EP0359974B1 - Durch Druckluft betriebenes Schlaggerät mit Entlüftungsventil für das Hauptventil - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein druckluftbetriebenes Schlaggerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Bei Schlaggeräten, die durch Druckluft angetrieben werden, ist es bekannt, den gesamten Umfang des Arbeitszylinders für den Einlaß der Druckluft zu nutzen, um dadurch die gesamte Fläche des Arbeitskolbens möglichst gleichmäßig mit Druckluft zu beaufschlagen, wie die EP-A-0 052 368, DE-A-33 41 980, US-A-4 550 643 und GB-A-2 188 582 zeigen. Dadurch wird eine hohe Anfangsbeschleunigung und große Endgeschwindigkeit des Arbeitskolbens erreicht, so daß der von dem Arbeitsstößel auf ein Werkstück zu übertragenden Impuls hohe Werte erreicht. Das erfordert ein großflächiges, den Durchmesser des Arbeitszylinders übergreifendes Einlaßventil, das im allgemeinen als Hauptventil bezeichnet wird. Es schließt den Arbeitszylinder deckelartig ab und kann von diesem einige Millimeter angehoben werden.
• Der Druck des Arbeitsmittels Luft kann das Hauptventil anheben, sobald seine Oberseite, das ist die dem Arbeitszylinder abgekehrte Seite, von der Druckluft entlastet wird, die hier ebenfalls ansteht. Bei einigen Ausführungen wird die Druckluft der Oberseite des Hauptventils über einen Verbindungskanal zugeführt, an dessen entgegengesetztem Ende der Luftzutritt durch ein Auslöseventil steuerbar ist. In Ruhestellung des Gerätes ist die Oberseite des Hauptventils von der Druckluft beaufschlagt.
  Sobald ein Arbeitshub ausgelost werden soll, wird die Ventiloberseite von der Druckluft entlastet. Zu diesem Zweck wird der Verbindungskanal, der für die Beaufschlagung der Ventiloberseite sorgt, durch Entlüftungsbohrungen entlüftet. Für die Entlüftung sorgt das Auslöseventil des Arbeitsgerätes, das in Betriebsstellung den Verbindungskanal mit Entlüftungsbohrungen im Auslöseventil verbindet. Eine bekannte Ausführung eines Schlaggerätes, bei dem ebenfalls ein Verbindungskanal in Form eines Rohrstücks verwendet wird, um Druckluft auf die Oberseite des Hauptventils zu leiten, zeigt die EP-A-0 052 368. Hierbei verläßt die Druckluft den oberen Gehäuseabschluß nach außen und wird durch eine Zusatzeinrichtung umgelenkt und durch eine Bohrung wieder in den Gehäuseinnenraum und auf die Oberseite des Hauptventils geführt. Die Zusatzeinrichtung besteht aus einem Ventil in Gestalt eines deckelartigen Gehäuhäuses mit einer Mittenöffnung. Innerhalb des dadurch gebildeten Raumes ist eine Ventilplatte aus flexiblem Material sphärischer Gestalt angeordnet. Die Ventilplatte ruht in der Ausgangsstellung in einer entsprechend geformten Wölbung des Gehäusedeckels und wird durch Druckluft des Verbindungskanals nach oben gegen eine Entlüftungsbohrung gedrückt. Dabei entsteht ein Kanal, der die Luft aus dem Verbindungskanal über eine weitere Bohrung zurück in das Gehäuse und auf die Oberseite des Hauptventils führt. Dadurch soll eine hohe Schaltgeschwindigkeit erreichbar sein, obgleich der Fertigungsaufwand hierfür sehr hoch ist. Im allgemeinen wird das Ausströmen der Druckluft von der Ventiloberseite über den Verbindungskanal mit mehrfachen Umlenkungen naturgemäß durch Strömungswiderstände erschwert. Der Druck auf der Ventiloberseite wird daher nicht in dem gewünschten Maße schlagartig abgebaut. Folglich kann das Hauptventil nicht mit der gewünschten Beschleunigung abheben. Das Einströmen der Druckluft in den Arbeitszylinder wird in entsprechender Weise verzögert, so daß auch der Arbeitskolben nicht die gewünschte hohe Anfangsbeschleunigung und damit Endgeschwindigkeit erreicht.
• Die GB-A-2 188 582 zeigt ein Schlaggerät der eingangs genannten Gattung, bei dem das von dem Auslöseventil steuerbare Entlüftungsventil in Form eines Stufenkolbens durch Druckluft, unterstützt von einer Schraubenfeder, in die Schließposition gedrückt wird. Die die Oberseite des deckelartigen Hauptventils beaufschlagende Druckluft wird während der Schließstellung des Entlüftungsventils am Stufenkolben entlang und über dessen Bewegungsraum abzweigende Bohrungen in den Bewegungsfreiraum oberhalb des Hauptventils geleitet. Der Strömungswiderstand ist hoch. Zum öffnen des Entlüftungsventils ist der Stufenkolben mit konstruktionsbedingter großer Länge und Masse gegen die Kraft der Schraubenfeder und gegen den an einem mittleren Bund wirkenden Luftdruck zurückzuschieben. Dieser Vorgang kann deshalb nicht mit der gewünschten Geschwindigkeit geschehen. Die Folge ist eine minder rasche Öffnung des Hauptventils; verbunden mit entsprechend geringerer Schlagkraft des Arbeitskolbens.
• Die Oberseite des Hauptventils steht bei diesen Bauformen zusätzlich ständig unter der Vorspannung einer Ventilschließfeder. Sie hat dafür zu sorgen, daß das Hauptventil in Ruhestellung - auch bereits vor dem Anschließen des Gerätes an eine Druckluftleitung - ständig geschlossen gehalten wird. Dadurch wird ein ungewolltes Auslösen eines Eintreibschlages des Kolbens und die damit verbundene Verletzungsgefahr vermieden. Die Beanspruchung der Ventilschließfeder steigt mit der Geschwindigkeit der Ventilbewegungen. Gebrochene Ventilfedern sind deshalb häufig die Folge. Sie führen zu Zerstörungen der benachbarten Geräteteile und sind deshalb ein Sicherheitsrisiko, das bei der Steigerung der Schlagkraft zu beachten ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schlaggerät nach dem einleitend genannten Gattungsbegriff zu schaffen, dessen Schlagkraft im Vergleich mit bisher bekannten Ausführungen erhöht ist.
• Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1.
• Zur Abdichtung der Entlüftungsöffnung ist der Stufenkolben vorzugsweise mit einer konischen Anfasung versehen, welche während der Kolbenschließstellung in einen die Entlüftungsöffnung einfassenden elastischen Dichtring gepreßt wird. In die den Stufenkolben aufnehmende zylindrische Erweiterung wird vorzugsweise eine Zylinderlaufbüchse zur Kolbenführung eingesetzt. Der Stufenkolben weist eine Ringfläche auf, die im Zusammenwirken mit der Druckluft für die notwendige Schubkraft beim Auslösen eines Arbeitshubs sorgt.
• Zur weiteren vorteilhaften Gestaltung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, als Ventilschließfeder eine ringförmige Scheibenfeder aus Kunststoff einzusetzen, die beispielsweise aus Polyurethan besteht. Sie ist von einfacher Ausbildung und hält den mit hohen Beschleunigungen versehenen Wechselbelastungen besser stand als eine der üblichen Metallfedern. Trotz einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Wechselbewegungen des Hauptventils wird das Sicherheitsrisiko eines Federbruchs vermieden.
• Weitere den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.
• Es zeigen:

Fig. 1

die Gesamtansicht eines Schlaggerätes, z. T. im Schnitt,

Fig. 2

einen Vertikalschnitt durch das Kopfteil des Schlaggerätes,

Fig. 3

einen Ausschnitt des Gerätes nach Fig. 2 im Bereich des Entlüftungsventils mit dem Stufenkolben in der Schließstellung,

Fig. 4

den Geräteausschnitt nach Fig. 3 mit dem Stufenkolben in seiner unteren, die Entlüftungsbohrung freigebenden Stellung und

Fig. 5a - 5c

die Ventilschließfeder des Hauptventils in der Seitenansicht und mit zwei Radialschnitten.

• Im Kopfbereich des Gerätegehäuses 1 ist der Arbeitszylinder 2 mit dem Arbeitskolben 3 angeordnet. An der Unterseite des Arbeitskolbens ist der Arbeitsstößel 4 befestigt. Das Gerätegehäuse 1 ist in seinem Kopfbereich von einem Gehäusedeckel 5 abgeschlossen, in welchem sich das Hauptventil 6 befindet. Es ist innerhalb eines Ringeinsatzes 7 und durch teilweise Anlage an den Wänden des Gehäusedeckels geführt. Der Raum 8 innerhalb des Gehäusedeckels dient als Bewegungsfreiraum zur Durchführung der Ventilbewegungen. über ein zentrale Bohrung 9 und damit kommunizierende Gehäusebohrungen 10 kann der Zylinderraum beim Rückhub des Arbeitskolbens entlüftet werden. Zwischen der Oberseite des Hauptventils und dem Gehäusedeckel 5 ist eine Ventilschließfeder 11 in Form einer konischen Scheibenfeder angeordnet.
• Der Bewegungsfreiraum 8 oberhalb des Hauptventils ist über einen Verbindungskanal 12 mit dem Auslöseventil 13 verbunden. Mit Hilfe eines Rohres 14 durchsetzt der Verbindungskanal 12 den Druckluftvorratsraum 15 im Gerätegehäuse. Das Auslöseventil 13 besteht aus einem zylindrischen Einsatz mit einer Druckluftbohrung 16 und einem Ventilkolben 17, der mit längsgerichteten Entlüftungsnuten versehen ist, über welche der Verbindungskanal 12 nach außen entlüftet werden kann. In seiner unteren Endstellung, d.h. bei entlastetem Auslösehebel 18 befindet sich der Auslösekolben 17 in seiner unteren Endstellung, so daß die Druckluftbohrung 16 über Verbindungsbohrungen 20 und den Ringraum 19 mit dem Verbindungskanal 12 kommunizieren kann. Bei gezogenem Auslösehebel 18 wird dagegen der Verbindungskanal 12 über den Ringraum 19 und die Verbindungsbohrungen 20 des Auslöseventils in Verbindung mit den Längsnuten des Ventilkolbens 17 entlüftet.
• Innerhalb einer zylindrischen Verbreiterung 21 des Verbindungskanals 12 ist eine Zylinderlaufbüchse 22 für einen Stufenkolben 23 angeordnet (Fig. 2). Die zylindrische Verbreiterung 21 ist über eine Entlüftungsbohrung 24 mit der Außenluft verbunden. Der Stufenkolben ist mit einer zentralen Entlüftungsbohrung 25, 25a versehen, die seitlich in einen Ringraum 26 mündet, der durch den Stufenkolben in seinem Bereich geringeren Durchmessers mit der Wand der zylindrischen Verbreiterung 21 gebildet wird. Der Stufenkolben ist in seinem größeren Durchmesserbereich mit einem Dichtring 27 bestückt. An seinem der Entlüftungsbohrung 24 zugewandten Ende ist der Stufenkolben mit einer konischen Anfasung 28 versehen, die in einen Dichtungsring 29 greift, sobald der Stufenkolben seine obere Endlage erreicht. Der übergang vom kleineren Durchmesser zum größeren Durchmesser des Stufenkolbens bildet eine Ringfläche 30, wodurch sich im Moment der Entlüftung des Verbindungskanals 12 die zur Verschiebung notwendige Kraft rascher wirkend bilden kann. Die Ringfläche sorgt somit für eine sehr schnelle Schaltbewegung des Stufenkolbens.
• In der Fig. 1 und 2 sind die bewegbaren Teile je zur Hälfte in der Ausgangsstellung und in der Betriebsstellung dargestellt. Die Ausgangsstellung wird jeweils von der linken Bildhälfte angezeigt. Dabei befindet sich das Hauptventil in der unteren Position während der Stufenkolben 23 die obere Position (Fig. 2) erreicht hat. Er greift mit seinem konischen Ende in den Dichtungsring 29 und sperrt die Entlüftungsöffnung 24 ab. Der Druck des Druckluftvorratsraumes 15 im Gehäuse 1 setzt sich über den Verbindungskanal 12, die zylindrische Erweiterung 21 in den Bewegungsfreiraum 8 oberhalb des Hauptventils fort und belastet dieses in Schließstellung.
• Sobald der Auslösehebel 18 gezogen wird, drückt er den Ventilkolben 17 in seine obere Position. Dadurch wird der Verbindungskanal 12 entlüftet. Der Druck oberhalb des Hauptventils wirkt auf den Stufenkolben zurück und drückt diesen in seine untere Position. Die Entlüftungsöffnung 24 wird freigegeben und der Bewegungsfreiraum oberhalb des Hauptventils wird vom Druck durch Kurzschluß mit der Außenluft entlastet. In diesem Moment kann der Luftdruck des Druckluftvorratsraumes 15 das Hauptventil 6 fast schlagartig in seine obere Endposition drücken, wobei die Kraft der Ventilschließfeder 11 überwunden wird. Die Druckluft hat damit allseits Zutritt zum Arbeitszylinder und beaufschlagt den Arbeitskolben 3, der schlagartig in seine untere Position getrieben wird. Nach dem Lösen des Auslösehebels 18 kann die Unterseite des Stufenkolbens 23 erneut belastet und dieser in seine obere Endposition geschoben werden. Der Druck setzt sich wieder bis in den Raum 8 oberhalb des Hauptventils fort und kann dieses in Schließrichtung belasten.
• Der Vorteil der Ventilschließfeder 11 besteht in der größeren Haltbarkeit gegenüber herkömmlichen Federn. Um zu verhindern, daß die Ventilschließfeder 11 an ihrer Anlagefläche am Gehäusedeckel 5 infolge eines Unterdrucks hängenbleibt, kann die Anlagefläche mit einer radial geführten Nut 31 (Fig. 2) versehen sein. Die Bildung eines Vakuums zwischen Ventilfeder und dem Gehäusedeckel wird dadurch mit Sicherheit verhindert. Die Ventilschließfeder 11 kann sich also nicht festsaugen. Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn die Ventilschließfeder 11 selbst mit einer radial verlaufenden Nut 11a oder einer einfachen Bohrung 11b versehen wird (Figuren 5b und 5c).

Claims (8)

1. Druckluftbetriebenes Schlaggerät, insbesondere zum Eintreiben von Befestigungsmitteln, wie Klammern und Nägeln, mit einem Gehäuse (1) zur Aufnahme eines in einem Zylinder (2) geführten Arbeitskolbens (3) und eines die Freigabe und das Schließen des gesamten Zylinderquerschnitts steuernden, deckelartigen Hauptventils (6), dessen Oberseite mit Druckluft beaufschlagbar und über ein von einem Auslöseventil (13) steuerbares stufenkolbenförmiges Entlüftungsventil (23, 24, 25, 29) durch Kurzschluß mit der Außenluft entlastbar ist und welches ständig unter der Vorspannung einer in Schließrichtung wirkenden Ventilfeder (11) steht, wobei das Auslöseventil mit Entlüftungskanälen (17a) für einen Verbindungskanal (12) versehen ist, der das Entlüftungsventil mit dem Ausloseventil verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Entlüftungsventil (23, 24, 25, 29) im Bereich der Einmündung des Verbindungskanals (12) in einen Bewegungsfreiraum (8) oberhalb des Hauptventils (6) angeordnet ist, wobei innerhalb eines mit einer Durchmesservergrößerung versehenen zylindrischen Abschnitts (21) des Verbindungskanals (12) der Stufenkolben (23) mit einer Belüftungsbohrung (25, 25a) für das Hauptventil (6) und mit einer Dichtung (27) in seinem größeren Durchmesserbereich verschiebbar angeordnet ist, und daß der Verbindungskanalabschnitt (21) größeren Durchmessers eine von dem Stufenkolben verschließbare, nach außen geführte Entlüftungsöffnung (24) aufweist.
2. Schlaggerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (23) zur Abdichtung der Entlüftungsoffnung (24) mit einer konischen Anfasung (28) versehen ist, welche während der Kolbenschließstellung in einen die Entlüftungsöffnung einfassenden elastischen Dichtring (29) gepreßt wird.
3. Schlaggerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die zylindrische Erweiterung (21) des Verbindungskanals (12) eine Zylinderlaufbüchse (22) für den Stufenkolben eingesetzt ist.
4. Schlaggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der übergang zwischen den beiden unterschiedlichen Durchmessern des Stufenkolbens eine Ringfläche (30) zur Erzeugung der Kolbenschubkraft bildet.
5. Schlaggerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilschließfeder (11) eine ringförmige Scheibenfeder aus Kunststoff eingesetzt ist.
6. Schlaggerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschließfeder aus Polyurethan besteht.
7. Schlaggerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche der Ventilschließfeder am Gerätegehäuse mit wenigstens einer radial geführten Nut (31) versehen ist.
8. Schlaggerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschließfeder mit wenigstens einer Entlastungsbohrung versehen ist.

Images