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HINTERGRUND
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Werkzeuge zum Eintreiben
von Befestigungselementen, die zum Eintreiben von Befestigungselementen
in Werkstücke
verwendet werden, und insbesondere brennkraftbetriebene Werkzeuge
zum Eintreiben von Befestigungselementen, die auch als Brennkraftwerkzeuge
bezeichnet werden, gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Brennkraftbetriebene
Werkzeuge sind in der Technik bekannt. Beispielhafte Werkzeuge werden von
Illinois Tool Works, Inc., mit Sitz in Glenview, Illinois, zur Verwendung
beim Eintreiben von Befestigungselementen in Werkstücke hergestellt
und werden in den eigenen Patentschriften von Nikolich
US-Reissue-PS 32,452 und
US-PS 4 522 162 ,
4 483 473 ,
4 483 474 ,
4 403 722 ,
5 133 329 ,
5 197 646 ,
5 263 439 und
6 145 724 beschrieben.
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Die
Schrift
US 6 145 724
A offenbart zum Beispiel ein brennkraftbetriebenes Werkzeug
mit einer unabhängigen
inneren Verbrennungsenergiequelle, die zur Erzeugung einer Verbrennung
zum Antrieb eines Treibers zum Aufschlagen auf ein Befestigungselement
und zu seinem Eintreiben in ein Werkstück ausgeführt und angeordnet ist. Das
herkömmliche
Werkzeug enthält
zum Umschließen
der Energiequelle ausgeführtes
und angeordnetes Gehäuse,
eine an einem oberen Ende des Gehäuses definierte Brennkammer
und einen in dem Gehäuse in
Strömungsverbindung
mit der Brennkammer angeordneten Zylinder. Ein Ventilglied ist dazu
angeordnet, die Brennkammer periodisch zu schließen. Ein Kolben ist dem Treiber
zugeordnet und zur Hin- und Herbewegung im Zylinder zwischen einer
Startstellung und einer Antriebsstellung konfiguriert. Des Weiteren
ist an dem Werkzeug ein Mundstück
mit einem Werkstückkontaktelement,
das zum Kontaktieren eines Werkstücks konfiguriert ist, enthalten.
Das Werkstückkontaktelement
ist bezüglich
des Mundstücks beweglich,
und bei solch einem Kontakt bewirkt die Bewegung des Werkstückkontaktelements,
dass das Ventilglied die Brennkammer schließt. Eine Verzögerungsvorrichtung
kann mit dem Werkstückkontaktelement
und dem Gestänge
in Eingriff gebracht werden, um das Öffnen der Brennkammer durch
das Ventilglied so lange zu verzögern,
bis der Kolben nach dem Antrieb des Befestigungselements wieder in
die Startstellung zurückkehrt.
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Solche
Werkzeuge enthalten ein allgemein pistolenförmiges Werkzeuggehäuse, das
einen kleinen Verbrennungsmotor einschließt. Der Motor wird durch einen
Kanister mit druckbeaufschlagtem Brenngas angetrieben, der auch
als Brennstoffzelle bezeichnet wird. Eine batteriebetriebene elektronische
Energieverteilungseinheit erzeugt einen Funken zur Zündung, und
ein in der Brennkammer angeordnetes Gebläse sorgt für eine effiziente Verbrennung
in der Kammer und erleichtert ebenfalls Nebenprozesse des Verbrennungsvorgangs
der Vorrichtung. Zu solchen Nebenprozessen gehören: Kühlen des Motors, Mischen des
Brennstoffes und der Luft in der Kammer und Entfernen oder Ausspülen von
Verbrennungsnebenprodukten. Der Motor enthält einen sich vor und zurück bewegenden
Kolben mit einem länglichen,
starren Treiber, der in einem einzigen Zylinderkörper angeordnet ist.
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Eine
Ventilhülse
ist um den Zylinder in Axialrichtung hin- und herbewegbar und bewegt
sich durch ein Gestänge
zum Schließen
der Brennkammer, wenn ein Arbeitskontaktelement am Ende des Gestänges gegen
ein Werkstück
gepresst wird. Dieser Pressvorgang aktiviert auch ein Brennstoffdosierventil
dahingehend, ein bestimmtes Brennstoffvolumen in die geschlossene Brennkammer
einzuleiten.
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Beim
Drücken
eines Auslöseschalters,
was den Funken zum Zünden
einer Gasladung in der Brennkammer des Motors verursacht, wird die
Kolben- und Treiberkombination nach unten gedrückt, um auf ein positioniertes
Befestigungselement aufzutreffen und es in das Werkstück einzutreiben.
Dann kehrt der Kolben durch Differenzgasdrücke im Zylinder in seine ursprüngliche
oder Vorabschussstellung zurück.
Befestigungselemente werden magazinartig in das Mundstück geführt, wo
sie in einer ordnungsgemäß positionierten
Ausrichtung zum Empfang des Aufpralls des Treibers gehalten werden.
Beim Zünden
des brennbaren Brennstoff-/Luft-Gemisches bewirkt die Verbrennung
in der Kammer die Beschleunigung der Kolben-/Treiber-Anordnung und
das Eindringen des Befestigungselements in das Werkstück, falls
das Befestigungselement vorhanden ist.
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Derzeit
auf dem Markt angebotene brennkraftbetriebene Werkzeuge sind sequentiell
betätigte Werkzeuge.
Das Werkzeug muss gegen das Werkstück gedrückt werden, wobei das Werkstückkontaktelement
(WKE) bezüglich
des Werkstücks
zusammengedrückt
wird, bevor der Abzug für
das Werkzeug zum Abschießen
eines Nagels gedrückt
wird. Dies steht Werkzeugen gegenüber, die wiederholt abgeschossen
werden, was auch als Wiederholungszyklusbetrieb bekannt ist. Mit
anderen Worten, diese letzteren Werkzeuge werden durch Pressen des
Werkzeugs gegen das Werkstück,
wenn der Abzug im niedergedrückten
Modus gehalten wird, wiederholt abgeschossen. Diese Unterschiede äußern sich
in der Anzahl von Befestigungselementen, die pro Sekunde für das Werkzeug
der jeweiligen Art abgeschossen werden können. Der Wiederholungszyklusmodus
ist wesentlich schneller als der sequentielle Abschussmodus; 4 bis
7 Befestigungselemente können
im Wiederholungszyklus pro Sekunde abgeschossen werden, was im Vergleich
zu nur 2 bis 3 Befestigungselementen pro Sekunde im sequentiellen
Modus steht.
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Ein
Unterscheidungsmerkmal, das brennkraftbetriebene Werkzeuge auf sequentiellen
Betrieb beschränkt,
ist die Art und Weise, auf die der Antriebskolben nach dem Abschießen des
Werkzeugs wieder in die Ausgangsstellung zurückgeführt wird. Brennkraftbetriebene
Werkzeuge verwenden ein selbsterzeugendes Vakuum zur Durchführung der Kolbenrückführfunktion.
Die Rückführung des
Kolbens der Vakuumart erfordert wesentlich mehr Zeit als die von
Druckluftwerkzeugen, die Zwangsluftdruck von der Zufuhrleitung für die Kolbenrückführung verwenden.
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Bei
brennkraftbetriebenen Werkzeugen der in den Patenten, auf die oben
Bezug genommen wird, offenbarten Art, steuert der Bediener durch
die Abschussrate und die Steuerung der Ventilhülse das Zeitintervall, das
für die
Vakuum-Kolbenrückführung bereitgestellt
wird. Die Erzeugung des Vakuums erfolgt nach der Verbrennung des
Gemisches und dem Ablassen der verbrannten Hochdruckgase. Bei verbleibenden
Gasen hoher Temperatur im Werkzeug kühlen die umgebenden Aluminiumkomponenten
mit niedrigerer Temperatur die Gase und kollabieren sie, wodurch
ein Vakuum erzeugt wird. In vielen Fällen, wie zum Beispiel bei
Verputzungsarbeiten, ist die Zyklusrate des Bedieners langsam genug,
so dass Vakuumrückführung gleichbleibend
und zuverlässig funktioniert.
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Für jene Fälle, in
denen ein Werkzeug mit einer viel höheren Zyklusrate betrieben
wird, kann der Bediener jedoch die Brennkammer während des Kolbenrückführungszyklus öffnen, indem
das Werkzeug vom Werkstück
abgehoben wird. Dadurch geht das Vakuum verloren, und der Kolbenhub
hält vor
Erreichen des oberen Endes des Zylinders an. Dadurch wird der Treiber
in dem Führungskanal
des Mundstücks
belassen, wodurch ein Vorrücken
des Nagelstreifens verhindert wird. Das Endergebnis ist kein Nagel
im Abschusskanal und kein abgeschossener Nagel beim nächsten Schuss.
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Um
eine angemessene Haltezeit der geschlossenen Brennkammer in den
oben angeführten sequentiell
betätigten
brennkraftbetriebenen Werkzeugen zu gewährleisten, ist eine Kammersperrvorrichtung
mit dem Abzug verbunden. Dieser Mechanismus hält die Brennkammer so lange
geschlossen, bis der Bediener den Abzug freigibt. Dadurch wird die Haltezeit
(während
der die Brennkammer geschlossen ist) verlängert, wobei die relativ langsame
muskuläre
Reaktionszeit des Bedieners berücksichtigt wird.
Mit anderen Worten, das physische Freigeben des Abzugs verbraucht
genug Zeit des Abschusszyklus, um eine Rückführung des Kolbens zu gewährleisten.
Des Weiteren hält
der Mechanismus eine geschlossene Kammer aufrecht, falls ein starkes
Rückstoßereignis
erzeugt wird, zum Beispiel durch Schießen in Hartholz oder auf einen
anderen Nagel. Es ist von Nachteil, die Kammer länger als die Mindestzeit zur
Rückführung des
Kolbens geschlossen zu halten, da ein Kühlen und Spülen des Werkzeugs verhindert wird.
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Die
eigene
US-PS 6 145 724 beschreibt
einen Nockenmechanismus, der durch den Treiber betätigt wird,
um ein vorzeitiges Öffnen
der Brennkammer vor Rückführung des
Kolbens/Treibers in die Vorabschussstellung (auch als Vorabschuss
bezeichnet) zu verhindern. Der Hauptnachteil dieses Lösungsansatzes
besteht darin, dass der Kolben die Verwendung einer Stange zur manuellen
Rückführung erfordert,
um den Kolben zum Vorabschuss zurückzuführen, wenn der Kolben aufgrund
einer Nagelblockierung oder vielleicht einer schmutzigen/klebrigen
Zylinderwand nicht vollständig
zurückkehrt.
Ein Kolben, der nicht zurückkehrt,
verursacht, dass die Kammer geschlossen bleibt; deshalb kann das
Werkzeug nicht erneut abgeschossen werden.
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Somit
besteht Bedarf an einem brennkraftbetriebenen Werkzeug zum Eintreiben
von Befestigungselementen, das in einem Wiederholungszyklusmodus
betrieben werden kann. Des Weiteren besteht Bedarf an einem brennkraftbetriebenen
Werkzeug zum Eintreiben von Befestigungselementen, das den besonderen
Bedürfnissen
einer Verzögerung
des Öffnens
der Brennkammer zum Erreichen einer vollständigen Rückführung des Kolbens in einem
Wiederholungszyklusmodus entspricht.
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KURZDARSTELLUNG
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Die
oben aufgeführten
Bedürfnisse
werden durch das vorliegende brennkraftbetriebene Werkzeug zum Eintreiben
von Befestigungselementen nach Anspruch 1 erfüllt oder übertroffen. Unter anderem enthält das vorliegende
Werkzeug elektromechanischen Mechanismus, der zum Verwalten der Kammersperrung,
die die Länge
der Zeit, die zur Vakuum-Kolbenrückführung erforderlich
ist, steuert, konfiguriert ist.
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Um
ein Abschießen
mit hoher Wiederholungszyklusrate zu erreichen, wird bei der bevorzugten
Ausführungsform
eine elektromagnetische Vorrichtung verwendet, die, statt des manuellen,
abzugbetätigten
Mechanismus als Kammersperrvorrichtung fungiert, um die gewünschte Verzögerung bereitzustellen.
Das zur Verwaltung dieses Elektromagneten verwendete Steuerprogramm
enthält
ein Zeitglied, das gewährleistet,
dass die Kammer so lange geschlossen ist, bis der Kolben zurückgekehrt
ist.
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Insbesondere
enthält
das vorliegende brennkraftbetriebene Werkzeug zum Eintreiben von
Befestigungselementen eine brennkraftbetriebene Energiequelle und
ein Werkstückkontaktelement,
das bezüglich
der Energiequelle zwischen einer Ruhestellung und einer Abschussstellung
hin und her beweglich ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform
befindet sich eine Sperrvorrichtung in Wirknähe zu der Ventilhülse und
ist dazu konfiguriert, die Hin- und Herbewegung der Ventilhülse aus
der Abschussstellung automatisch zu verhindern, bis ein Kolben in
der Energiequelle in eine Vorabschussstellung zurückkehrt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN
ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Vorderansicht eines Werkzeugs zum Eintreiben
von Befestigungselementen, das das vorliegende Sperrsystem enthält;
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2 ist
ein fragmentarischer Vertikalquerschnitt des Werkzeugs von 1,
das in der Ruhestellung gezeigt wird;
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3 ist
ein fragmentarischer Vertikalquerschnitt des Werkzeugs von 2,
das in der Vorabschussstellung gezeigt wird;
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4 ist
eine fragmentarische, auseinander gezogene perspektivische Ansicht
des Werkzeugs von 1, insbesondere der Brennkammer
und der elektromechanischen Kammersperrvorrichtung;
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5 ist
eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
des Sperrsystems der 2–4, die in
der Sperrstellung gezeigt wird;
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6 ist
ein fragmentarischer Vertikalquerschnitt einer alternativen Ausführungsform
des Verzögerungssystems
der 1–4,
die ein in der Lüftungs-
oder Ruhestellung gezeigtes Dämpfungsglied
verwendet. Diese Ausführungsform
fällt nicht
in den Schutzbereich der Ansprüche.
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7 ist
ein fragmentarischer Vertikalquerschnitt der Ausführungsform
von 6, die in der Vorabschussstellung gezeigt wird.
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8 ist
ein fragmentarischer Vertikalquerschnitt einer zweiten alternativen
Ausführungsform des
Verzögerungssystems
der 1–4,
die eine elektromagnetische Sperrvorrichtung verwendet. 9 ist
ein fragmentarischer Vertikalquerschnitt einer dritten alternativen
Ausführungsform
des Verzögerungssystems
der 1–4;
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10 ist
ein schematischer Seitenaufriss einer vierten alternativen Ausführungsform
des Verzögerungssystems
der 1–4,
die in einer Ruhestellung gezeigt wird;
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11 ist
ein schematischer Seitenaufriss der Ausführungsform von 10,
die in der dem Vorabschuss zugeordneten gesperrten oder verzögerten Stellung
gezeigt wird;
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12 ist
ein schematischer Seitenaufriss einer alternativen Ausführungsform
des Verzögerungssystems
der 10–11 in
einer quer zu der Ausrichtung der 10 und 11 verlaufenden Ausrichtung
in einer Ruhestellung; und
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13 ist
ein schematischer Seitenaufriss der Ausführungsform von 12,
die in der dem Vorabschuss zugeordneten gesperrten oder verzögerten Stellung
gezeigt wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nunmehr
auf die 1–3 Bezug
nehmend, wird ein die vorliegende Erfindung enthaltendes brennkraftbetriebenes
Werkzeug zum Eintreiben von Befestigungselementen allgemein mit 10 bezeichnet
und ist vorzugsweise der in den oben angeführten Patentschriften ausführlich beschriebenen allgemeinen
Art. Ein Gehäuse 12 des
Werkzeugs 10 schließt
eine unabhängige
innere Energiequelle 14 (2) in einer
Gehäusehauptkammer 16 ein.
Wie bei herkömmlichen Brennkraftwerkzeugen
wird die Energiequelle 14 durch innere Verbrennung angetrieben
und enthält
eine Brennkammer 18, die mit einem Zylinder 20 in
Verbindung steht. Ein Kolben 22, der hin- und hergehend
in dem Zylinder 20 angeordnet ist, ist mit dem oberen Ende
eines Treibers 24 verbunden. Wie in 2 gezeigt,
wird eine Obergrenze des Bewegungshubs des Kolbens 22 als
eine Vorabschussstellung bezeichnet, zu der es kurz vor dem Abschießen oder
vor der Zündung
der Verbrennungsgase kommt, wodurch das Abwärtstreiben des Treibers 24 zum
Aufprall auf ein (nicht gezeigtes) Befestigungselement, um es in
ein Werkstück
zu treiben, eingeleitet wird.
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Durch
Niederdrücken
eines Abzugs 26 leitet ein Bediener die Verbrennung in
der Brennkammer 18 ein, wodurch der Treiber 24 durch
ein Mundstück 28 (1)
kraftvoll nach unten getrieben wird. Das Mundstück 28 führt den
Treiber 24, so dass er auf ein Befestigungselement schlägt, das über ein
Befestigungselementmagazin 30 in das Mundstück geliefert worden
war.
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In
dem Mundstück 28 ist
ein Werkstückkontaktelement 32 enthalten,
das über
ein Gestänge oder
einen oberen Finger 34 mit einer hin- und hergehenden Ventilhülse 36 verbunden
ist, von der ein oberes Ende teilweise die Brennkammer 18 definiert. Durch
Niederdrücken
des Werkzeuggehäuses 12 gegen
das Werkstückkontaktelement 32 in
Abwärtsrichtung,
wie in 1 zu sehen (wie in der Technik bekannt ist, kommen
auch andere Betätigungsausrichtungen
in Betracht), wird bewirkt, dass sich das Werkstückkontaktelement aus einer
Ruhestellung in eine Abschussstellung bewegt. Diese Bewegung überwindet
die durch eine (in 1 verdeckt gezeigte) Feder 38 verursachte
normalerweise nach unten vorgespannte Ausrichtung des Werkstückkontaktelements 32.
Es kommt in Betracht, dass die Position der Feder 38 variieren
kann, um der Anwendung gerecht zu werden, und weiter von dem Mundstück 28 entfernt
liegende Positionen kommen auch in Betracht.
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Durch
das Gestänge 34 ist
das Werkstückkontaktelement 32 mit
der Ventilhülse 36 verbunden und
bewegt sich mit ihr hin und her. In der Ruhestellung (2)
ist die Brennkammer 18 nicht verschlossen, da ein ringförmiger Spalt 40 die
Ventilhülse 36 und
einen Zylinderkopf 42 trennt und einen Kammerschalter 44 und
eine Zündkerze 46 aufnimmt.
Insbesondere befindet sich ein oberer Spalt 40U in der Nähe des Zylinderkopfs 42 und
ein unterer Spalt 40L in der Nähe des oberen Endes des Zylinders 20.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
des vorliegenden Werkzeugs 10 ist der Zylinderkopf 42 auch
die Montagestelle für
ein Kühlgebläse 48 und
einen Gebläsemotor 40,
der das Kühlgebläse antreibt.
Das Gebläse und
mindestens ein Teil des Motors erstrecken sich in die Brennkammer 18,
wie in der Technik bekannt ist und in den oben angeführten Patentschriften
beschrieben wird. In der in 2 dargestellten
Ruhestellung ist das Werkzeug 10 gegen ein Abschießen gesperrt,
weil die Brennkammer 18 oben nicht mit dem Zylinderkopf 42 verschlossen
ist und der Kammerschalter 44 geöffnet ist.
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Ein
Abschießen
wird ermöglicht,
wenn ein Bediener das Werkstückkontaktelement 32 gegen ein
Werkstück
drückt.
Dieser Vorgang überwindet
die Vorspannkraft der Feder 38, bewirkt, dass sich die Ventilhülse 36 bezüglich des
Gehäuses 12 nach oben
bewegt, die Spalte 40U und 40L geschlossen werden
und die Brennkammer 18 verschlossen wird, bis der Kammerschalter 44 aktiviert
wird. Des Weiteren wird durch diesen Vorgang auch die Abgabe einer
dosierten Brennstoffmenge aus dem (fragmentarisch gezeigten Kanister 50)
in die Brennkammer 18 eingeleitet.
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Bei
Durchdrücken
des Abzugs 26 wird die Zündkerze 46 erregt
und zündet
das Brennstoff- und Luftgemisch in der Brennkammer 18 und
sendet den Kolben 22 und den Treiber 24 nach unten
zu dem wartenden Befestigungselement zum Eintritt in das Werkstück. Wenn
sich der Kolben 22 im Zylinder nach unten bewegt, schiebt
er einen Luftstrom, der durch mindestens ein Zungen- oder Rückschlagventil 52 und
mindestens ein hinter der Kolbenverschiebung angeordnetes Lüftungsloch 53 (2)
abgelassen wird. Am unteren Ende des Kolbenhubs oder am maximalen
Kolbenhubweg trifft der Kolben 22 auf einen elastischen
Puffer 54, wie in der Technik bekannt ist. Wenn sich der
Kolben 22 hinter dem Auslassrückschlagventil 52 befindet,
werden Hochdruckgase aus dem Zylinder 20 entlüftet, bis
Naheatmosphärendruckbedingungen
erhalten werden und sich das Rückschlagventil 52 schließt. Aufgrund
der inneren Druckdifferenzen im Zylinder 20 wird der Kolben 22 in
die in 2 gezeigte Vorabschussstellung zurückgeführt.
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Wie
oben beschrieben, ist eines der Probleme, mit denen sich die Konstrukteure
von brennkraftbetriebenen Werkzeugen dieser Art befassen, das Erfordernis
einer schnellen Rückführung des
Kolbens 22 in die Vorabschussstellung und einer verbesserten
Steuerung der Kammer 18 vor dem nächsten Zyklus. Dieses Erfordernis
ist besonders kritisch, wenn das Werkzeug in einem Wiederholungszyklusmodus
abgeschossen werden soll, in dem es jedes Mal zu einer Zündung kommt,
wenn das Werkstückkontaktelement 32 zurückgezogen
wird, wobei während
dieser Zeit der Abzug 26 fortgesetzt in der durchgezogenen
oder gedrückten
Position gehalten wird.
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Nunmehr
auf die 2–4 Bezug
nehmend, enthält
das vorliegende Werkzeug 10 zur Berücksichtigung dieser Konstruktionsprobleme
eine Sperrvorrichtung, die allgemein mit 60 bezeichnet wird
und dazu konfiguriert ist, das Hin- und Hergehen der Ventilhülse 36 aus
der geschlossenen oder Abschussstellung so lange zu verhindern,
bis der Kolben 22 in die Vorabschussstellung zurückkehrt.
Diese Halte-, Verzögerungs-
oder Sperrfunktion der Sperrvorrichtung 60 wirkt über eine
bestimmte Zeitdauer, die der Kolben 22 braucht, um in die
Vorabschussstellung zurückzukehren.
Somit kann der das Werkzeug 10 in einem Wiederholungszyklusmodus verwendende
Bediener das Werkzeug von dem Werkstück, in das gerade ein Befestigungselement getrieben
wurde, abheben und damit beginnen, das Werkzeug für den nächsten Abschusszyklus
neu zu positionieren. Aufgrund der kürzeren Abschusszykluszeiten,
die mit dem Wiederholungszyklusmodus einhergehen, gewährleistet
die Sperrvorrichtung 60, dass die Brennkammer 18 verschlossen
bleibt und die Differenzgasdrücke
aufrechterhalten werden, so dass der Kolben 22 vor einem
verfrühten Öffnen der Kammer 18,
was normalerweise die Kolbenrückführung unterbrechen
würde,
zurückgeführt wird.
Bei der vorliegenden Sperrvorrichtung 60 kann es zu der Rückführung des
Kolbens 22 und dem anschließenden Öffnen der Brennkammer 18 kommen,
während das
Werkzeug 10 zur nächsten
Werkstückposition bewegt
wird.
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Insbesondere
und unter Bezugnahme auf die 2–4,
enthält
die Sperrvorrichtung 60 einen Elektromagneten 62,
der dazu konfiguriert ist, einen Gleitnocken oder ein Gleitrastverriegelungsglied 64,
der bzw. das sich bezüglich
der Ventilhülse 36 hin-
und herbewegt, um die Bewegung der Ventilhülse 36 für eine bestimmte
Zeitdauer zu verhindern, in Eingriff zu nehmen. Diese Zeitdauer
wird durch einen Steuerkreis oder ein Steuerprogramm 66 (1)
gesteuert, der bzw. das in einer zentralen Verarbeitungseinheit
oder in einem Steuermodul 67 (verdeckt gezeigt), die bzw.
das in der Regel in einem Griffteil 68 (1)
des Gehäuses 12 untergebracht
ist, enthalten ist. Obgleich auch andere Ausrichtungen in Betracht
kommen, ist der Elektromagnet 62 bei der bevorzugten Ausführungsform
mit dem Gleitrastverriegelungsglied 64 verbunden, so dass
die Achse der Spule des Elektromagneten und des Rastverriegelungsglieds
quer zur Antriebsbewegung des Werkzeugs 10 verläuft. Die
Sperrvorrichtung 60 ist in Wirkbeziehung zu einem oberen
Teil 70 des Zylinders 20 angebracht, so dass sich
Gleitschenkel oder -nocken 72 des Rastverriegelungsglieds 64 mit
abgewinkelten Enden 74 durch Öffnungen 76 in einer
Halterung 78 und dem Gehäuse 12 erstrecken
und so in eine Aussparung oder Schulter 80 in der Ventilhülse 36 eingreifen,
nachdem sie die Abschussstellung erreicht hat. Wie in 4 zu
sehen, wird das Rastverriegelungsglied 64 durch eine Feder 82 in
die verriegelte Position vorgespannt und durch den Elektromagneten 62 für eine bestimmte
Zeitdauer festgehalten.
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Für den ordnungsgemäßen Betrieb
der Sperrvorrichtung 60 ist das Steuerprogramm 66 so konfiguriert,
dass der Elektromagnet 62 für die ordnungsgemäße Zeitdauer
erregt wird, um dem Kolben 22 zu gestatten, im Anschluss
an das Abschießen
in die Vorabschussstellung zurückzukehren.
Wenn der Bediener das Werkzeug 10 gegen das Werkstück drückt und
die Brennkammer 18 verschlossen ist, wird das Rastverriegelungsglied 64 gegen
eine Verschleißplatte 83 (4)
vorgespannt und streckt die Schenkel 72 aus. Wenn insbesondere
das durch eine Betriebsfolge von (nicht gezeigten) Schaltern ausgelöste Steuerprogramm 66 anzeigt,
dass die Bedingungen zufriedenstellend sind, um einen Funken an die
Brennkammer 18 zu liefern, wird der Elektromagnet 62 durch
das Steuerprogramm 66 für
ungefähr 100
ms erregt. Während
dieses Vorgangs wird das Rastverriegelungsglied 64 in Position
gehalten, wodurch ein Öffnen
der Kammer 18 verhindert wird. Die Erregungszeitdauer des
Elektromagneten 62 würde so
sein, dass genügend
Verweilzeit bereitgestellt wird, um alle Betriebsbedingungen für eine vollständige Rückkehr des
Kolbens zu erfüllen.
Diese Zeitdauer kann zur Entsprechung der Anwendung variieren.
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Das
Steuerprogramm 66 ist so konfiguriert, dass nach Rückkehr des
Kolbens 22 in die Vorabschussstellung der Elektromagnet 62 entregt
wird, wodurch die in Querrichtung ausgerichtete Kraft auf die Schenkel 72 reduziert
wird. Wenn der Benutzer das Werkzeug 10 von dem Werkstück abhebt
und nach einer zeitgesteuerten Entregung des Elektromagneten 62 überwindet
die Feder 38 die Kraft der Feder 82 und jegliche
Restkraft des Elektromagneten 62 und verursacht, dass sich
die Ventilhülse 36 in
die Ruhe- oder ausgezogene Stellung bewegt, wodurch die Brennkammer 18 und
die Spalte 40U, 40L geöffnet werden. Diese Bewegung
wird durch die mit Nocken versehenen Flächen 74 der Schenkel 72 erleichtert
und zieht die Schenkel ein, wenn sich die Ventilhülse 36 öffnet. Wie
bekannt ist, muss die Ventilhülse 36 nach
unten von dem Gebläse 48 weg
bewegt werden, um die Kammer 18 zum Austausch von Gasen
in der Brennkammer und zur Vorbereitung der nächsten Verbrennung zu öffnen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
umschließt
eine Abdeckung 86 die Feder 82, das Rastverriegelungsglied 64 und
den Elektromagneten 62 und befestigt diese Objekte an der
Halterung durch die Verwendung von Ösen 88 und geeigneten
Gewindebefestigungselementen, Niete oder andere in der Technik bekannte
(nicht gezeigte) Befestigungselemente. Obgleich in den 1–4 der
Elektromagnet 62 an einem Vorderteil des Gehäuses 12 gezeigt
wird, kommt auch in Betracht, dass er wie gewünscht an anderer Stelle am
Werkzeug 10 oder in dem Gehäuse 12 angeordnet
werden kann.
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Nunmehr
auf 5 Bezug nehmend, wird eine alternative Ausführungsform
der Sperrvorrichtung 60 mit 90 bezeichnet. Gemeinsame
Komponenten der Vorrichtungen 60 und 90 werden
mit identischen Bezugszahlen bezeichnet. Der Hauptunterschied zwischen
den Vorrichtungen besteht darin, dass das Rastverriegelungsglied 64 durch
ein schwenkendes Rastverriegelungselement 92 mit einer
Nase 94 ersetzt wird, die eine Aussparung 96 in der
Ventilhülse 36 in
Eingriff nimmt, nachdem sie die geschlossene Position erreicht hat.
Das Rastverriegelungselement 92 ist um eine Achse 98,
wie zum Beispiel einen an dem Zylinder 20 oder an anderer Stelle
am Werkzeug 10 befestigten Zapfen, schwenkbar. Die Achse 98 verläuft allgemein
quer zur Hin- und Herbewegungsrichtung der Ventilhülse 36.
Ein sich hin- und herbewegender Anker 100 eines Elektromagneten 102 ist
dem Rastverriegelungselement 92 zugeordnet, um die Nase
bei Erregung des Elektromagneten in Eingriff zu drücken. Der
Anker 100 ist vorzugsweise mit einer Feder 104 zur
Vorspannung des Rastverriegelungselements 92 gegen die
Ventilhülse 36,
so dass die Nase 94 in die Aussparung 96 fallen
kann, versehen. Die Ventilhülse 36 kann
bei zeitgesteuerter Entregung des Elektromagneten 102 in
die Ruhestellung zurückkehren,
um die Brennkammer 18 zu öffnen. Ein Zurückziehen
des Ankers 100 bewirkt, dass die Feder 38 die
Ventilhülse 36 nach unten
zieht, wodurch sich die geneigte Oberseite der Nase 94 nach
unten bewegt und das Rastverriegelungselement 92 außer Eingriff
mit der Aussparung 96 gedrückt wird.
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Nunmehr
auf die 6 und 7 Bezug nehmend,
wird eine andere alternative Ausführungsform der Sperrverzögerungsvorrichtung 60 allgemein mit 120 bezeichnet.
Diese Ausführungsform
fällt nicht in
den Schutzbereich der Ansprüche.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Komponenten des Werkzeugs 10, die identisch sind,
mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet worden. Der Hauptunterschied
zwischen der Vorrichtung 120 und Sperrvorrichtung 60 besteht darin,
dass statt des Elektromagneten 62, des Rastverriegelungsglieds 64,
der Feder 82 und der Abdeckung 86 mindestens ein
allgemein mit 122 bezeichnetes Dämpfungsglied vorgesehen ist.
Im Allgemeinen handelt es sich bei dem Dämpfungsglied 122 um eine
mechanische Vorrichtung, die zum Dämpfen oder Verzögern der
Bewegung zwischen zwei Punkten verwendet wird. In diesem Fall sind
die beiden Punkte die Ventilhülse 36 und
der Zylinderkopf 42. Obgleich nur ein Dämpfungsglied 122 dargestellt
ist, wird vorgesehen, dass die Anzahl und verschiedenartige Positionierung
zusätzlicher
Dämpfungsglieder von
der Anwendung abhängt.
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Das
Dämpfungsglied 122 weist
zwei Enden auf, die jeweils entweder an der Ventilhülse 36 oder an
einer festgelegten Stelle, die der Energiequelle 14 zugeordnet
ist, befestigt werden können.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
befindet sich die festgelegte Stelle am Zylinderkopf 42.
Abgesehen von dem Zylinderkopf 42 kommen auch andere Teile
der Energiequelle 14, die sich während Verbrennungszyklen bezüglich der
Ventilhülse 36 nicht
bewegen, als die festgelegte Stelle in Betracht. Ein erstes oder
Stangenende 124 kann an einer Zapfenstelle 126 an
der Ventilhülse 36 befestigt
werden und enthält
ein Kolbenende 128 und einen Kolben 130.
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Wie
in der Technik bekannt ist, verwendet das Dämpfungsglied 122 eine
verschiebbare Dichtung zwischen einem Kolben und einem Zylinder, Druckluftwirkung
oder ein viskoses fluidförmiges
Material, um die Verzögerungs-
oder Dämpfungsbewegung
zu gewährleisten.
Ein zweites Ende 132 des Dämpfungsglieds 122 kann
an einer Montagestelle 134 an dem Zylinderkopf 42 befestigt
werden und bildet einen Zylinder mit einem offenen Ende 136,
der zur Gleitaufnahme des Kolbens 130 dimensioniert ist.
Mindestens eine Lüftungsöffnung oder
ein Lüftungsloch 138 ist
so am Zylinder 132 positioniert, dass sie bzw. es der Position
der Ventilhülse 36 in dem
Kontaktbereich mit einer Dichtung 139 am Zylinderkopf 42 vor
der Vorabschussstellung (in 7 gezeigt)
entspricht. Auf diese Weise gewährleistet
das Dämpfungsglied 122 nur
dann eine Verzögerungsfunktion,
wenn der Kolben 130 über
dem Lüftungsloch 138 angeordnet
ist. Das vorliegende Dämpfungsglied
enthält
ein Rückschlagventil 140,
damit Luft im Dämpfungsgliedzylinder 132 ausgetrieben werden
kann, wenn das Werkzeug 10 gegen das Werkstück gedrückt wird.
Dadurch wird eine zusätzliche
Belastung des Benutzers oder zusätzliche
Rückkopplung
an ihn verhindert.
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Im
Betrieb der in den 6 und 7 gezeigten
Ausführungsform
ist bei Verbrennung die Dämpfungsgliedwirkung,
in diesem Fall die Erzeugung von Vakuum, zwischen dem Kolben 130 und dem
Zylinder 132 derart, dass das Öffnen der Brennkammer 18 für eine Zeitdauer
verzögert
wird, die es dem Kolben 22 gestattet, die oberste oder
Vorabschussstellung zu erreichen. Nachdem der Bediener das Werkzeug 10 von
dem Werkstück
abgehoben hat, beginnt die Ventilhülse 36 damit, sich
von dem Zylinderkopf 42 weg zu bewegen und wird nur durch das
Dämpfungsglied 122 verzögert. Die
zusätzliche Verzögerungswirkung,
die durch das Dämpfungsglied 122 bereitgestellt
wird, wird beendet oder freigegeben, nachdem der Kolben 22 das
Lüftungsloch 138 passiert
hat.
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Wenn
das Werkzeug 10 von der Werkstückfläche abgehoben ist, gewährleistet
das Dämpfungsglied 122 eine
kontrollierte Freigaberate der Kammer über einen drosselregulierten
Einlass von Rückluft durch
Drossel 142. Vorzugsweise erfolgt dies über den Teil der Bewegung der
Ventilhülse 36,
wenn die Hauptbrennkammerdichtungen 138 wirken. An der Stelle,
an der die Dichtungen 139 durch Bewegung der Ventilhülse 36 von
Sitz abgehoben werden, legt der Dämpfungsgliedkolben 130 das
Lüftungsloch 138 oder
eine Reihe von Löchern
frei, wodurch das Dämpfungsglied
unwirksam wird. Der Rest der Kammerbewegung geht ungehindert weiter.
Dadurch wird die Gesamtrückkehröffnungszeit
der Brennkammer 18 auf ein Minimum reduziert.
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Nunmehr
auf 8 Bezug nehmend, die die Ventilhülse 36 in
der Vorabschussstellung zeigt, wird eine zweite alternative Ausführungsform
der Sperrvorrichtung allgemein mit 150 bezeichnet. Gemeinsame
Komponenten der Ausführungsformen
nach den 1–7 werden
mit identischen Bezugszahlen bezeichnet. Eine Hauptunterscheidung
der Ausführungsform 150 besteht
darin, dass die Verzögerung
des Öffnens
der Ventilhülse 36 während des Verbrennungszyklus
durch eine elektromagnetische Vorrichtung 152 erhalten
wird, die an einer festgelegten Stelle an der Energiequelle 14,
vorzugsweise am Zylinderkopf 42, angebracht ist, es kommen
aber auch andere Stellen in Betracht. Es ist zu sehen, dass die
elektromechanische Vorrichtung 152 entlang einer parallel
zur Hin- und Herbewegungsrichtung des Kolbens 22 und der
Ventilhülse 36 verlaufenden
Achse wirkt. Wie bei der elektromechanischen Vorrichtung 62 ist
die Vorrichtung 152 mit dem Steuerprogramm 66 und
der CPU 67 verbunden. Die elektromechanische Vorrichtung 152 hängt von
dem Zylinderkopf 42 ab, so dass sich ein Kontaktende 154 in
Wirkbeziehung zur Ventilhülse 36 befindet.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Ventilhülse 36 mit
mindestens einer radial vorragenden Kontaktausbildung 156 versehen,
die so ausgeführt
und angeordnet ist, dass sie mit dem Kontaktende 154 der
Vorrichtung 152 in Deckung liegt. Obgleich bei der bevorzugten
Version dieser Ausführungsform
die Kontaktausbildung 156 als eine Platte geformt ist,
können
die Anzahl, die Form und die Positionierung der Kontaktausbildung
zur Entsprechung der Anwendung variieren, solange es zwischen der elektromechanischen
Vorrichtung 152 und der Ausbildung 156 zu einer
ausreichenden magnetischen Anziehung kommt, wenn die Ventilhülse 36 die
geschlossene oder Vorabschussstellung (3) erreicht.
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Bei
Erreichen der Vorabschussstellung erzeugt die Erregung der elektromechanischen
Vorrichtung 152 eine ausreichende Magnetkraft, um die Kontaktplatte 156 und über die
Verbindung die Ventilhülse 36 gegen
eine Hin- und Herbewegung
für eine
vorbestimmte Zeitdauer (die durch das Steuerprogramm 66 bestimmt
wird), die dazu ausreicht, eine Rückkehr des Kolbens 22 in
die Vorabschussstellung (3) zu gestatten, festzuhalten.
Nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer, die durch das Steuerprogramm 66 gesteuert
wird, wird die elektromechanische Vorrichtung 152 entregt,
wodurch sie die Ventilhülse 36 freigibt,
so dass innere Gase für den
nächsten
Betriebsverbrennungszyklus ausgetauscht werden können, wie oben beschrieben.
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Nunmehr
auf 9 Bezug nehmend, wird noch eine andere alternative
Ausführungsform
der oben beschriebenen Sperrvorrichtungen allgemein mit 160 bezeichnet.
Gemeinsame Komponenten der Ausführungsformen 60, 90, 120 und 150 werden
mit identischen Bezugszahlen bezeichnet. Die Ausführungsform 160 funktioniert
insofern ähnlich
wie die Ausführungsform 150,
als sie eine axiale Haltekraft auf die Ventilhülse 36 ausübt, die
allgemein parallel zur Hin- und Herbewegungsrichtung der Ventilhülse verläuft.
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In 9 ist
die Ventilhülse 36 mit
einem sich allgemein axial erstreckenden Stift 162 versehen,
der aus einem starren, magnetischen Material, wie zum Beispiel widerstandsfähigem Metall,
hergestellt. Eine elektromagnetische Vorrichtung 164 ist
an einer festgelegten Stelle an der Energiequelle 14, vorzugsweise
an dem Zylinderkopf 42, befestigt, jedoch kommen auch andere
Stellen in Betracht, vorausgesetzt, sie bleiben in einer festen
Position bezüglich
der Hin- und Herbewegung
der Ventilhülse 36.
Die elektromagnetische Vorrichtung 164 wird durch das Steuerprogramm 66 gesteuert
und ist in einer röhren- oder hülsenförmigen Ausführung vorgesehen,
die einen länglichen
Durchgang 166 definiert, der zur Passaufnahme des Stifts 162 dimensioniert
ist. wenn die Ventilhülse 36 die
Vorabschussstellung (3) erreicht, erregt das Steuerprogramm 66 die
elektromagnetische Vorrichtung 164, wodurch eine ausreichende Magnetkraft
erzeugt wird, um den Stift 162 zu halten und somit zu verhindern,
dass sich die Ventilhülse 36 hin
und her bewegt. Des Weiteren löst
das Steuerprogramm 66 ein (nicht gezeigtes) Zeitglied aus,
das die Zeitdauer bestimmt, die die Vorrichtung 164 erregt
ist, welche der Zeitdauer entspricht, die zur Rückkehr des Kolbens erforderlich
ist. Somit wird dem Kolben 22 ausreichende Zeit zur Rückkehr in
die Vorabschussstellung vor dem nächsten Verbrennungszyklusereignis
gestattet.
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Nunmehr
auf die 10 und 11 Bezug nehmend,
wird noch eine andere alternative Ausführungsform der oben beschriebenen
Sperrvorrichtungen allgemein mit 170 bezeichnet. Bei dieser
Ausführungsform
ist ein hin- und hergehender Elektromagnet 172 unter der
Steuerung des Steuerprogramms 66 und der CPU 67 in
dem Gehäuse 12 so
ausgerichtet, dass im Betrieb eine Achse der Hin- und Herbewegung
allgemein parallel zur Bewegung der Ventilhülse 36 verläuft. Ein
Wirk- oder freies Ende 174 des Elektromagneten 172 ist
in etwa L-förmig
konfiguriert und weist einen länglichen
Schlitz 176 auf, der mit einem Querstift 178 in
einem rotierenden Nocken 180 in Eingriff gelangt. Der Stift 178 befindet
sich an einem Ende 182 des Nockens 180, und eine
Schwenkachse oder ein Stift 184 ist an einem gegenüberliegenden
Ende 186 positioniert. Ein Nockenlappen 188 ist
an dem gegenüberliegenden
Ende 186 gebildet und ist zum Eingriff mit einem unteren
Ende 190 der Ventilhülse 36 konfiguriert.
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Eine
Vorspannvorrichtung 192, wie zum Beispiel eine Rückstellfeder,
befindet sich an dem Elektromagneten 172, um ihn bei Entregung
in eine Ruhe- oder entriegelte Position, die in 10 gezeigt wird,
zurückzuführen. Die
Feder 192 wird durch einen ringförmigen, radial vorragenden
Flansch 196 an dem Hauptschaft 194 des Elektromagneten 172 festgehalten.
Wie in 10 zu sehen, hält die Wirkung der
Feder 192 den Verriegelungslappen 188 von der Ventilhülse 36 weg,
solange der Elektromagnet 172 entregt ist, wodurch eine
freie Hin- und Herbewegung gestattet wird, wie sie bei der Verbrennung
auftritt.
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Nunmehr
auf 11 Bezug nehmend, erregt der Steuerkreis 66 den
Elektromagneten 172, sobald die Ventilhülse 36 die geschlossene
oder Vorabschussstellung erreicht hat und Bedingungen zur Verbrennung
erfüllt
sind (3), um den Hauptschaft 194 zurückzuziehen
und die durch die Feder 192 erzeugte Kraft zu überwinden.
Die sich ergebende lineare Bewegung des Schafts 194 wirkt
auf das Ende 182 des Nockens 180, wodurch der
Verriegelungslappen 188 in eine Eingriffsposition mit dem
unteren Ende 190 der Ventilhülse 36 gedreht wird.
Während dieser
Drehung bewegt sich der Querstift 178 in dem Schlitz 176.
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Wie
bei den anderen oben beschriebenen Systemen der Fall ist, wird die
Zeitsteuerung der Erregung des Elektromagneten 172 so festgelegt,
dass sie zum Erreichen der Rückkehr
des Kolbens 22 in die Vorabschussstellung nach der Verbrennung
ausreicht. Nach Beendigung der voreingestellten Erregungsdauer wird
der Elektromagnet 172 entregt und die Kraft der Feder 192 bewirkt
eine Bewegung des Verriegelungsnockens 188 von der Ventilhülse 36 weg.
Somit wird das Öffnen
der Brennkammer 18 zum Spülen von Abgas gestattet.
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Nunmehr
auf die 12 und 13 Bezug nehmend,
wird eine andere Ausführungsform
der Sperrvorrichtung 170 allgemein mit 200 bezeichnet. Gemeinsame
Komponenten mit der Sperrvorrichtung 170 werden mit identischen Bezugszahlen
bezeichnet. Im Wesentlichen unterscheidet sich der Mechanismus 200 von
dem Mechanismus 170 dadurch, dass er in dem Werkzeuggehäuse 12 so
ausgerichtet ist, dass die Hin- und Herbewegungsachse eines Hauptschafts 202 des
Elektromagneten allgemein normal oder senkrecht zur Hin- und Herbewegungsachse
der Ventilhülse 36 ausgerichtet
ist. Der Hauptschaft 202 des Elektromagneten unterscheidet
sich von dem Hauptschaft 194 in der Positionierung der Rückstellfeder 192 und
eines radial vorragenden Flansches 204 an einem Ende 206 des
Hauptschafts gegenüber
einem in etwa L-förmigen
Ende 208. Des Weiteren befinden sich die Feder 192 und
der Flansch 204 an einem gegenüberliegenden Ende eines Elektromagneteinheit 210 bezüglich der
entsprechenden Struktur am Mechanismus 170. Ein Schlitz 212 in
dem in etwa L-förmigen
Ende 208 verläuft
winkelförmig
bezüglich
der Hin- und Herbewegungsachse des Hauptschafts 220 und
gelangt mit dem Querstift 178 des rotierenden Nockens 180 in
Eingriff.
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Wenn
der Elektromagnet 210 entregt ist, drückt die Rückstellfeder 192 den
ringförmigen Flansch 204 von
der Ventilhülse 36 weg,
wodurch eine freie Bewegung der Ventilhülse bis zum Verbrennungszeitpunkt
gestattet wird. Nunmehr auf 13 Bezug
nehmend, erregt der Steuerkreis 66 den Elektromagneten 210,
nachdem die Ventilhülse 36 ihre
oberste Position (3) erreicht hat und Bedingungen
zur Verbrennung erfüllt
sind, wodurch die Vorspannkraft der Rückstellfeder 192 überwunden wird,
der Hauptschaft 202 so zur Ventilhülse 36 bewegt wird
und bewirkt, dass sich der Querstift 178 in dem Schlitz 212 bewegt,
so dass sich der rotierende Nocken 180 in Verriegelungseingriff
mit dem unteren Ende 190 der Ventilhülse 36 bewegt. Diese
Position wird genauso wie bei dem Mechanismus 170 durch den
Steuerkreis 66 für
eine bestimmte Zeitdauer aufrechterhalten, bis sich der Kolben 22 in
der Vorabschussstellung befindet.
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Obgleich
eine bestimmte Ausführungsform der
vorliegenden Kammersteuerung für
ein brennkraftbetriebenes Werkzeug zum Eintreiben von Befestigungselementen
beschrieben worden ist, liegt für
den Fachmann auf der Hand, dass hieran Änderungen und Modifikationen
ausgeführt
werden können,
ohne von der in den folgenden Ansprüchen dargelegten Erfindung
abzuweichen.