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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei verbrennungskraftbetriebenen
Werkzeugen, wie zum Beispiel jener Art, die zum Eintreiben von Befestigungselementen
in Werkstücke
verwendet wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Brennkammeranordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine
geeignete verbrennungskraftbetriebene Werkzeuganordnung wird in
den eigenen Patenten von Nikolich
US-PS
5,197,646 und
US-PS 32,452 und
4,552,162 ,
4,483,473 ,
4,483,474 ,
4,403,722 und
5,263,439 beschrieben. Solche Werkzeuge
zum Eintreiben von Befestigungselementen sind im Handel von ITW-Paslode
(ein Unternehmensbereich von Illinois Tool Works, Inc.) mit Sitz
in Vernon Hills, Illinois, unter dem Warenzeichen IMPULSE erhältlich.
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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 Brennstoffelement bezeichnet wird. Eine leistungsstarke, batteriebetriebene
elektronische Energieverteilungseinheit erzeugt den Funken zur Zündung, und
ein in der Verbrennungskammer angeordnetes Gebläse sorgt für eine effiziente Verbrennung
in der Kammer und erleichtert ebenfalls ein Ausspülen, einschließlich des Abgases
der Verbrennungsnebenprodukte. Der Motor enthält einen Hubkolben mit einem
in einem Zylinderkörper
angeordneten länglichen,
starren Treiber.
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Eine
Ventilhülse
ist um den Zylinder in Axialrichtung hin- und herbewegbar und bewegt
sich durch ein Fühleranordnungsgestänge 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
des Auslöseschalters,
wodurch das Zünden
einer Gasladung in der Brennkammer des Motors verursacht wird, schießen der
Kolben und der Treiber nach unten, um auf ein positioniertes Befestigungselement
aufzutreffen und es in das Werkstück einzutreiben. Dann kehrt
der Kolben durch Differenzgasdrücke
im Zylinder in seine ursprüngliche
oder „Bereitschafts"-Position zurück. Befestigungselemente
werden magazinartig in das Mundstück geführt, wo sie in einer ordnungsgemäß positionierten
Ausrichtung zum Empfang des Aufpralls des Treibers gehalten werden.
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Es
besteht allgemeines Interesse bei den Konstrukteuren solcher verbrennungskraftbetriebenen
Werkzeuge, den Verbrennungswirkungsgrad zu erhöhen. Dies hat zu Werkzeugen
mit größerer Leistung
geführt,
die durch ein leistungsstärkeres
Verbrennungsereignis in der Brennkammer erzeugt wird. Ein Nachteil
herkömmlicher
verbrennungskraftbetriebener Werkzeuge besteht darin, dass bei Betätigung des
Werkzeugs große
Belastungen auf das Werkzeugkontaktelement ausgeübt und durch die ganze Werkzeuganordnung übertragen
werden. Insbesondere wenn der Kolben und der befestigte Treiber
das Befestigungselement antreiben und den Grund des Kolbenhubs erreichen,
werden große
Aufschlagkräfte
erzeugt. Diese Kräfte
werden durch den Zylinder auf die bewegliche Ventilhülse übertragen,
die über ein
Gestänge
mit dem Werkzeugkontaktelement, das auch als Fühleranordnung bezeichnet wird,
verbunden ist. Aufschlagkräfte
treten insbesondere an den Kontaktpunkten zwischen dem Zylinder
und der Ventilhülsen-/Fühleranordnung
auf. Mit zunehmender Leistung der verbrennungskraftbetriebenen Werkzeuge
können
die größeren Belastungen
somit zu einem Brechen verschiedener Teile des Werkzeugs, insbesondere
der oben besprochenen Kontaktpunkte zwischen der Fühleranordnung
und dem unteren Teil der Ventilhülse,
führen.
Tests haben gezeigt, dass im Betrieb eines typischen verbrennungskraftbetriebenen
Werkzeugs die Kolbengeschwindigkeit, die maximal ca. neunzig Meilen
pro Stunde erreicht, bei Aufprall auf null Meilen pro Stunde reduziert
wird. Solche wiederholten Aufpralle haben in manchen Fällen die Betriebslebensdauer
des Werkzeugs aufgrund vorzeitigen Brechens von Komponenten verkürzt.
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Ein
anderer Nachteil herkömmlicher
verbrennungskraftbetriebener Werkzeuganordnungen mit einer leistungsstärkeren Verbrennung
besteht darin, dass eine hohe Antriebsgeschwindigkeit des Kolbens auch
zu einer höheren
Rückstellgeschwindigkeit
des Kolbens nach dem Treiben des Befestigungselements in das Werkstück führen kann.
Der Stoß von dem
abrupten Anhalten des Kolbens am oberen Ende des Zylinders, wenn
die obere Fühleranordnung
die Anschlagnasen am Zylinder oder an der Ventilhülse berührt, kann
dazu führen,
dass der Kolben von der ordnungsgemäßen Abschussposition im Zylinder
zurückspringt.
Eine Bewegung von der ordnungsgemäßen Abschussposition weg kann
das Volumen der Brennkammer unbeabsichtigt vergrößern und zu Fehlauslösungen des
Werkzeugs führen.
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Noch
ein anderer Faktor bei der Verwendung von verbrennungskraftbetriebenen
Werkzeugen ist, dass ständig
ein Bedarf an leichteren und kleineren Werkzeugen besteht. In der
oben beschriebenen
US-PS 5,197,646 von
Nikolich wird eine geeignete Anordnung zur Verkürzung der Gesamtlänge eines verbrennungskraftbetriebenen
Werkzeugs beschrieben; es besteht jedoch Bedarf an einer weiteren
Verbesserung des Gesamtgewichts des Werkzeugs.
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Demgemäß besteht
Bedarf an einer verbesserten Ausführung für ein verbrennungskraftbetriebenes
Werkzeug, die die auf die Ventilhülse und die Fühleranordnung übertragenen
Belastungskräfte
reduziert. Darüber
hinaus besteht Bedarf an einem verbesserten verbrennungskraftbetriebenen
Werkzeug, das weniger zu einem Versagen der Komponenten durch durch
die Verbrennung erzeugte Aufschlagkräfte führt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
oben angeführten
Erfordernisse werden durch eine Brennkammeranordnung nach Anspruch 1
erfüllt
oder übertroffen.
Ein Hauptmerkmal des vorliegenden Systems besteht darin, dass der
Kontaktpunkt zwischen der Ventilhülsen-/Fühleranordnung und dem Zylinderkörper von
der herkömmlichen
Stelle am unteren Teil des Zylinderkörpers weg zu einem oberen Teil
des Zylinderkörpers
bewegt worden ist. Darüber
hinaus enthält
das System ein Stoßaufnahmeglied
zum Dämpfen
der Aufschlagkräfte
und des Stoßes,
die bzw. der von der Fühleranordnung
auf den Zylinderkörper übertragen
werden/wird. Das Stoßaufnahmeelement
ist vorzugsweise zwischen oberen Enden der Arme der Fühleranordnung
und einer Nase vom Zylinderkörper
angeordnet, um die Belastung auf die Werkzeugglieder, wenn die Fühleranordnung
aus der Befestigungelementeintreibposition zurückkehrt, zu reduzieren. Es
hat sich herausgestellt, dass die derzeitige Anmeldung zu einer
siebenfachen Reduzierung der durch Verbrennung erzeugten Aufschlagkräfte führt. Ein
anderes bevorzugtes Merkmal des vorliegenden Systems ist, das ein
Paar Ventilhülsenrückstellfedern,
die in herkömmlichen verbrennungskraftbetriebenen
Werkzeugen dieser Art verwendet werden, durch eine einzelne Feder
ersetzt wird, die allgemein mittig an einem oberen Fühler der
Fühleranordnung
angeordnet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN
ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Brennkammeranordnung, die zur
Verwendung mit dem vorliegenden Stoßaufnahmesystem in einem verbrennungskraftbetriebenen
Werkzeug geeignet ist, wobei der Übersicht halber Teile weggelassen worden
sind;
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2 ist
eine perspektivische Teilansicht des vorliegenden Stoßaufnahmesystems
mit der Ventilhülse
in der geschlossenen Position und dem Werkzeug in Ruheposition;
und
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3 ist
eine perspektivische Teilansicht der relativen Anordnung und Verbindung
der Komponenten des vorliegenden Stoßaufnahmesystems mit der Ventilhülse in der
geschlossenen Position und dem Werkzeug in Ruheposition.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nunmehr
auf 1 Bezug nehmend, wird eine die Merkmale des vorliegenden
Stoßaufnahmesystems
enthaltende Brennkammeranordnung allgemein mit 10 bezeichnet
und ist zur Verwendung in einem verbrennungskraftbetriebenen Werkzeug,
insbesondere jener Art, die zum Eintreiben von Befestigungselementen
verwendet wird, bestimmt. Ein verbrennungskraftbetriebenes Werkzeug
jener Art, die sich zur Aufnahme des vorliegenden Systems eignet, wird
in den oben angeführten
Patenten ausführlich beschrieben.
Wie in der Technik bekannt, enthält
die Brennkammeranordnung 10 eine Ventilhülse 12,
die vorzugsweise eine allgemein zylindrische Form aufweist. An der
Ventilhülse 12 ist
ein unteres Ende 14 und ein oberes Ende 16 enthalten.
Wie in der Technik verbrennungskraftbetriebener Werkzeuge bekannt, steht die
Ventilhülse 12 am
allgemein zylindrischen Zylinderkörper 18 in Schiebeeingriff.
Ein oberes Ende 20 des Zylinderkörpers 18 entspricht
allgemein dem oberen Ende 16 der Ventilhülse 12,
und ein unteres Zylinderkörperende 22 erstreckt
sich unter dem unteren Ende 14 der Ventilhülse 12.
Der Zylinderkörper 18 definiert
eine Werkzeuglängsachse.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung beziehen sich
die Begriffe „obere(s)", „untere(s)" und „vertikal" auf die Ausrichtung
der Brennkammeranordnung 10 gemäß der Darstellung in 1,
es kommt jedoch auch in Betracht, dass die Anordnung in verschiedenen
anderen Ausrichtungen betrieben werden kann.
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Das
obere Ende 16 der Ventilhülse 12 und das obere
Ende 20 des Zylinderkörpers 18 definieren teilweise
die Brennkammer 24. Ein (nicht gezeigter) Kolben ist im
Zylinderkörper 18 wirkangebracht
und zum Antrieb eines (nicht gezeigten) Treibers in Längsrichtung,
wodurch ein (nicht gezeigtes) Befestigungselement angetrieben wird,
ausgeführt
und angeordnet.
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Eine
hin- und hergehende Fühleranordnung 26 ist
verschiebbar entlang dem Zylinderkörper 18 angebracht
und zum Kontaktieren eines (nicht gezeigten) Werkstücks und
anschließenden
Schließens der
Brennkammer 24 durch Bewegen der Ventilhülse 12 zwischen
einer ersten, ausgefahrenen oder Ruheposition (2)
und einer zweiten oder zurückgezogenen
Position (3) konfiguriert. In der ersteren
ist die Brennkammer 24 offen und in der letzteren ist die Kammer
vor der Verbrennung geschlossen.
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In
der Fühleranordnung 26 ist
ein Werkzeugkontaktelement 28 mit einem ersten Ende 30,
das zum Eingriff mit dem Werkstück
konfiguriert ist, und einem zweiten Ende 32, das mit einem
Eintreibtiefenmechanismus 34, der die Position des Werkzeugkontaktelements 28 bezüglich eines
festgelegten Mundstücks 36 einstellt,
wie in der Technik bekannt ist, enthalten. Der Eintreibtiefenmechanismus 34 ist
einem Zwischenelement 38 eines oberen Fühlers 40 zugeordnet,
der das Zwischenelement und ein Paar Arme 42 enthält, die
sich von dem Zwischenelement allgemein parallel zur Längsachse
des Zylinderkörpers 18 vertikal
erstrecken. Jeder Arm 42 ist einer entsprechenden Seite
des Zylinderkörpers 18 zugeordnet.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist am oberen Ende 44 jedes der Arme 42 ein abgewinkelter Sitz
oder eine abgewinkelte Lippe 46 durch seitliches Biegen
des Endes, vorzugsweise ungefähr
in einem rechten Winkel, ausgebildet. Das Ausmaß der Neigung kann gemäß der Anwendung
variieren. Des Weiteren nimmt der Sitz 46 einen Verbindungsstift 48 in
Eingriff, der jeden der Arme 42 mit einem entsprechenden
Teil des unteren Endes 14 der Ventilhülse 12 verbindet.
Somit bewegt sich die Ventilhülse 12 bezüglich des
Zylinderkörpers 18 mit
der Fühleranordnung 26 allgemein
parallel zur Längsachse
des Zylinderkörpers.
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Nunmehr
auf die 2 und 3 Bezug nehmend,
wird eine Außenseite
des Zylinderkörpers 18 mit
mehreren Kühlrippen 50 versehen,
die bei der bevorzugten Ausführungsform
integral mit dem Zylinderkopf ausgebildet sind. Es kommen jedoch
auch andere Befestigungstechniken in Betracht. Ein Paar benachbarter
Rippen 52 auf jeder Seite des Zylinderkörpers 18 definiert
eine Führungsbahn 54,
die allgemein parallel zur Längsachse
des Zylinderkörpers verläuft. Es
ist zu sehen, dass sich der abgewinkelte Sitz 46 in der
Führungsbahn 54 hin
und her bewegt, wenn sich die Fühleranordnung 26 bezüglich des
Zylinderkörpers 18 bewegt.
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Ein
wichtiges Merkmal der vorliegenden Verbrennungsanordnung 10 besteht
darin, dass mindestens ein Stoßaufnahmeelement 56 zwischen
dem Zylinderkörper 18 und
einem oberen Teil der Fühleranordnung 26,
vorzugsweise am abgewinkelten Sitz 46, angeordnet ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
weist das mindestens eine Stoßaufnahmeelement 56 eine
allgemein zylindrische Form auf, jedoch kommen in Abhängigkeit
von der Anwendung auch andere Formen in Betracht. Des Weiteren ist
das Stoßaufnahmeelement 56 allgemein
komplementär zur
Führungsbahn 54 konfiguriert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
bedeutet dies, das ein allgemein zylindrisches Element in einer
allgemein konkaven Führungsbahn
in Eingriff steht, wobei jedoch auch anderen Formen, darunter eine
Nut- und Feder-Konstruktion,
in Betracht kommen.
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Des
Weiteren wird bevorzugt, dass das Stoßaufnahmeelement 56 in
der Führungsbahn 54 frei
verschiebbar ist. Es kommt jedoch auch in Betracht, dass das Glied 56 beispielsweise
durch Klebstoff, Vulkanisieren oder irgendeine andere Technologie
an der abgewinkelten Lippe 46 befestigt wird. In jedem
Fall ist das Stoßaufnahmeglied 56 zur
gemeinsamen Bewegung mit der Fühleranordnung 26 in
der Führungsbahn 54 konfiguriert.
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Ein
oberes Ende der Führungsbahn 54 wird durch
ein Element des Zylinderkörpers 18 definiert, das
als Nase 58 bezeichnet wird, die integral mit dem Zylinderkörper 18 ausgebildet
oder durch geeignete Techniken, wie zum Beispiel Verkleben, Verschweißen usw.,
daran befestigt ist. Die Position der Nase 58 in der Führungsbahn 54 bezüglich des
abgewinkelten Sitzes 46 kann gemäß der Anwendung variieren.
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Jedes
der vorzugsweise zwei Stoßaufnahmeglieder 56 (die
jeweils einem der Arme 42 zugeordnet sind) ist zur Reduzierung
von Belastungskräften
konfiguriert, die in der Brennkammer 24 erzeugt werden,
wenn die Fühleranordnung 26 die
zweite Position (3) erreicht, und ist mit ausreichender
Steifigkeit zur Begrenzung der Bewegung der Fühleranordnung 26 bezüglich des
Zylinderkörpers 18 und
mit ausreichender Elastizität
für bei
Verbrennung durch das Werkzeug in der zweiten Position erzeugte
Stoßaufnahmekräfte konfiguriert.
Das Stoßaufnahmeglied 56 ist
vorzugsweise aus einem elastischen, gummiartigen Material hergestellt,
und es ist vorgesehen, dass die Shore-Härte
des Materials gemäß der Anwendung
wie die Leistungsstärke
des Werkzeugs, in der die Brennkammeranordnung 10 angebracht
ist, variieren kann.
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Wie
in 3 zu sehen ist, verhindert das Stoßaufnahmeglied 56 in
der zurückgezogenen
oder geschlossenen Verbrennungskammerposition eine weitere Aufwärtsbewegung
des Arms 42 zur Nase 58, weist aber eine ausreichende
Restelastizität
zur Aufnahme von durch die Arme 42 durch die Nasen 58 auf
den Zylinderkörper 18 übertragene
verbrennungsinduzierte Stoßbelastungen
auf. Bei verbrennungskraftbetriebenen Werkzeugen nach dem Stand der
Technik gab es Fälle,
in denen solche Belastungen zu einem voreiligen Versagen der Werkzeugkomponenten
geführt
haben.
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Bei
der vorliegenden Anordnung kommt auch in Betracht, dass das Stoßaufnahmeglied 56 auf
einer Unterseite 60 der Nase 58 befestigt wird. Auf
einer Oberseite 62 der Nase 58 wird vorzugsweise
ein elastischer Anschlagblock 64 befestigt. Der Zweck des
Anschlagblocks 64 besteht darin, Stoßbelastungen zu dämpfen, die
durch den Aufprall einer Schulter 66 der Ventilhülse 12 erzeugt
werden, wenn sie bei Bewegung der Brennkammeranordnung 10 aus
der zurückgezogenen
Position von 3 in die ausgefahrene Position
von 2 gegen die Nase 58 schlägt. Weiterhin
kommt in Betracht, dass der Anschlagblock 64 aus dem gleichen
elastischen Material hergestellt wird wie das Stoßaufnahmeglied 56, und
sogar dass die beiden miteinander verbunden sind (siehe die Durchsicht
in 3). Des Weiteren kommen auch mehrere Stoßaufnahmeglieder 56 in jeder
Führungsbahn 54 in
Betracht; zum Beispiel ein dem abgewinkelten Sitz 46 zugeordnetes
erstes Glied 56 und ein der Nase 58 zugeordnetes
zweites Glied. Erneut auf 1 Bezug
nehmend, ist der Zylinderkörper 18 vorzugsweise
mit einem Haltering 70 versehen, der dem unteren Ende 22 des
Zylinderkörpers 18 zugeordnet
und vorzugsweise daran befestigt ist. Der Haltering 70 erstreckt
sich radial von dem Zylinderkörper 18.
Des Weiteren stellt der Haltering 70 einen Sitz für ein erstes
Ende 72 einer Feder 74 bereit. Obgleich in herkömmlichen
Brennkammeranordnungen zwei Federn zur Rückführung oder Vorspannung der
Fühleranordnung 26 in
die ausgefahrene Position (2) eingesetzt
werden, besteht ein bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Anordnung 10 darin,
dass die beiden Federn, die sich normalerweise dort befinden, wo
die Stoßaufnahmeglieder 56 angeordnet
sind, entfernt und durch die einzelne Feder 74 ersetzt
werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei der Feder 74 um eine konische Feder,
deren erstes Ende 72 ein im Verhältnis breiteres Ende ist, das
am Haltering 70 angebracht ist, und deren zweites Ende 76 einen
im Verhältnis
schmaleren oder kleineren Durchmesser aufweist und an einem sich
am Zwischenelement 38 befindenden Anschlag 80 angeordnet
oder angebracht ist. Vorzugsweise ist das zweite Ende 76 an
einem Teil des Eintreibtiefeneinstellungsmechanismus 34 angeordnet.
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Es
hat sich herausgestellt, dass durch Ersetzen der Federn durch das
Stoßaufnahmeglied 56 und Verwenden
der einzelnen Feder 74 wie offenbart, die Stoßbelastung
am unteren Ende des Zylinderkörpers 18 und
an den zugehörigen
Komponenten in etwa siebenfach reduziert wird.
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Nach
Abschießen
des Werkzeugs werden durch die Fühleranordnung 26 große Kräfte angelegt. Bei
der bevorzugten Ausführungsform
wird die Fühleranordnung 26 angehalten
und die durch das Stoßaufnahmeglied 56 gedämpften Belastungskräfte wirken
als Druckkräfte
zwischen den Armen 42 und den zugehörigen Nasen 58. Es
kommt jedoch auch in Betracht, dass die Brennkammeranordnung 10 gemäß der Anwendung
konfiguriert sein kann. Es kommt in Betracht, dass die Brennkammeranordnung 10 mit einer
Feder oder einem Stoßaufnahmeglied 56 aus elastischem
Polymer konfiguriert ist, das die Oberseite 62 mit einer
Vorspannkraft beaufschlagt und somit an der Zylinderkörpernase 58 und
Fühleranordnung 26 zieht,
statt das Stoßaufnahmeglied 56 zu
komprimieren.
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Somit
ist zu sehen, dass die vorliegende Brennkammeranordnung 10 mit
dem Stoßaufnahmesystem,
das das mindestens eine Stoßaufnahmeglied 56 und
die einzelne Rückstellfeder 74 enthält, eine
Art und Weise bereitstellt, wie die Aufschlagkräfte der Fühleranordnung 26 leicht
und kostengünstig von
einem unteren Teil des Werkzeugs zu einem sicheren Teil des Werkzeugs
bewegt und die Belastungskräfte
am Kontaktpunkt gedämpft
werden können.
Es hat sich herausgestellt, dass die Implementierung des vorliegenden
Systems die Betriebslebensdauer des verbrennungskraftbetriebenen
Werkzeugs, insbesondere bei Werkzeugen mit einer größeren Verbrennungsleistung,
verlängert.
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Obgleich
bestimmte Ausführungsformen
der vorliegenden Brennkammeranordnung gezeigt und beschrieben worden
sind, versteht sich vom Fachmann, dass Änderungen und Modifikationen
daran durchgeführt
werden können,
ohne von der Erfindung in ihren allgemeineren Aspekten, wie in den
folgenden Ansprüchen
angeführt,
abzuweichen.