontakt innerhalb der
positiven Bedingungen des Werkzeugs 10 (Niedrigstleistung
und Höchstleistung).
Ein bedeutender Vorteil dieser Ermittlung ist, dass der Motor 40 von
der preiswerten leichtgewichtigen Art mit Eisenkern sein kann und
nach wie vor die vom Werkzeug 10 erzeugten strengen Beschleunigungskräfte aufnimmt.
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Obwohl
eine erfindungsgemäße besondere Ausführungsform
der Verbrennungswerkzeugaufhängung
für den
Ventilatormotor mit Eisenkern dargestellt und beschrieben wurde,
wird der Fachmann zu schätzen
wissen, dass Änderungen
und Abwandlungen dazu möglich
sind, ohne von der Erfindung in ihren breiteren Aspekten abzuweichen
und so wie in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.