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Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der tragbaren
pneumatischen Befestigungsmaschinen, wie Nietmaschinen, Heftmaschinen.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine pneumatische Befestigungsmaschine,
die zum manuellen Gebrauch vorgesehen ist und mit einem einzigen
Schlag oder im Automatikbetrieb mit wiederholten Schlägen operieren
kann (siehe beispielsweise die
US-A-5 370 037 ).
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Es
sind Maschinen als Druckluftheftmaschinen oder Druckluftnietmaschinen
bekannt, die mit Ventilen und Steuer- und Reguliereinrichtungen
versehen sind, welche einen Ein-Schlag-Betrieb
oder wiederholten Automatikbetrieb oder die Freigabe eines einzigen
Befestigungsmittels, beispielsweise einer metallischen Heftklammer,
eines Stiftes, eines Nagels etc., oder die Freigabe einer Vielzahl
von derartigen Befestigungsmitteln in Sequenz zu unterschiedlichen
Zeitpunkten ermöglichen.
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Die
Durchführung
der beiden unterschiedlichen Betriebsweisen wird generell erreicht,
indem der Auslöser
der Maschine oder zwei getrennte Auslöser oder Druckvorrichtungen
teilweise oder vollständig
bis zum Anschlag gedrückt
werden.
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Durch
einen derartigen Auslöser
oder durch eine derartige Druckvorrichtung werden in der Tat zwei
separate, Seite an Seite angeordnete Drehzapfen betätigt, die
auf entsprechende pneumatische Ventile einwirken.
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Typischerweise
wird durch teilweises Drücken
des Auslösers
der Ein-Schlag-Betrieb erhalten, während durch Drücken des
Auslösers
bis zum Anschlag ein automatischer Betrieb erzielt wird.
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Ein
Nachteil einer derartigen Funktionsweise besteht darin, dass die
Bedienungsperson zum Drücken
des Auslösers
sehr aufmerksam sein und eine große Empfindsamkeit besitzen
muss, um einen unbeabsichtigten Automatikbetrieb anstelle des Ein-Schlag-Betriebes
zu vermeiden.
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Es
sind ferner Heftmaschinen bekannt, bei denen der Auslöser nur
einen Automatikbetrieb der Maschine auslöst. Dieser Automatikbetrieb
kann durch Betätigung
einer Druckvorrichtung oder eines Druckknopfes verhindert werden,
um einen Ein-Schlag-Betrieb auszuführen, welcher mit einem passenden
Pneumatikkreis arbeitet.
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In
diesem Fall besteht der Nachteil in der unbequemen Betätigung der
Maschine, da die Bedienungsperson zur Durchführung des Ein-Schlag-Betriebes
gezwungen ist, den Auslöser
mit dem Zeigefinger und gleichzeitig den Druckknopf mit dem Daumen
der gleichen Hand zu drücken,
was ein nicht optima les Handling bedeutet und dadurch die Zuverlässigkeit
und Sicherheit der Maschine gefährdet.
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Bei
den bekannten Heftmaschinen werden die Befestigungseinrichtungen
durch ein Schlagblatt, das durch einen Druckluftkolben betätigt wird,
in das zu bearbeitende Teil gehämmert.
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Der
Kolben wird dabei durch das Öffnen/Schließen von
passenden Ventilen oder anderen pneumatischen Komponenten, typischerweise
von Verteilern oder Austauscheinrichtungen, die manuell oder automatisch
betätigt
werden, in die Anfangsposition gebracht.
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Ein
Nachteil von derartigen bekannten Maschinen besteht in ihrer strukturellen
und konstruktiven Komplexität,
da die Maschine zahlreiche Teile und Komponenten umfasst, welche
die Maschine teuer in der Herstellung und Montage machen.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine pneumatische Befestigungsmaschine
vorzuschlagen, die sowohl mit einem einzigen Schlag als auch automatisch
mit einer hohen Frequenz von sich wiederholenden Schlägen arbeitet,
die kompakt ist und eine relativ einfache Konstruktion besitzt,
eine geringe Anzahl von Komponenten aufweist und daher auf wirtschaftliche
Weise hergestellt und montiert werden kann.
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Ein
anderes Ziel betrifft den Vorschlag einer Maschine mit sicherer
und zuverlässiger
Funktionsweise, die auch von einer ungeübten Bedienungsperson in einfacher
Weise betätigt werden
kann und bei der das Risiko einer unbeabsichtigten Betätigung des Automatikbetriebes
minimal ist.
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Ein
weiteres Ziel betrifft den Vorschlag einer Befestigungsmaschine,
die von der ergonomischen Seite her der Bedienungsperson eine zuverlässige und
sichere, korrekte und bequeme Handhabung gestattet.
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Die
vorstehend genannten Ziele werden durch die Gegenstände der
Patentansprüche
erreicht.
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Nachfolgend
werden die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen erläutert.
Hiervon zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer pneumatischen Heftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit einem Magazin für Befestigungseinrichtungen
nicht im Betriebszustand;
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2 eine
teilweise vergrößerte Ansicht
der 1;
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3 eine
Teilschnittansicht der Maschine der 2 in einem
ersten Aktivierungszustand; und die
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4–6 Teilschnittansichten
der Maschine der 2 in entsprechenden und aufeinanderfolgenden
Betriebsphasen entsprechend einem zweiten Aktivierungszustand der
Maschine.
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Es
werden nunmehr die 1–6 erläutert. Mit 1 ist
die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende pneumatische
Befestigungsmaschine bezeichnet. Diese Maschine ist von einem Typ,
der eine Kolbeneinrichtung 30 aufweist, welche innerhalb
eines Zylinders 33 gleitet und ein Schlagblatt 31 lagert,
das auf eine Befestigungseinrichtung 32 einwirken kann,
beispielsweise eine metallische Heftklammer oder einen Stift, die
bzw. der in einem Magazin 34 eines bekannten Typs, das
der Maschine 1 zugeordnet ist, enthalten ist. Der Kolben
wird in seiner Bewegung durch erste Ventileinrichtungen 5, zweite
Ventileinrichtungen 2, dritte Ventileinrichtungen 3 und
vierte Ventileinrichtungen 4, die innerhalb der Maschine 1 angeordnet
sind, betätigt
und gesteuert.
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Die
ersten Ventileinrichtungen 5 sind zwischen zwei extremen Öffnungs-
(E) und Schließpositionen
(D) bewegbar und bringen entsprechend dieser Bewegung einen Einlassabschnitt 33a des
Zylinders 33 mit einer Zufuhr eines unter Druck stehenden Strömungsmittels
und mit einem externen Auslass in Strömungsmittelverbindung.
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Genauer
gesagt, der Einlassabschnitt 33a kann wahlweise mit einem
Zuführraum 35 in
Verbindung gebracht werden, der Druckluft enthält und an eine externe Druckluftquelle
angeschlossen ist, beispielsweise einen Kompressor oder ein pneumatisches
Netzwerk einer festen Anlage, oder mit einem Auslasskanal 36,
der über
einen Filterschalldämpfer 37 zur äußeren Umgebung
gerichtet ist.
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Die
zweiten Ventileinrichtungen 2 sind mit Hilfe einer Auslöseeinrichtung 7 bewegbar,
und zwar zwischen zwei Extrempositionen, nämlich einer Verschlussposition
M und einer Durchtrittsposition L, in der sie einen Basisabschnitt 5a der
ersten Ventileinrichtungen 5 über einen ersten Kanal 9 mit
der Zufuhr des unter Druck stehenden Strömungsmittels und mit einem
externen Auslass in Strömungsmittelverbindung
bringen.
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Die
zweiten Ventileinrichtungen 2 bestehen im Wesentlichen
aus einem länglichen
Formelement, typischerweise einem zylindrischen Schaft mit variierendem
Querschnitt, der gleitend in einem dritten Sitz 20 mit
einer komplementären
zylindrischen Form untergebracht ist. Der dritte Sitz 20 ist
mit einer Vielzahl von Öffnungen
versehen, nämlich
einer ersten Öffnung 23,
die an einem oberen Ende dieses Sitzes 20 angeordnet ist
und in einen dritten Raum 21 weist, der über einen
Kanal 38 mit dem Zuführraum 35 in Strömungsmittelverbindung
steht, einer Vielzahl von zweiten Öffnungen 24 auf den
Seitenwänden
des Sitzes 20, die mit dem ersten Kanal 9 verbunden
sind, und einer dritten Öffnung 22,
die auf dem gegenüberliegenden
Ende des dritten Sitzes 20 in Bezug auf die erste Öffnung 23 angeordnet
ist und nach außen
gerichtet ist, um den Luftauslass zu bilden.
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Der
zylindrische Schaft der zweiten Ventileinrichtungen 2 besitzt
einen externen Abschnitt 2a, der extern in den dritten
Sitz 20 vorsteht und an die Auslöseeinrichtung 7 angepasst
ist, sowie einen Blockierungsabschnitt 2b gegenüber dem
externen Abschnitt 2a, der die erste Öffnung 23 des dritten
Sitzes 20 in der Verschlussposition M der zwei ten Ventileinrichtungen 2 verschließt. Die
dritten Ventileinrichtungen 3 sind zwischen einer Verschlussposition
N und einer Querposition Q bewegbar, in denen sie die Strömungsmittelverbindung
zwischen dem Kanal 9 und den ersten Ventileinrichtungen 5 schließen oder öffnen können.
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Die
dritten Ventileinrichtungen 3 bestehen im Wesentlichen
aus einem geformten Schaft, typischerweise einem zylindrischen Schaft
mit einem ersten Endabschnitt 3a und einem zweiten Endabschnitt 3b,
die gleitend in einem zweiten Sitz 15 und einem ersten
Raum 10 untergebracht sind.
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Der
erste Endabschnitt 3a ist so geformt, dass er den Auslass
des ersten Kanals 9 innerhalb des zweiten Sitzes 15 in
der Verschlussposition N der dritten Ventileinrichtungen 3 schließt, während der zweite
Endabschnitt 3b der Kraft des im ersten Raum 10 enthaltenen
unter Druck stehenden Strömungsmittels
ausgesetzt ist.
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Der
zweite Sitz 15 weist nach oben in einen zweiten Raum 8,
in dem der Basisabschnitt 5a der ersten Ventileinrichtungen 5 gleitend
untergebracht ist.
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Die
ersten Ventileinrichtungen 5 besitzen einen Schließabschnitt 5b zum
Absperren des Stromes des unter Druck stehenden Strömungsmittels
im Schließzustand
D. Insbesondere kann der Schließabschnitt 5b eine
vierte Auslassöffnung 39 des
Zuführraumes 35 verschließen. Der
Schließabschnitt 5b besitzt
einen äquivalenten
Querschnitt, der geringer ist als der Basisabschnitt 5a.
In entsprechender Weise hat der erste Endabschnitt 3a der
dritten Ventileinrichtungen einen äquivalenten Querschnitt, der geringer
ist als der zweite Endabschnitt 3b.
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Die
vierten Ventileinrichtungen 4 werden ebenfalls von der
Auslöseeinrichtung 7 betätigt und sind
zwischen einer Blockierungsposition S und einer Übergangsposition T, in denen
sie eine Strömungsmittelverbindung
zwischen Zylinder 33 und den dritten Ventileinrichtungen 3 absperren
oder ermöglichen,
bewegbar. Die vierten Ventileinrichtungen 4 werden von
einem länglichen
Formelement, vorzugsweise einem zylindrischen Schaft, gebildet,
das in einem ersten Sitz 12 gleitet, eine zylindrische
komplementäre
Form besitzt und über
mindestens einen zweiten Kanal 16 mit dem Zylinder 33 und über einen dritten
Kanal 17 mit dem ersten Raum 10 in Verbindung
steht.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
verlaufen die geometrische Achse der zweiten Ventileinrichtungen 2 und
die geometrische Achse der vierten Ventileinrichtungen 4 senkrecht
zueinander, während die
geometrische Achse der ersten Ventileinrichtungen 5 und
die geometrische Achse der dritten Ventileinrichtungen 3 nahezu
zusammenfallen und nahezu parallel zur Achse der zweiten Ventileinrichtungen 2 verlaufen.
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Die
vierten Ventileinrichtungen 4 besitzen einen Hohlraum 14,
der in einem Abschnitt des zylindrischen Schaftes vorgesehen ist
und vom ersten Sitz 12 nach außen vorsteht. Mit diesem Hohlraum
steht ein geformtes freies Ende 7a der Auslöseeinrichtung 7 in
Eingriff. Die Form und die Abmessungen des Hohlraumes 14 und
des freien Endes 7a sind für einen gegenseitigen Eingriff
und damit eine Translationsbewegung des Schaftes nur für eine Drehung,
die größer ist
als ein bestimmter Winkelwert, des Auslösers 7, der um einen
Zapfen 40 verschwenkt, bestimmt.
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Ferner
sind elastische Einrichtungen 13 vorgesehen, die in geeigneter
Weise dimensioniert sind, um eine elastische Kraft auf die vierten
Ventileinrichtungen 4 auszuüben und diese in Abwesenheit
von externen Kräften,
die von der Auslöseeinrichtung 7 aufgebracht
werden, in der Blockierungsposition S zu halten. Die elastischen
Einrichtungen 13 bestehen vorzugsweise aus einer Druckschraubenfeder,
die im ersten Sitz 12 untergebracht ist, um sich an eine
Bodenwand des Sitzes und an einen Vorsprung 4a der vierten
Ventileinrichtungen 4 anzupassen.
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Die
elastischen Einrichtungen 13 können so dimensioniert sein,
dass sie eine Gegenkraft mit einer gewünschten Intensität entwickeln,
und zwar in Abhängigkeit
von den speziellen Benutzeranforderungen, um beispielsweise den
zweiten Teil der Drehung der Auslöseeinrichtung 7 zäher und
damit wahrnehmbarer zu machen.
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Die
vierten Ventileinrichtungen 4 besitzen einen Hohlraum 4b,
der im Wesentlichen von einem Abschnitt des zylindrischen Schaftes
gebildet wird, der einen reduzierten Durchmesser relativ zum ersten
Sitz 12 aufweist und von einem Paar von Ringfingern 26,
typischerweise O-Ring-Dichtungen, begrenzt wird. Der Hohlraum 4b dient
dazu, den zweiten Kanal 16 und den dritten Kanal 17 in
der Übergangsposition
T der vierten Ventileinrichtungen 4 in Strömungsmittelverbindung
zu bringen.
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Die
Funktionsweise der pneumatischen Befestigungsmaschine 1,
die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, sieht vor,
dass in einem ersten Aktivierungszustand A die Auslöseeinrichtung 7 teilweise
gedrückt
wird, um die zweiten Ventileinrichtungen 2 aus der Verschlussposition
M, in der sie vom Druck des im dritten Raum 21 vorhandenen Strömungsmittels
gehalten werden, in die Durchtrittsposition L zu bewegen, in der
sie es ermöglichen, dass
die Druckluft den zweiten Raum 8 erreicht und auf den Basisabschnitt 5a einwirkt,
der einen größeren äquivalenten
Querschnitt als der Schließabschnitt 5b besitzt,
um die ersten Ventileinrichtungen 5 in die Öffnungsposition
E zu drücken.
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Auf
diese Weise erreicht die Druckluft durch die vierte Öffnung 39 des
Zuführraumes 35 den
Einlassabschnitt 33a des Zylinders 33 und drückt die Kolbeneinrichtung 30 fest
von einer Innenposition F in eine Außenposition G, in der das Schlagblatt 31 die Befestigungseinrichtung 32 in
das zu befestigende Teil hämmert.
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Durch
die Freigabe der Auslöseeinrichtung 7 wird
die Rückkehr
der zweiten Ventileinrichtungen 2 in die Verschlussposition
M mit dem darauffolgenden Schließen der ersten Öffnung 23 und
dem Entlasten des dritten Sitzes 20 durch die dritte Öffnung 22 und des
zweiten Raumes 8 durch den ersten Kanal 9 bestimmt.
Hierdurch wird die Rückkehr
der ersten Ventileinrichtungen 5 in die Schließposition
D mit Unterbrechung der Zufuhr der Druckluft zur Kolbeneinrichtung 30 bewirkt.
Die Rückführung der
ersten Ventileinrichtungen in die oberer Ausgangsposition F wird durch
die Expansion der Druckluft sichergestellt, die in einem Ringraum 41 bekannten
Typs enthalten ist, der im Zylinder 33 durch die ersten
Seitenöffnungen 42 expandiert.
Der Eintritt der Druckluft in den Ringraum 41 geschieht
durch die zweiten Seitenöffnungen 43 während des
Hubes der Kolbeneinrichtung 30.
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In
einem zweiten Aktivierungszustand B der Maschine 1 wird
die Auslöseeinrichtung 7 weiter
vollständig
gedrückt,
um die vierten Ventileinrichtungen 4 aus der Halteposition
S in die Übergangsposition
T entgegen der elastischen Kraft der elastischen Einrichtungen 13 zu überführen.
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Wenn
in dieser Position die Kolbeneinrichtung 30 die externe
Position G gemäß der vorstehend beschriebenen
Betriebssequenz erreicht, kann die Druckluft, die den Ringraum 41 füllt, den
ersten Raum 10 erreichen und danach nacheinander den zweiten
Kanal 16, den Hohlraum, 4b der vierten Ventileinrichtungen 4 und
den dritten Kanal 17 queren.
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Im
Raum 10 wirkt die Druckluft auf den zweiten Endabschnitt 3b,
dessen äquivalenter
Querschnitt größer ist
als der des ersten Abschnittes 3a, um die dritten Ventileinrichtungen 3 aus
der Querungsposition Q in die Verschlussposition N zu drücken und
hierdurch den Druckluftstrom vom Kanal 9 abzusperren und
zum zweiten Raum 8 zu leiten.
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Durch
das Fehlen von Druckluft im Raum 8 wird die Rückkehr der
ersten Ventileinrichtungen 5 in die Schließposition
D oder die Unterbrechung der die Kolbeneinrichtung 30 beaufschlagenden
Druckluft bewirkt.
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Auch
in diesem Fall wird die Rückkehr
der Kolbeneinrichtung in die innere obere Ausgangsposition F durch
die Expansion der im Ringraum 41 bekannten Typs enthaltenen
Druckluft bewirkt, die im Zylinder 33 expandiert und danach
durch den Auslass 44 zur Außenseite strömt. Bei
diesem Schritt stehen der Zylinder 33, der Ringraum 41 und
somit der zweite Kanal 16, der Hohlraum 4b, der
dritte Kanal 17 und der erste Raum 10 unter Atmosphärendruck.
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Da
die Auslöseeinrichtung 7 noch
unter Druck steht und die zweiten Ventileinrichtungen 2 in der
Durchtrittsposition L hält,
kann die Druckluft den zweiten Sitz 15 frei erreichen und
eine Bewegung der dritten Ventileinrichtungen 3 in die
Querungsposition Q und danach beim Erreichen des zweiten Raumes 8 eine
Bewegung der ersten Ventileinrichtungen 5 in die Öffnungsposition
E für einen
neuen Hub der Kolbeneinrichtung 30 bewirken. Dieser Zyklus
wiederholt sich automatisch, wie vorstehend erläutert, bis zur Freigabe der
Auslöseeinrichtung 7,
so dass die Maschine 1 wiederholte Schläge mit einer Frequenz oder
einer einstellbaren Frequenz durchführen kann, die durch Regeleinrichtungen
des Druckluftstromes bekannter Art, die nicht gezeigt sind, geregelt
werden kann.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer
pneumatischen Befestigungsmaschine, die sowohl mit einem einzigen Schlag
als auch im Automatikbetrieb mit wiederholten Schlägen arbeiten
kann, eine kompakte Kon struktion besitzt, relativ einfach ausgebildet
ist und eine geringe Anzahl von Komponenten aufweist und somit auf
wirtschaftliche Weise hergestellt und montiert werden kann.
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Ein
anderer Vorteil besteht darin, dass eine sicher und zuverlässig arbeitende
Maschine geschaffen ist, die auch in einfacher Weise von einer nicht geübten Bedienungsperson
benutzt werden kann, so dass die Gefahr einer unbeabsichtigten Einschaltung des
Automatikbetriebes auf ein Minimum verringert ist.
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Ein
weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass eine Befestigungsmaschine
zu Verfügung
gestellt wird, die eine sichere und zuverlässige, ergonomisch richtige
und bequeme Handhabung durch eine Bedienungsperson ermöglicht.