DE68906348T2

DE68906348T2 - Schwungrad fuer ein elektromechanisches eintreibwerkzeug fuer befestigungsmittel.

Info

Publication number: DE68906348T2
Application number: DE8989309688T
Authority: DE
Inventors: Robert B Houck; Arnold L Mcguffey
Original assignee: Sencorp
Current assignee: Sencorp
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2009-09-23
Also published as: DK509689D0; DE68906348D1; EP0364122B1; DK509689A; NO894107D0; BR8904975A; ZA896175B; AU4160689A; KR900006083A; NO894107L; US4854492A; IL91223A0; FI894133A; AU612898B2; EP0364122A1; FI894133A0; JPH02145270A; ATE88941T1

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Schwungrad für einen elektromechanischen Antrieb eines Befestigungswerkzeuges, insbesondere ein Schwungrad, das in seiner peripheren Arbeitsfläche eine oder mehrere Rillen aufweist, die sich sowohl um den Umfang der Arbeitsfläche als auch von einer Seite der Arbeitsfläche zur anderen erstrecken, um das Ansammeln von Fremdkörpern an der Kontaktfläche des Antriebsschwungrades zu verhindern, weil dieses Fremdmaterial einen Reibungsverlust zwischen den Kontaktflächen verursacht.
Angetriebene Befestigungswerkzeuge sind Fachleuten gut bekannt und werden häufig eingesetzt, weil der Antrieb die Befestigungswerkzeuge schneller macht und präziser arbeiten läßt, als dies manuell erreicht werden kann. Am weitesten verbreitet sind durch Druckluft angetriebene Nagel- und Heftwerkzeuge, die das Vorhandensein eines ompressors und langer Schläuche voraussetzen.
In der jüngeren Vergangenheit ist das Interesse an elektrisch angetriebenen Nagel- und Heftwerkzeuge entstanden, die lediglich eine Quelle für elektrische Energie am Arbeitsplatz voraussetzen. Auf einem Bauplatz ist immer ein Stromanschluß vorhanden. Auch an Einsatzorten des Heimwerkers, für den diese Geräte ebenfalls geeignet sind, ist elektrische Energie ohne Schwierigkeiten einzusetzen.
Der Stand der Technik weist viele Arten elektromechanisch angetriebener Befestigungswerkzeuge auf. In den U.S.- patenten 4 042 036, 4 204 622 und 4 323 127 werden elektrisch angetriebene Schlagwerkzeuge beschrieben, bei denen der Stößel mit Hilfe von zwei in Gegenrichtung zueinander rotierenden Schwungrädern mittels Reibung durch einen Arbeitshub bewegt wird. Dabei ist jedes Schwungrad mit einem eigenen Elektromotor ausgerüstet. Auch im U.S.-Patent 4 121 745 wird ein elektrisches Schlagwerkzeug beschrieben, bei dem in Gegenrichtung zueinander rotierende Schwungräder eingesetzt werden, um den Stößel mittels Reibung durch seinen Arbeitshub zu bewegen. Bei dieser Veröffentlichung wird jedoch ein Schwungrad von einem Elektromotor direkt angetrieben, während das zweite Schwungrad über Riemenscheiben und einen Riemen aus elastischem Polymer, Getriebemittel oder dergleichen von demselben Elektromotor angetrieben wird.
In den U.S.-Patenten 4 189 080 und 4 298 072 werden elektromechanisch angetriebene Befestigungswerkzeuge beschrieben, bei denen der Stößel mit Hilfe eines einzigen rotierenden Hochgeschwindigkeitsschwungrades durch einen Arbeitshub bewegt wird. Der Stößel ist zwischen dem einzigen Schwungrad und einem Halterungselement und mit beiden im Angriff vorgesehen. Die bevorzugte Form eines Halterungselementes umfaßt eine Rolle niedriger Masse. Aus diesen Veröffentlichungen geht hervor, daß andere Halterungselemente, z.B. ein Linearlager oder ein Teflonblock, den gleichen Zweck erfüllen können.
Elektromechanische Werkzeuge der hier beschriebenen allgemeinen Art können zum Einschlagen von Nägeln, Heftklammern oder anderer Befestigungsmittel verwendet werden. Zur Darstellung der vorliegenden Erfindung wird als Beispiel ein elektromechanisches Nagelwerkzeug beschrieben. Für Fachleute ist jedoch ersichtlich, daß die Lehre der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf elektromechanisch angetriebene Heftwerkzeuge anzuwenden ist.
Allen elektromechanischen Befestigungswerkzeugen, die die Erfindung betrifft, ist ein Problem gemeinsam, und zwar ist es das Problem des Ansammelns von Fremdmaterial am Stößel und der Übertragung dieses Fremdmaterials vom Stößel auf das Schwungrad oder die Schwungräder. Letzten Endes ist ein guter Antrieb nicht mehr möglich, weil die Reibung zwischen dem Stößel und dem Schwungrad oder den Schwungrädern verlorengeht.
So ist es z.B. üblich, Nägel im Werkzeugmagazin parallel zueinander und im Abstand voneinander anzuordnen und sie in dieser Lage mit Hilfe von Streifen zu haltern, die mit einem thermoplastischen, bei Hitze schmelzenden Klebstoff beschichtet sind. Weiter ist es allgemein üblich, zumindest den zuerst einzuschlagenden Abschnitt jedes Nagelschaftes mit einer Beschichtung auf Harzbasis oder dergleichen zu beschichten, um das Eindringen des Nagels in das Werkstück zu erleichtern und die Nagelhalterung zu verbessern, nachdem er eingeschlagen wurde.
Da der Stößel mittels Reibungsangriff an mindestens einem Schwungrad durch seinen Arbeitshub bewegt wird, wird der Stößel bei der Benutzung des Werkzeuges häufig heiß werden. Tatsächlich wird der Stößel heiß genug, um den Heißschmelzklebstoff oder die Nagelbeschichtung oder beides zu schmelzen. Da der Stößel sich zwischen den Schwungrädern (oder dem Schwungrad und einem Stützelement) unter einer Quetschkraft bewegt, sammelt sich das geschmolzene Material vor der Kontaktfläche Stößel/Schwungrad, bis eine Gleit- oder Rutschwirkung eintritt und der Kontakt zwischen Stößel und Schwungrad soweit reduziert ist, daß Reibung und damit die Antriebskraft verlorengeht.
Ein Stößel für ein Werkzeug der Art, für die die Erfindung vorgesehen ist, enthält im allgemeinen ein längliches, klingenähnliches Element, das parallele, ebene, verhältnismäßig breite vordere und hintere Arbeitsflächen mit schmalen Rändern aufweist. Am Beginn einer oder beider Arbeitsflächen des Stößels kann eine konische Verjüngung oder Abschrägung vorgesehen sein. Die Arbeitsflächen sind mit den in Gegenrichtung zueinander rotierenden Schwungrädern oder mit dem einzigen Schwungrad und den Stützelementen im Angriff. Gelangen die Arbeitsflächen des klingenähnlichen Stößels mit den Schwungrädern und dem Schwungrad und den Stützelementen in Angriff, so kann die auf den Stößel nach unten wirkende Kraft (FD) wie folgt angegeben werden:
FD = XN (u cos²θ-SINθCOSθ)
Wobei N die auf die Arbeitsflächen des Stößels wirkende Quetschkraft ist, u der Reibungskoeffizient, X die Anzahl der Schwungräder (1 oder 2) und θ der Winkel der konischen Einführungsschrägen am Stößel ist.
Aus der oben angegebenen Formel geht hervor, daß, wenn für eine Senkrechtkraft N der Wert von u kleiner wird, der Wert von N sich vergrößern muß, um die gleiche nach unten wirkende Kraft (FD) zu erhalten. Weiterhin ist ersichtlich, daß die Quetschkraft N nur innerhalb vernünftiger Grenzen angewendet werden kann, wenn nicht eine Verformung des Stößels und andere Probleme auftreten sollen. Daraus folgt, daß, wenn der Reibungsverlust so groß ist, daß die Antriebskraft unter eine akzeptable Grenze fällt, es im allgemeinen nötig ist, das Werkzeug auseinanderzunehmen und den Stößel sowie die Schwungräder oder das Schwungrad und die Stützelemente zu reinigen. Das Ansammeln von Fremdmaterial kann ebenfalls zu einer stärkeren Abnutzung der Arbeitsflächen des Stößels und der Schwungräder bzw. des Schwungrades und der Stützelemente führen.
In dem U.S.-Patent 4 519 535 wird insbesondere dieses Problem angesprochen. Aus diesem Grunde sind seine Lehren als Bezug in diese Schrift eingearbeitet. Zusammengefaßt beschreibt diese Veröffentlichung, daß, wenn das Schwungrad mit Umfangsrillen versehen ist (oder bei Einsatz zweier Schwungräder beide mit Umfangsrillen versehen sind), ein Ansammeln von Fremdmaterial, das zum Reibungsverlust zwischen dem Schwungrad oder den -rädern und dem Stößel führt, auf ein Minimum reduziert wird. Die Rillen verlaufen parallel zu den parallel angeordneten Rändern der Arbeitsfläche des Schwungrades. Die Rillen sind in einer solchen Weise angeordnet, daß die optimale Gesamtkontaktfläche zwischen Schwungrad oder -rädern und dem Stößel aufrechterhalten bleibt. Die Rillen bilden Hohlräume entlang der Kontaktlinie Stößel/Schwungrad, in die das Fremdmaterial im allgemeinen hineinfließt. Dadurch wird ein guter Reibungsangriff des Stößels an das Schwungrad oder die -räder bei jedem Arbeitshub für eine weitaus längere Zeitspanne erreicht. Auch die Lebensdauer des Schwungrades oder der -räder und insbesondere des Stößels wird in großem Maße verlängert, weil die Abnutzung dieser Teile minimiert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung der Lehren des obengenannten U.S.-Patentes 4 519 535 dar. Obgleich nach der Lehre dieses Patentes ausgezeichnete Ergebnisse erreicht werden, hat sich herausgestellt, daß noch bessere Resultate erreicht werden, wenn eine oder mehrere Rillen, die in der Umfangsarbeitsfläche des Schwungrades (oder der Arbeitsflächen der Schwungräder) angeordnet sind, sich nicht nur in Umfangsrichtung erstrecken, sondern gleichzeitig in Querrichtung über die Umfangsfläche des Schwungrades (oder der Schwungräder). Mit anderen Worten, die nach dieser Erfindung vorgesehenen Rillen verlaufen schräg gegenüber den parallelen Rändern der Schwungradarbeitsfläche, in der sie angeordnet sind, wie aus dem nachfolgenden Text hervorgehen wird.
Es hat sich herausgestellt, daß die spiralförmigen oder im wesentlichen spiralförmigen Rillen nach der vorliegenden Erfindung eine Quetsch- und Wischfunktion ausüben, die die Arbeitsflächen des Stößels und des Schwungrades oder der -räder über eine längere Zeit sauberer hält.
Es ist festgestellt worden, daß nach einer sehr großen Zahl von Arbeitshüben die Umfangsrillen, die sich nach U.S.-Patent 4 519 535 parallel zu den Rändern der peripheren Arbeitsfläche des Schwungrades befinden, im allgemeinen die angrenzende Arbeitsfläche des Stößels in einer Weise abnutzen, daß am Stößel an der Stelle der Schwungradrillen Längsriefen entstehen. Diese Riefen stellen Bereiche der Stößelarbeitsfläche dar, die nicht im mindestens so abgenutzt wurden wie die übrige Arbeitsfläche. Diese Riefen stellen also Bereiche der Stößelarbeitsfläche dar, die für eine allgemein lange Lebensdauer des Stößels nicht beitragen. Sie stellen im Gegenteil Bereiche dar, die keinen Nutzen bringen. Die Rillen nach der vorliegenden Erfindung schaffen dagegen eine einheitlichere Abnutzung der angrenzenden Stößelarbeitsfläche und verlängern damit die Lebensdauer des Stößels.
Nach der Erfindung wird ein verbessertes Schwungrad für ein elektromechanisches Werkzeug, wie z.B. ein Nagel- oder Heftwerkzeug, vorgeschlagen. Das Werkzeug ist so ausgebildet, daß ein Stößel von einem elektrisch angetriebenen Schwungrades mittels Reibung durch seinen Arbeitshub bewegt wird. Der Stößel wird zwischen dem Schwungrad und einem Stützelement (d.h. ein in Gegenrichtung rotierendes Schwungrad, eine Rolle geringer Masse, einen Teflonblock oder dergleichen) eingeklemmt. Nach dieser Erfindung ist das Schwungrad mit einer oder mehreren Rillen in seiner Umfangsarbeitsfläche versehen, wobei zwischen dem Schwungrad und dem Stößel der optimale Kontakt aufrechterhalten wird. Die Rillen im Schwungrad stehen zu den parallelen Rändern der Schwungradarbeitsfläche, in der sie vorgesehen sind, in einem Winkelverhältnis, so daß sie sich gegenüber der peripheren Arbeitsfläche des Schwungrades sowohl in Umfangsrichtung als auch in einer Querrichtung erstrecken. Sind bei dem Werkzeug zwei Schwungräder vorhanden, so sind beide mit den Rillen nach der vorliegenden Erfindung versehen; diese Rillen verlaufen dann in entgegengesetzte Richtungen.
Die Rillen nach der vorliegenden Erfindung schaffen nicht nur Hohlräume entlang der sich bewegenden Kontaktlinie oder -linien zwischen Stößel und Schwungrad, in die Fremdmaterial von Stößel und Schwungrad hineinfließt, sondern ergeben auch eine Quetsch- und Wischwirkung, die die Arbeitsflächen dieser Elemente gründlicher reinigt. Außerdem nutzen die Arbeitsflächen dieser Elemente, insbesondere die des Stößels, gleichmäßiger und gleichförmiger ab und ermöglichen damit einen längeren Arbeitseinsatz des Stößels.
Figur 1 ist eine fragmentarische, schematische Darstellung eines Stößels, eines Schwungrades und eines Stützgliedes in Form einer Rolle geringer Masse nach dem Stand der Technik;
Figur 2 ist eine fragmentarische, schematische Darstellung eines Stößels und zweier in Gegenrichtung rotierender Schwungräder;
Figur 3 ist eine Draufsicht auf ein Schwungrad nach der Erfindung;
Figuren 4 - 11 sind schematische Darstellungen der peripheren Arbeitsfläche eines Schwungrades in abgeflachter Form, die verschiedene Anordnungen darin gebildeter Rillen nach der vorliegenden Erfindung darstellen.
Selbstverständlich ist die Lehre der vorliegenden Erfindung auf jedes elektromechanisch angetriebene Befestigungswerkzeug anwendbar, bei dem der Werkzeugstößel mittels Reibungsangriff an mindestens einem mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Schwungrad durch einen Arbeitshub bewegt wird.
In Figur 1 sind ein Stößel, ein rotierbar angetriebenes Schwungrad sowie Stützmittel in Form einer Rolle geringer Masse dargestellt. Dies ist die allgemeine Anordnung bei elektromechanisch angetriebenen Befestigungswerkzeugen der in den genannten U.S.-Patenten 4 189 080 und 4 298 072 beschriebenen Art.
Ein Stößel 1 umfaßt ein klingenartiges Element mit einer vorderen Arbeitsfläche 2, einer hinteren Arbeitsfläche 3, dünnen Längskanten, von denen eine bei 4 dargestellt ist.
Mit 5 ist ein Schwungrad bezeichnet. Das Schwungrad ist in Richtung eines Pfeiles A über einen elektrischen Motor (nicht dargestellt) rotierbar. Weiter ist in Figur 1 ein Stützelement in Form einer Rolle 6 dargestellt; diese Rolle hat eine geringe Masse. Der Stößel 1 ist in seiner normalen, nicht betätigten, eingezogenen Stellung dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, daß das Schwungrad 5 und die Rolle geringer Masse 6 um einen Abstand voneinander entfernt sind, der größer ist als die Dicke des Stößels 1. Eines oder beide Elemente, das Schwungrad 5 und die Rolle 6, sind aufeinander zu bewegbar in eine Betätigungsposition, in der die Entfernung zwischen beiden geringer ist als die nominelle Dicke des Stößels. Zur beispielhaften Darstellung ist die Rolle 6 als in Richtung des Pfeiles B in eine Betätigungsposition bewegbar dargestellt, und zwar wie durch die gestrichelte Linie 6a angedeutet. Dieses Versetzen der Rolle 6 kann auf jede geeignete Weise vorgenommen werden, beispielsweise durch den Einsatz von Vorrichtungen, die betätigbar mit einer Werkstückkontakt-Sicherheitsvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden sind, wie dies Stand der Technik ist.
Wenn der Stößel 1 in seiner normalen, eingezogenen Stellung ist, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, dann wird er nicht von Schwungrad 5 und Rolle 6 betätigt, auch dann nicht, wenn die Rolle in ihre Betätigungsposition 6a gebracht wird. Der Grund hierfür ist eine Kerbe 7 im Stößel 1, die die Nominaldicke des Stößels 1 reduziert. Die Kerbe 7 ist mit Stößelteil normaler Dicke über eine Einführschräge oder Rampe 8 verbunden.
Bei Betrieb des Werkzeuges nach dem Stand der Technik, wie es als allgemeine Ausführung in Figur 1 dargestellt ist, wird das Schwungrad 5 zu Beginn durch Anlassen des Antriebsmotors (nicht dargestellt) in Richtung des Pfeiles A zur Rotation gebracht. Dies wird über einen elektrischen Schalter bewirkt, der von einem manuellen Auslöser (nicht dargestellt) betätigt wird. Ist der Ansatz (nicht gezeigt) des Werkzeuges auf dem Werkstück an der Stelle, in die der Nagel einzuschlagen ist, bringt die Werkstückkontakt-Sicherheitseinrichtung die Rolle 6 geringer Masse in ihre Stellung 6a und schließt gleichzeitig einen Schalter (nicht gezeigt), wodurch ein nicht dargestellter Elektromagnet erregt wird, der den Stößel 1 nach unten bewegt und in Angriff bringt mit Schwungrad 5 und Rolle 6.
Befindet sich Rolle 6 in Stellung 6a, so ist der Abstand zwischen Rolle und Schwungrad 5 geringer als die Nominaldicke des Stößels 1, wie bereits erwähnt wurde. Damit Rampe 8 und der sich darüber befindliche Abschnitt des Stößels zwischen Rolle 6 und Schwungrad 5 gebracht und mit diesen in Angriff gebracht werden kann, ist entweder Rolle 6 oder Schwungrad 5 so befestigt, daß sie oder es geringfügig nachgibt, so daß der Stößel zwischen beide eingeführt und angetrieben werden kann.
Ist der Nagel oder das Befestigungselement vom Stößel 1 eingetrieben worden, so wird das Werkzeug vom Werkstück abgehoben und das auf das Werkstück ansprechende Sicherheitselement erlaubt es der Rolle 6 in ihre Ruhestellung zurückzukehren. Der Kontakt zwischen Stößel 1, Schwungrad 5 und Rolle 6 wird dann aufgehoben. Es sind Mittel vorgesehen, die eine Rückstellung des freigesetzten Stößels in seine normale, zurückgezogene Stellung nach Figur 1 bewirken.
Figur 2 ist eine vereinfachte, semi-diagrammatische Darstellung eines typischen Werkzeuges nach dem Stand der Technik, bei dem zwei in Gegenrichtung rotierende Schwungräder eingesetzt sind, wie dies in den genannten U.S.- Patenten 4 042 036, 4 204 622, 4 323 127 und 4 121 745 beschrieben ist. Mit 9 ist ein klingenartiger Stößel mit Arbeitsflächen 10 und 11 dargestellt. Der Stößel befindet sich zwischen zwei Schwungrädern, 12 und 13. Jedes der Schwungräder 12 und 13 kann in Richtung von Pfeilen C und D von jeweils eigenen Elektromotoren angetrieben werden, oder es kann eines der beiden Schwungräder 12 bzw. 13 von einem Elektromotor direkt angetrieben werden, während das andere indirekt von demselben Motor angetrieben wird, wie dies weiter oben beschrieben wurde.
Wie in Figur 2 dargestellt, sind die Schwungräder 12 und 13 im normalen, nicht betätigten Zustand in einem Abstand voneinander vorgesehen, der größer ist als die Nominaldicke des Stößels 9. Stößel 9 ist in Figur 2 ebenfalls in nicht betätigter, zurückgezogener Stellung dargestellt. Von den Schwungrädern kann eines oder es können beide so ausgebildet sein, daß es oder sie aufeinander zu versetzbar sind. Als Beispiel ist hier das Schwungrad 13 in Richtung eines Pfeiles E in eine Betätigungsposition versetzbar dargestellt; die Bewegung wird durch eine gestrichelte Linie 13a dargestellt. Befindet sich das Schwungrad 13 in seiner Betätigungsposition 13a, so ist der Abstand zwischen ihm und dem Schwungrad 12 geringer als die nominelle Dicke des Stößels 9. In Arbeitsflächen 10 und 11 des Stößels 9 sind jedoch zwei einander gegenüber angeordnete Kerben, 14 und 15, vorgesehen. Die Kerben 14 und 15 sind mit der entsprechenden Arbeitsfläche 10 bzw. 11 über entgegengesetzt angeordnete Einführschrägen oder Rampen 16 bzw. 17 verbunden.
Der Betrieb der Ausführungsform nach Figur 2 gleicht der anhand der Figur 1 beschriebenen. Mit Hilfe eines geeigneten Schalters, der durch einen (nicht gezeigten) manuellen Auslöser betätigt wird, werden die Motoren oder wird der Motor der Schwungräder 12 und 13 betätigt, was ein Rotieren der Schwungräder in Richtung der Pfeile C und D bewirkt. Dann wird ein Versetzen des Schwungrades 13 in seine Betätigungsposition 13a bewirkt. Dies kann auf jede geeignete Weise bewirkt werden, auch über geeignete Verbindungen, die mit Werkstückkontakt-Sicherheitsanordnungen betätigbar verbunden sind. Dann wird der Stößel 9 über geeignete mechanische Mittel, Elektromagneten oder dergleichen nach unten zwischen Schwungräder 12 und 13 versetzt. Wiederum ist eines der Schwungräder so befestigt, daß es geringfügig nachgibt, um dem rampenartigen Abschnitt 16-17 und den Arbeitsflächenabschnitt 10-11 des Stößels 9 zwischen die Schwungräder bringen zu können. Sind Schwungräder 12 und 13 einmal mit den Arbeitsflächen 10 und 11 des Stößels 9 im Angriff, so bewirken sie, daß der Stößel durch seinen Befestigungsarbeitshub bewegt wird. Am Ende dieses Arbeitshubes kann das Werkzeug vom Werkstück abgehoben werden. Die dann freigegebene Sicherheitsanordnung bewirkt, daß das Schwungrad 13 in umgekehrter Richtung zu Pfeil E in seine normale, zurückgesetzte Position gesetzt wird, in der der Abstand zwischen diesem Schwungrad und Schwungrad 12 größer ist als die nominelle Dicke des Stößels. Folglich kann der Stößel jetzt in seine nicht betätigte, zurückgezogene Ruhestellung zurückbewegt werden, die in Figur 2 dargestellt ist; dies kann auf bekannte Art und Weise vorgenommen werden.
Aus den Figuren 1 und 2 geht hervor, daß die Stößel 1 und 9 durch Reibungsangriff an die jeweiligen Schwungräder 5, 12 und 13 angetrieben werden. Stößel 1 und 9 werden dementsprechend heiß. Tatsächlich werden sie so heiß, daß die Schmelzhaftmittel der Haftstreifen (nicht gezeigt), die die Nägel im Werkzeugmagazin (nicht gezeigt) in ihrer Position halten, schmelzen. Nägel, die auf diese Weise zusammengehalten werden, bezeichnet man als Nagellagen. Die Stößel 1 und 9 werden so heiß, daß sie auch eventuell auf den einzuschlagenden Nägeln angebrachte Beschichtungen schmelzen. Diese geschmolzenen Materialien kleben meistens am Stößel und werden dann auf das angrenzende Schwungrad oder die Schwungräder übertragen. Aus den Figuren 1 und 2 geht außerdem hervor, daß Stößel 1 und 9 sich zwischen Rolle 6 und Schwungrad 5 bzw. zwischen den Schwungrädern 12 und 13 unter Quetschkraft bewegen, das Fremdmaterial von Stößel und Schwungrädern sammelt sich deswegen vor der sich bewegenden Kontaktlinie zwischen Stößel und Schwungrad oder Schwungrädern. Dieses Ansammeln setzt sich fort, bis eine Gleit- oder Schwimmwirkung eintritt und der Kontakt zwischen Stößel und Schwungrad soweit reduziert ist, daß Reibung und damit Antriebskraft verlorengeht. Tritt dies ein, so ist ein guter Antrieb nicht mehr möglich, weil die Reibung zwischen dem Stößel und dem jeweiligen Schwungrad oder den Schwungrädern verlorengegangen ist. Diese Situation kann nach einer verhältnismäßig kleinen Zahl von Arbeitszyklen eintreten. Bisher konnte die Antriebskraft nur dadurch wiederhergestellt werden, daß das Werkzeug auseinandergenommen und Stößel und Schwungrad oder -räder gereinigt wurden. Eine solche Verunreinigung kann auch die Abnutzung des Stößels beschleunigen und die Einsatzdauer wesentlich verringern.
Der Kontakt zwischen Stößel 1 und dem zugeordneten Schwungrad 5 und der Kontakt zwischen Stößel 9 und den Schwungrädern 12 und 13 sind im wesentlichen Linienkontakte. Während des Arbeitshubes bewegen sich diese Kontaktlinien um die Schwungräder und entlang der Stößel in Richtung auf ihre oberen Enden zu; so entstehen Kontaktflächen zwischen Stößeln 1 und 9 und ihren entsprechenden Schwungrädern 5, 12 und 13. Es ist festgestellt worden, daß es für ein gegebenes Schwungrad und einen gegebenen Stößel ein Kontaktflächenoptimum gibt. Dieses Kontaktflächenoptimum hängt von solchen Faktoren wie Werkzeuggröße, Stößel- und Schwungradmaterial, Belastung oder Größe der Quetschkraft, die von dem Schwungrad oder den Schwungrädern auf den Stößel ausgeübt wird, und dergleichen ab. Diese Faktoren können von einem Fachmann bei der Konstruktion eines Werkzeuges ohne weiteres bestimmt werden.
Diese Faktoren stellen für die vorliegende Erfindung keine Beschränkung dar. Trotzdem ist es wichtig, daß bei der Ausstattung von Schwungrädern 5, 12 und 13 mit Umfangsrillen dieses Kontaktflächenoptimum zwischen jedem Schwungrad und seinem jeweiligen Stößel erhalten bleibt. Dies kann erreicht werden, indem einfach mindestens der Abschnitt jedes Stößels verbreitert wird, der mit den Schwungrädern 5, 12 bzw. 13 Kontakt hat.
Wie bereits erwähnt, sagt U.S.-Patent 4 519 535 aus, daß die Umfangsarbeitsfläche eines Schwungrades mit einer oder mehreren Umfangsrillen versehen sein kann, die sich parallel zu den Kanten der Umfangsarbeitsfläche des Schwungrades erstrecken. Diese Rillen bilden Hohlräume entlang der Kontaktlinie zwischen Stößel und Schwungrad, die für das sich ansammelnde Fremdmaterial Platz zum Abfließen schaffen. Da das Fremdmaterial irgendwohin fließen kann, während es sich ansammelt, baut es sich über eine längere Zeit nicht in der Kontaktfläche zwischen Stößel und Schwungrad in einem Maße auf, daß Reibung zwischen beiden verlorenginge. Außerdem sagt U.S.- Patent 4 519 535 aus, daß sich die Umfangsrillen im allgemeinen nicht mit Fremdmaterial füllen.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der weiteren Entdeckung, daß, wenn die eine oder mehrere Rillen in der Umfangsarbeitsfläche eines Schwungrades zu den parallelen Kanten der Umfangsarbeitsfläche des Schwungrades in einem Winkel angeordnet sind, die Rille die Kontaktlinie zwischen dem Stößel und dem Schwungrad schneidet, während diese Kontaktlinie sich um das Schwungrad und entlang dem Stößel in Richtung auf sein oberes Ende bewegt. Daraus folgt, daß die Rille oder die Rillen eine Quetsch- und Wischwirkung auf die Kontaktfläche zwischen Stößel und Schwungrad ausüben, was das Ansammeln von Fremdmaterial zwischen ihnen und damit Reibungsverlust zwischen ihnen wirksamer verhindert. Außerdem nutzen sowohl Schwungrad als auch Stößel gleichförmiger ab, und im Stößel bilden sich keine Umfangsriefen, was seine Lebensdauer noch weiter verlängert.
In Figur 3 ist ein Schwungrad mit 18 bezeichnet. Dieses Schwungrad 18 kann mit geeigneter Nabe und Axialabschnitten 19 und 20 ausgestattet sein. Diese Abschnitte des Schwungrades 18 stellen keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar.
Das Schwungrad 18 weist eine kreisförmige Umfangsarbeitsfläche 21 auf, die in ihrer Querausdehnung flach ausgebildet ist, wie dies aus der Figur 3 hervorgeht. Die Arbeitsfläche 21 weist parallele Seitenkanten 22 und 23 auf. Die Arbeitsfläche 21 ist in flacher Form schematisch in Figur 4 dargestellt. Eine fortlaufende Rille 24 ist in der Arbeitsfläche 21 ausgebildet, was aus Figur 4 am deutlichsten hervorgeht. Über eine Hälfte des Umfanges des Schwungrades 18 erstreckt sich die Rille 24 von einer Position nahe der Arbeitsflächenkante 23 bis zu einer Position nahe der Arbeitsflächenkante 22. Über den Rest des Umfanges des Schwungrades erstreckt sich Rille 24 von einer Position nahe der Arbeitsflächenkante 22 zurück zu einer Position nahe der Arbeitsflächenkante 23. Es wird bemerkt, daß die Segmente der Rille 24 gegenüber der Arbeitsfläche 21 des Schwungrades 18 geradlinig sind. Aus den Figuren 3 und 4 wird klar, daß, wenn das Schwungrad 18 eine volle Umdrehung macht, die Rille 24 die Kontaktlinie zwischen Schwungrad und Stößel zuerst in einer Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung überquert.
In einem Ausführungsbeispiel, daß aber nicht einschränkend wirkt, hatte das Schwungrad der Figuren 3 und 4 einen Durchmesser von etwa 49,225 mm (1,938 Zoll) und wurde zusammen mit einem Stößel eingesetzt, der eine Breite von etwa 12,7 mm (0,5 Zoll) hatte. Die Breite der Arbeitsfläche des Schwungrades war etwa 14,351 mm (0,565 Zoll). Die Rille 24 hatte eine Breite von etwa 0,889 mm (0,035 Zoll) und eine Tiefe von etwa 1,52 mm (0,06 Zoll). Die Seiten der Rille 24 waren parallel und im Winkel von etwa 16º angeordnet. Das Schwungrad war, zusammen mit dem Stößel, in einem Werkzeug angeordnet. Nach einer größen Anzahl von Arbeitszyklen wurde festgestellt, daß der Reibungsangriff zwischen Schwungrad und Stößel ohne Beeinträchtigung aufrechterhalten wurde. Die Arbeitsfläche 21 des Schwungrades 18 und die des Stößels wiesen minimale Abnutzung auf, und Umfangsrillen hatten sich auf der Arbeitsfläche des Stößels nicht gebildet.
In den Figuren 5 bis 11 sind andere Rillenanordnungen dargestellt, wie sie in der Arbeitsfläche des Schwungrades 18 ausgebildet sein können. Die Rille 25 in Figur 5 ist im wesentlichen die gleiche wie Rille 24 in Figur 4, nur daß diese Rille bis an den Rand 22 und bis an den Rand 23 der Arbeitsfläche 21 reicht. Rille 26 der Figur 6 ist ähnlich der Rillen 24 und 25 aus Figuren 4 und 5, ist jedoch kontinuierlich gekrümmt und hat die Form einer Sinuskurve. Rille 26 geht ganz bis an die Kanten 22 und 23. Rille 26 könnte, falls gewünscht, sich auch bis in Positionen erstrecken, die den Kanten 22 und 23 nahe sind, wie dies bei Rille 24 der Figur 4 der Fall ist.
Die verbleibenden Ausführungsformen der Figuren 7 bis 11 stellen eine oder mehrere spiralförmige Rillen dar. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 7 sind zwei Rillen, 27 und 28, vorgesehen. Diese Rillen sind identisch und erstrecken sich vom Rand 22 bis an den Rand 23 der Arbeitsfläche. Jede der Rillen 27 und 28 erstreckt sich um etwa eine Hälfte der Länge der Arbeitsfläche 21 (d.h. den Umfang des Schwungrades). Die Ausführungsform nach Figur 8 ist der Figur 7 ähnlich, weist jedoch eine größere Anzahl von spiralförmigen Rillen auf, die etwas näher aneinander vorgesehen sind.
In der Ausführungsform nach Figur 9 ist eine einzige Rille 33 vorgesehen, die sich vom Rand 22 der Arbeitsfläche bis an der Rand 23 dieser Fläche und um die volle Arbeitsfläche 21 erstreckt. Die Ausführungsform nach Figur 10 ist mit zwei spiralförmigen Rille 34 und 35 versehen, die beide den Rillen 33 der Figur 9 gleichen. Rille 34 beginnt an einem Punkt am Rand 22, der sich vom Beginn der Rille 35 in einem Abstand von etwa 180º oder der Hälfte der Länge der Arbeitsfläche 21 befindet.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 11 ist in der Arbeitsfläche schließlich eine einzige Rille 36 angeordnet, die sich vom Rand 22 zum Rand 23 erstreckt. Es wird hervorgehoben, daß die Rille 36 zwei vollständige Umrundungen um den Umfang des Schwungrades macht. Entgegen den Ausführungsformen nach den Figuren 4, 5 und 6 queren die Rillen der Ausführungsbeispiele nach Figuren 7 bis 11 die Kontaktlinie zwischen Schwungrad und Stößel nur in einer Richtung.
Die Ausführungsbeispiele nach Figuren 4 bis 11 dienen lediglich der Verdeutlichung der Erfindung; andere Ausführungen sind möglich, ohne sich vom Geist der Erfindung zu entfernen. Das wichtige Merkmal besteht darin, daß die Rille die Kontaktlinie zwischen Schwungrad und Stößel bei jedem Zyklus des Befestigungswerkzeuges überquert.
Ist ein elektromechanisches Befestigungswerkzeug mit zwei angetriebenen Schwungrädern ausgerüstet, so sind vorzugsweise beide Schwungräder mit der oben beschriebenen Art von Rillen ausgerüstet. Weiterhin sind diese Rillen vorzugsweise so angeordnet, daß sie gleichzeitig den Stößel in entgegengesetzter Richtung abwischen. Wird ein einziges Schwungrad zum Zusammenwirken mit einem Stützelement verwendet, z.B. zusammen mit einer Rolle geringer Masse, einem Linearlager oder einem Teflonblock, so ist es nicht erforderlich, das Stützelement mit Rillen zu versehen.
Es können an der Erfindung Modifikationen vorgenommen werden, ohne sich vom Geist der Erfindung zu entfernen. Es können z.B. Rillen nach der vorliegenden Erfindung mit jeder geeigneten Querschnittform ausgebildet werden.

Claims

1. Antrieb in einem elektromechanischen Befestigungswerkzeug mit einem dünnen Antriebsstößel, der eine erste und eine zweite Fläche aufweist,

mit einem elektrisch angetriebenen Schwungrad, das eine periphere Arbeitsfläche mit zwei einander parallelen Seitenkanten aufweist und dessen Arbeitsfläche neben der ersten Fläche des Antriebsstößels angeordnet ist, und mit einem Stützelement neben der zweiten Fläche des Antriebsstößels sowie Mitteln zum Bewirken eines Angriffs des Stützelementes an der zweiten Fläche und eines Angriffs der Arbeitsfläche des Schwungrades im Linienkontakt an der ersten Fläche des Antriebsstößels, um den Antriebsstößel durch einen Arbeitshub anzutreiben; gekennzeichnet durch mindestens eine in und entlang der Arbeitsfläche des Schwungrades angeordnete Rille, die sich geneigt gegenüber den Seitenkanten der Arbeitsfläche über die volle Länge erstreckt, wodurch die Rille die Kontaktlinie zwischen der ersten Fläche des Antriebsstößels und der Arbeitsfläche des Schwungrades während des Arbeitshubes in Querrichtung verschiebt.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille eine einzige Rille ist, die durchgehend um den Umfang des Schwungrades verläuft und sich über die halbe Umfangslänge von einem Punkt in der Nähe einer Seite bis zu einem Punkt in der Nähe der anderen Seite der Arbeitsfläche des Schwungrades erstreckt und über die restliche Umfangslänge von dem zuletzt genannten Punkt zu dem zuerst genannten Punkt verläuft

3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille eine einzige Rille ist, die durchgehend um den Umfang des Schwungrades verläuft und sich über die halbe Umfangslänge von einer Seite bis zu der anderen Seite der Arbeitsfläche des Schwungrades erstreckt und über die restliche Umfangslänge von der zuletzt genannten Seite zu der zuerst genannten Seite verläuft.

4. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille eine einzige durchgehende, spiralförmige Rille ist, die sich von einem ersten Punkt an einer Seite bis zu einem zweiten Punkt an der anderen Seite der Arbeitsfläche des Schwungrades in einer einzigen Windung erstreckt, wobei sich der erste Punkt und der zweite Punkt in Querrichtung auf der Arbeitsfläche des Schwungrades gegenüberliegen.

5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille eine einzige durchgehende, spiralförmige Rille ist, die sich von einem ersten Punkt an einer Seite bis zu einem zweiten Punkt an der anderen Seite der Arbeitsfläche des Schwungrades in zwei parallelen Windungen erstreckt, wobei sich der erste Punkt und der zweite Punkt in Querrichtung auf der Arbeitsfläche des Schwungrades gegenüberliegen.

6. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durchgehende, parallele, spiralförmige Rillen vorgesehen sind, von denen jede einen Anfangspunkt an derselben Kante der Arbeitsfläche des Schwungrades hat, wobei die Anfangspunkte jedoch 180º voneinander entfernt sind, und je einen Endpunkt an der gegenüberliegenden Kante der Arbeitsfläche des Schwungrades hat, wobei die Endpunkte den Anfangspunkten in Querrichtung gegenüberliegen.

7. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei parallele, spiralförmige Rillen vorgesehen sind, die sich von einer Kante der Arbeitsfläche des Schwungrades bis zur anderen Kante erstrecken.

8. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement aus der Klasse ausgewählt ist, die aus einer Rolle niedriger Masse, einem Linearlager und einen Teflon-Block besteht.

9. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützelement aus einem zweiten, in Gegenrichtung umlaufenden Schwungrad besteht, das eine periphere Arbeitsfläche mit zwei einander parallelen Seitenkanten aufweist und dessen Arbeitsfläche neben der zweiten Fläche des Antriebsstößels angeordnet ist;

daß die Mittel zum Bewirken eines Angriffs des zweiten Schwungrades an der zweiten Fläche des Antriebsstößels einen Linienkontakt während eines Arbeitshubes herstellen;

daß mindestens eine in und entlang der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades angeordnete Rille vorgesehen ist, die sich geneigt gegenüber den parallelen Kanten der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades erstreckt, wodurch die Rille in der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades die Kontaktlinie zwischen der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades und der zweiten Fläche des Antriebsstößels während des Arbeitshubes in Querrichtung verschiebt.

10. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille zwischen den Punkten geradlinig über die Arbeitsfläche des Schwungrades verläuft.

11. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille zwischen den Punkten in der Form einer Sinuskurve kontinuierlich gekrümmt über die Arbeitsfläche des Schwungrades verläuft.

12. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille zwischen den Seiten der Arbeitsfläche des Schwungrades geradlinig verläuft.

13. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille zwischen den Seiten der Arbeitsfläche des Schwungrades in der Form einer Sinuskurve kontinuierlich gekrümmt verläuft.

14. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille in der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades so ausgerichtet ist, daß die dazugehörige Kontaktlinie in einer Richtung verläuft, die der Richtung der zu der Rille des an der ersten Fläche des Antriebsstößels gehörenden Kontaktlinie entgegengesetzt ist.

15. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille eine einzige Rille ist, die durchgehend um den Umfang des zweiten Schwungrades verläuft und sich über die halbe Umfangslänge von einem Punkt in der Nähe einer Seite bis zu einem Punkt in der Nähe der anderen Seite der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades erstreckt und über die restliche Umfangslänge von dem zuletzt genannten Punkt zu dem zuerst genannten Punkt verläuft.

16. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille eine einzige Rille ist, die durchgehend um den Umfang des zweiten Schwungrades verläuft und sich über die halbe Umfangslänge von einer Seite bis zu der anderen Seite der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades erstreckt und über die restliche Umfangslänge von der zuletzt genannten Seite zu der zuerst genannten Seite verläuft.

17. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille eine einzige durchgehende, spiralförmige Rille ist, die sich von einem ersten Punkt an einer Seite bis zu einem zweiten Punkt an der anderen Seite der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades in einer einzigen Windung erstreckt, wobei sich der erste Punkt und der zweite Punkt in Querrichtung auf der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades gegenüberliegen.

18. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille eine einzige durchgehende, spiralförmige Rille ist, die sich von einem ersten Punkt an einer Seite bis zu einem zweiten Punkt an der anderen Seite der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades in zwei parallelen Windungen erstreckt, wobei sich der erste Punkt und der zweite Punkt in Querrichtung auf der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades gegenüberliegen.

19. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durchgehende, parallele, spiralförmige Rillen vorgesehen sind, von denen jede einen Anfangspunkt an derselben Kante der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades hat, wobei die Anfangspunkte jedoch 180º voneinander entfernt sind, und je einen Endpunkt an der gegenüberliegenden Kante der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades hat, wobei die Endpunkte den Anfangspunkten in Querrichtung gegenüberliegen.

20. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei parallele, spiralförmige Rillen vorgesehen sind, die sich von einer Kante der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades bis zur anderen Kante erstrecken.

21. Werkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille zwischen den Punkten geradlinig über die Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades verläuft.

22. Werkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille zwischen den Punkten in der Form einer Sinuskurve kontinuierlich gekrümmt über die Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades verläuft.

23. Werkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille zwischen den Seiten der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades geradlinig verläuft.

24. Werkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rille zwischen den Seiten der Arbeitsfläche des zweiten Schwungrades in der Form einer Sinuskurve kontinuierlich gekrümmt verläuft.