DE69227683T2

DE69227683T2 - Pneumatisches Befestigungsmitteleintreibgerät mit verbessertem Ventil

Info

Publication number: DE69227683T2
Application number: DE69227683T
Authority: DE
Inventors: Umberto Monacelli
Original assignee: Stanley Works
Current assignee: Stanley Works
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2012-08-29
Also published as: ATE173661T1; DE69227683D1; EP0584394B1; EP0584394A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Bereich der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein pneumatisches Eintreibgerät für Befestigungselemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere eine verbesserte Ventileinrichtung, die in einem derartigen Gerät verwendet wird.

Hintergrund der Erfindung:

Pneumatische Werkzeuge zum Eintreiben von Befestigungselementen, wie beispielsweise Nägeln, Heftklammern, Spieker und ähnlichem, werden allgemein bei gewerblichen Arbeitsplätzen verwendet. All diese Vorrichtungen haben typische Komponenten und umfassen ein Gehäuse zum Speichern von Druckluft, einen Zylinder, in dem eine Kombination aus Kolben und Treiber hin- und herbewegt wird, eine Ventileinrichtung, über die dem Kolben Druckluft zugeführt wird und eine Trägereinrichtung für die Befestigungselemente zum Positionieren aufeinanderfolgender Befestigungselemente unterhalb des Treibers vor jedem Eintreibhub.
Während des Betriebs derartiger Werkzeuge wird das Werkzeug in Kontakt mit dem Werkstück positioniert und der Abzug manuell gezogen, wodurch wiederum eine Ventileinrichtung betrieben wird, die dem Abschnitt des Zylinders, der an der Oberseite des Kolbens angrenzt, Druckluft zuführt. Wird das Werkzeug als stationäre Vorrichtung verwendet, so ist der Abzug durch eine Fernbedienung ersetzt.
Erreicht der Kolben das Ende des Eintreibhubes, so wird eine Rückluftkammer unter Druck gesetzt, um Druckluft für den Rückhub des Kolbens und des Treibers zu liefern. Nachdem der Abzug gelöst wurde, schließt das Ventil, blockiert Luft an der Oberseite des Zylinders und öffnet wiederum eine Auslaßöffnung, um die Luft oberhalb des Kolbens an die Atmosphäre abzulassen. Die gespeicherte Luft innerhalb der Rückluftkammer wirkt auf die Unterseite des Kolbens, um diesen in die Ruhestellung am obersten Abschnitt des Zylinders zurückzuführen.
Um genug Kraft zum Antrieb der Befestigungselemente vorzusehen, muß die Luft schnell in den Zylinder oberhalb des Kolbens eintreten. Um dies zu bewerkstelligen, ist die Ventileinrichtung normalerweise funktionell zweigeteilt. Ein erstes Ventil ist direkt oberhalb der Oberseite des Zylinders angeordnet und wird pneumatisch von einer geschlossenen in eine offene Stellung verschoben. Durch Verwendung von Druckluft kann das Ventil fest verschlossen gehalten und dann mit einem Schnappvorgang geöffnet werden, wenn die Druckluft auf einen Abschnitt des Ventils reduziert wird.
Um die Druckluftänderung am ersten Ventil zu erreichen, wird ein zweites, kleineres Ventil durch Ziehen des Abzughebels betätigt. Der Hebel betreibt einen Plunger, der wiederum die Bewegung des Hauptventils steuert. Diese Art von Ventileinrichtung wird insofern bevorzugt, als die erforderliche Kraft und Bewegung geringer ist als diejenige, die erforderlich ist, falls das Hauptventil durch den Abzug direkt bewegt wurde.
Die meisten für Befestigungsvorgänge verwendeten Werkzeuge werden manuell gehandhabt und in Umgebungen gebraucht, wo Dreck und andere Verunreinigungen existieren, die wiederum schädlich für die Lebensdauer der Komponenten sind. Diejenigen Teile, die am wahrscheinlichsten ein Fehlverhalten bewirken, sind diejenigen, die mit dem Ventil in Verbindung stehen. Obgleich typischerweise Anleitungen mit jedem Werkzeug mitgeliefert werden, welche die Verwender darüber in Kenntnis setzen, regelmäßig das Werkzeug zu reinigen und zu schmieren, wird dies oftmals nicht oder nicht ordentlich vorgenommen, was zu einer Beschädigung der Komponenten führt.
Vorteilhaft für diesen Typ von Anwendung ist es, bewegbare Teile und Luftdichtungen minimal zu halten. Die meisten Werkzeuge verwenden O-Ringe als Dichtungen, die jedoch gut geschmiert werden müssen, um gegenüber Abnutzung eine lange Lebensdauer aufzuweisen. Andere Anordnungen wurden ausprobiert, wie beispielsweise diejenige, die im US Patent 4,747,338 offenbart ist. Ein pneumatisches Werkzeug für Befestigungselemente, eine sog. pneumatische Kanone, die sich auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 liest, ist offenbart. Desweiteren weist diese pneumatische Kanone Ventileinrichtungen auf, die sowohl ein Abfeuerventil wie auch ein Ablaßventil zur Steuerung des Einführens und des Ablassens von Druckluft zu und aus einem Antriebszylinder und zum Einrichten eines Ablaßweges für einen derartigen Antriebszylinder umfassen. Beide Ventile wirken mit Membranen zusammen, um einen Abfeuerweg und einen Ablaßweg zu sperren und zu öffnen. Daher verwendet diese pneumatische Kanone wenigstens zwei Dichteinrichtungen zur Durchführung des Abfeuer- und des Ablaßvorganges. Desweiteren sind die Dichtmittel sog. rollende Diaphragmadichtungen, die während ihres Betriebes gerollt und dabei gebogen werden. Nach alledem erfordert diese Anordnung viele zusätzliche Komponenten, welche die Ausgestaltung verkomplizieren. Zudem unterwirft eine derartige Ausgestaltung die Dichtungen einer Dehnung aufgrund ungetragener Abschnitte, wenn gegenüberliegende Seiten der Dichtung mit stark unterschiedlichem Luftdruck beaufschlagt sind.
Die Ausgestaltung der im US Patent 4,747,338 offenbarten Dichtung mag eine Verbesserung gegenüber O-Ringen darstellen, jedoch kann die Lebensdauer der Komponenten weiter verbessert werden, was eine verminderte Wartungsnotwendigkeit zur Folge hat.

Zusammenfassung der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung hat diese und andere Nachteile berücksichtigt und es ist daher ein Hauptziel, ein verbessertes, pneumatisches Eintreibwerkzeug für Befestigungselemente vorzusehen, das eine verbesserte Ventileinrichtung verwendet, die geringerem Fehlverhalten unterliegt.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Ventil vorzusehen, das oberhalb des Zylinders eines pneumatischen Eintreibwerkzeuges für Befestigungselemente angeordnet ist und das eine minimale Menge an Komponenten verwendet.
Diese Ziele werden durch den Gegenstand des Anspruchs 1 erreicht. Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein verbessertes, pneumatisch betriebenes Eintreibwerkzeug für Befestigungselemente umfaßt ein Gehäuse mit einer Druckluftkammer und einem Hohlraum bzw. einer Ausnehmung; einen Zylinder, der innerhalb des Gehäuses angeordnet und wahlweise fluidmäßig mit der Druckluftkammer verbunden ist; einen Kolben, der verschiebbar innerhalb des Zylinders zwecks Hin- und Herbewegung darin angeordnet ist, wobei der Kolben den ersten Zylinder in erste und zweite Kammer teilt; Eintreibeinrichtungen für Befestigungselemente, die mit dem Kolben zum Zwecke des Eintreibens von Befestigungselementen in Verbindung stehen; ein Hauptventil, das an der ersten Zylinderkammer angrenzend angeordnet ist und die Druckluftkammer gegenüber der ersten Zylinderkammer abdichtet, wenn es sich in einer geschlossenen Stellung befindet und die Druckluftkammer mit der ersten Zylinderkammer koppelt, wenn es sich in einer geöffneten Stellung befindet, wobei das Hauptventil einen bewegbaren Teil umfaßt, der in dem Gehäusehohlraum bzw. der Gehäuseausnehmung angeordnet ist, sowie ein flexibles Dichtelement, wobei sich das flexible Dichtelement zwischen dem Hauptventil und dem Gehäuse erstreckt und die Druckluftkammer gegenüber dem Gehäusehohlraum bzw. der Gehäuseausnehmung abdichtet, das flexible Dichtelement im wesentlichen von Oberflächen an dem Hauptventil und dem Gehäuse während der Bewegung getragen wird, um seine Dehnung während des Betriebs des Gerätes zu verhindern; sowie einem Abzugsventil, das wahlweise dem Gehäusehohlraum bzw. die Gehäuseausnehmung mit der Druckluftkammer bzw. der Atmosphäre koppelt, um zum Zwecke des Steuerns des Hauptventils den Gehäusehohlraum bzw. die Gehäuseausnehmung mit Druck zu beaufschlagen und diese zu entlasten, wobei bei Betätigung des Abzugsventils Druckluft von der Gehäuseausnehmung an die Atmosphäre abgegeben wird, was eine Öffnung des Hauptventils bewirkt sowie eine Kopplung der Druckluftkammer mit der ersten Zylinderkammer unter Betätigung des Kolbens und der Eintreibeinrichtung, wobei beim Deaktivieren des Abzugsventils der Gehäusehohlraum bzw. die Gehäuseausnehmung mit der Druckluftkammer gekoppelt wird, wodurch bewirkt wird, daß das Hauptventil schließt und die Druckluftkammer gegenüber der ersten Zylinderkammer abdichtet bzw. abschließt.
Die vorliegende Erfindung liefert eine verbesserte Ausgestaltung sowie Konstruktion des oberhalb des Zylinders angeordneten Hauptventils in einem pneumatischen Eintreibwerkzeug für Befestigungselemente. Das Hauptventil des Geräts nach der vorliegenden Erfindung funktioniert mit fast allen Typen von Abzugsventilen. Das Erfordernis an die Abzugsventileinrichtung ist, daß diese den Luftdruck an einer Seite des Hauptventils auf einen irgendwie geringeren Wert reduzieren muß als denjenigen, der in dem Werkzeuggehäuse herrscht.
Die vorliegende Erfindung wird offensichtlicher aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen:

Kurzbeschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 eine teilweise Seitenquerschnittsansicht eines pneumatisch betriebenen Eintreibwerkzeuges für Befestigungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine teilweise Seitenquerschnittsansicht des erfindungsgemäßen Werkzeuges in vergrößertem Maßstab ist, bei welcher das Hauptventil in der geschlossenen Stellung dargestellt ist;
Fig. 3 ähnlich der Fig. 2 ist, wobei das Hauptventil in der offenen Stellung dargestellt ist;
Fig. 4 eine teilweise Seitenquerschnittsansicht der flexiblen Membran in vergrößertem Maßstab in Darstellung der Konstruktion des oberen Abschnittes ist; und
Fig. 5 eine teilweise Querschnittsansicht von oben auf die in Fig. 4 gezeigte flexible Membran entlang der Linie A-A ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele:

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt das Werkzeug (Gerät) ein Gehäuse 11 mit einem Körperteil 12, einem Handgriff 13 und einer Kappe 14. Größe und Form dieser Komponenten variieren beachtlich in Abhängigkeit von dem Typ des Befestigungselements und der Anwendung, haben jedoch alle einen inneren Hohlraum bzw. eine innere Ausnehmung gemein, die als Druckluftkammer 15 Verwendung findet.
Die Druckluftkammer 15 wird von einer Luftversorgungsleitung über einen an dem Handgriff (nicht gezeigt) angebrachten Einlaßanschluß unter Druck gesetzt. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel ist die Kappe 14 mit Schrauben (nicht gezeigt) an dem Körperteil 12 angebracht und verwendet einen Teil der Kappe 14 zur Vergrößerung des Volumens der Druckluftkammer 15. Der Körperteil 12 und die Kappe 14 sind über eine Dichtung 16 aneinander angebracht, um ein Entweichen der Druckluft in die Atmosphäre zu verhindern.
Der Hohlraum bzw. die Ausnehmung innerhalb des Körperteils 12 ist in zwei Abschnitte unterteilt. Der erste Abschnitt ist wie oben beschrieben die Druckluftkammer 15 und der andere Abschnitt sieht eine Rückluftkammer 17 vor. Die Rückluftkammer 17 wird unter Druck gesetzt, wenn sich der Kolben 18 nahe des Endes seines Eintreibhubes befindet. Die Sequenz des Unterdrucksetzens der Rückluftkammer 17 wird im Detail unten beschrieben.
Der untere Abschnitt des Gehäuses 11 ist mit einer Trägerschiene 19 für die Befestigungselemente verbunden. Die Vorderseite der Schiene 19 ist üblicherweise durch das Nasenteil 20 begrenzt, das mit einer Führungsausnehmung 21 versehen ist, deren Form zu derjenigen der Befestigungselemente 22 paßt. Eine Schiebeeinrichtung (nicht gezeigt) liefert die Befestigungselemente 22 in die Nasenausnehmung 21 unterhalb des Endes eines Treibers 23. Der Treiber 23 ist an dem Kolben 18 befestigt und sie wirken als Einheit zusammen.
Ein Zylinder 24 ist in dem Gehäuse 11 montiert, in welchem sich der Kolben 18 während des Betriebs hin- und herbewegt. Der Kolben teilt den Zylinder 24 in erste und zweite Zylinderabschnitte oder -kammern. Um die Bewegung des Kolbens 18 zu steuern, wird eine Ventileinrichtung verwendet, die ein Abzugsventil 25, das nahe dem Handgriff 13 angeordnet ist, und ein Hauptventil 26 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Abzugsventil 25 durch einen manuellen Hebel 27 gesteuert. Die Betätigung des Hebels 27 bewirkt, wenn er gezogen ist, ein Entleeren der Durchgänge 28, 28a und Beaufschlagen der Durchgänge 28, 28a mit Druck, wenn der Hebel 27 losgelassen wird. Dieses Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 dargestellten Werkzeuges ist dasjenige eines manuell bedienten Werkzeuges. Sollte jedoch ein Werkzeug Teil einer stationären Anwendung sein, so könnte die Abzugsventileinrichtung ein entfernt angeordnetes Ventil sein, das von etwas anderem als dem Hebel 27 betätigt wird. Die vorliegende Erfindung erfordert lediglich Durchgänge, die gleich den Durchgängen 28, 28a oder Äquivalenten davon sind, um einen Hohlraum 29, der oberhalb des Hauptventils 26 angeordnet ist, mit Druck zu beaufschlagen und aus diesem Luft abzulassen.
Der aufeinanderfolgende Betrieb des oben beschriebenen Eintreibgerätes für Befestigungselemente wird nun beschrieben. Wird eine Luftversorgung an das Werkzeug angeschlossen, so werden das Reservoir 15, die Durchgänge 28, 28a und der Hohlraum 29 mit Druck beaufschlagt, und die Kolbenrückluftkammer 17, der Ablaßdurchgang 30 und das Volumen in dem Zylinder 24 unterhalb des Kolbens bleiben ohne Druckbeaufschlagung. Ein Befestigungselement 22, das in dem Nasenteil 20 unter dem Treiber 23 von einem vorhergehenden Werkzeugzyklus herrührt, steht bereit, betrieben zu werden.
Das Werkzeug ist auf dem Werkstück positioniert und der Abzugshebel 27 wird nach oben gezogen. Das Abzugsventil 25 wirkt, um die Luft in den Durchgängen 28, 28a und dem Hohlraum 29 abzulassen. Das Hauptventil 26, das geschlossen war, verschiebt sich nun aufgrund der unter Druck befindlichen Luft in dem Reservoir 15, die auf den Bodenbereich des Hauptventils 26 wirkt, in eine offene Stellung.
Die Verschiebung des Hauptventils 26 gestattet es, daß Luft in den oberen Bereich oder den ersten Abschnitt des Zylinders 24 oberhalb des Kolbens 18 gelangen kann, während sie gleichzeitig die Verbindung des Zylinders 24 zur Atmosphäre über den Ablaßdurchgang 30 sperrt bzw. blockiert. Der Kolben 18 zusammen mit dem Treiber 23 werden rasch nach unten gezwungen. Der Treiber 23 drückt das Befestigungselement 22 aus dem Nasenteil 20 mit ausreichend Kraft, so daß das Befestigungselement 22 in das Werkstück (nicht gezeigt) getrieben werden kann.
Nahe dem Ende des ersten Eintreibhubes gelangt der Kolben 18 an einer Reihe von kleinen Löchern 31 in dem Zylinder 24 vorbei, über die Luft in die Rückluftkammer 17 gelangt und diese unter Druck setzen kann. Am Ende des Eintreibhubes kontaktiert die Unterseite des Kolbens 18 einen Stoßdämpfer 32. Der Stoßdämpfer 32 verhindert eine Beschädigung des Werkzeuges, die auftreten kann, wenn der Kolben 18 direkt das Gehäuse 11 treffen sollte. Der Stoßdämpfer 32 wirkt auch als Dichtung, um zu verhindern, daß Luft aus der Rückluftkammer 17 in die Atmosphäre entweichen kann.
Der Hebel 27 wird dann losgelassen und das Abzugsventil 25 beaufschlagt wieder die Durchgänge 28, 28a und den Hohlraum 29 mit Druck. Das Hauptventil 26 ist druckluftentlastet in Richtung der geschlossenen Stellung, wann immer sowohl die obere wie auch die untere Seite gleichem Luftdruck unterworfen sind. Das Hauptventil 26 schließt daher, wenn der Hohlraum 29 unter Druck steht, durch Betätigung des Abzugsventils 25, und die Verbindung zwischen der Druckluftkammer 15 und dem oberen Bereich des Zylinders 24 ist gesperrt.
Die Verschiebung des Hauptventils 26 in die geschlossene Stellung erlaubt es dem Raum oberhalb des Kolbens 18, wieder mit der Atmosphäre zu kommunizieren, und die Luft oberhalb des Kolbens 18 tritt über den Ablaßdurchgang 30 und die Auslaßöffnung 33 aus. Fällt der Luftdruck oberhalb des Kolbens 18 ab unterhalb desjenigen unter dem Kolben 18, so gelangt die Luft in der Rückluftkammer 17 über Löcher 34 in den Zylinder 24 unter dem Kolben 18 und zwingt den Kolben 18 und den Treiber 23 nach oben. Die Rückluftkammer 17 hat ein festes Volumen, wodurch der Druck in der Rückluftkammer 17 reduziert wird, wenn sich der Kolben 18 nach oben bewegt.
Die Rückluftkammer 17 ist mit ausreichend Volumen ausgestattet, um genügend Luft zwecks vollständiger Rückkehr des Kolbens am niedrigsten Betriebsdruck zu liefern, wobei der Druck auf nahezu Atmosphärendruck vor dem nächsten Werkzeugzyklus reduziert wird. Erhebt sich das Ende des Treibers 23 über die Schiene 19 für die Befestigungselemente, so wird das nächste Befestigungselement 22 in der Führungsausnehmung 21 positioniert und ist vorbereitet, um bei dem nächsten Werkzeugzyklus getrieben zu werden.
Alternative Mittel zur Rückführung des Kolbens, zum Anhalten des Hubes, zum Zuführen der Befestigungselemente in eine anzutreibende Position, etc. können die gezeigten und beschriebenen ersetzen. Desweiteren kann die beschriebene Abfolge des Werkzeugzyklusses für ein spezielles Werkzeug bevorzugt sein, schränkt oder grenzt jedoch die vorliegende Erfindung in keiner Weise ein, mit der Ausnahme dessen, was in den Ansprüchen umrissen ist.
Bezugnehmend auf Fig. 2 ist eine vergrößerte, teilweise Seitenquerschnittsansicht des Werkzeuges dargestellt, in der die Details des Hauptventils 26 gezeigt sind. Die Kappe 14 und die Dichtung 16 sind getrennte Teile, die zum Zwecke der bequemen Herstellung und des Zusammenbaus an dem Körper 12 befestigt sind, die jedoch im Zusammenbau als Einheit wirken, um das Gehäuse 11 auszubilden. Im Zentrum der Kappe 14 ist ein Ventilkörper 35 - im folgenden "Stop" genannt - ausgebildet, der im zusammengebauten Zustand ebenso ein fester Bestandteil des Gehäuses 11 wird. Der Stop 35 schließt Ventilsitzflächen 35a und 35b ein. Der Stop 35 wirkt zusammen mit dem bewegbaren Körper 36 - im folgenden "bewegbarer Teil" genannt - des Hauptventils, der unten beschrieben wird, um den Ablaßdurchgang 30 zu öffnen und zu schließen. Der Stop 35 ist konstruiert und hergestellt aus Material, um von ziemlich fester bzw. steifer Natur zu sein, obgleich er aus einem Material konstruiert sein kann, das nicht Metall ist, um dabei zu helfen, den von dem rückkehrenden Kolben 18 herrührenden Stoß abzudämpfen. Der Stop 35 ist dargestellt durch Anbringung mit Hilfe eines Festsitzes im Rahmen eines Durchgangslochs in der Kappe 14, könnte jedoch auch durch mit Gewinde versehene oder andere Mittel angebracht werden.
Das Hauptventil 26 ist vorzugsweise konstruiert aus lediglich zwei beweglichen Elementen, die einen innerhalb eines Hohlraumes 29 angeordneten bewegbaren Teil 36, sowie ein Abdicht- bzw. Absperrelement in Form einer flexiblen Membran 37, umfassen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der bewegbare Teil 36 definiert werden als ein Kolben, der verschiebbar angeordnet ist innerhalb des Hohlraumes 29, der als ein Zylinder definiert ist. Desweiteren hat der bewegbare Teil 36 Ringform zur Aufnahme des Ablaßdurchgangs 30. Der bewegbare Teil 36 kann mit einem Ansatz 38 (beispielsweise einem Kolben) versehen sein, der verschiebbar innerhalb eines anderen Hohlraumes 38a (beispielsweise eines Zylinders) angeordnet ist, um den Hohlraum 29 abzudichten und eine Führung für den bewegbaren Teil 36 des Hauptventils 26 zu liefern. Der Ansatz 38 öffnet und schließt die Auslaßöffnung 33 in Abhängigkeit von seiner Stellung innerhalb des Hohlraumes 38a. Der Ansatz 38 zusammen mit einem Teil der Innenfläche der Kappe 14 sowie der O-Ring 48 definieren den Hohlraum 29.
Eine Innenfläche 39 des bewegbaren Teils 36 definiert einen Abschnitt des Ablaßdurchgangs 30. Die Innenfläche 39 liefert eine Ventilsitzfläche 39a, die mit dem Sitz 35a des Stops 35 zusammenwirkt.
Die untere Fläche oder Seite 40 des bewegbaren Teils 36 ist mit der flexiblen Membran 37 verbunden. Die flexible Membran 37 erstreckt sich zwischen dem bewegbaren Teil 36 des Hauptventils 26 und einem ringförmigen Rand 41 des Gehäuses 11 oder der Kappe 14. Eine innere Umfangsfläche 42a der flexiblen Membran 37 steht in Eingriff mit einer äußeren, ringförmigen Oberfläche 41a des ringförmigen Randes 41.
Die größten Bedenken und Erfordernisse in Bezug auf Eintreibwerkzeuge für Befestigungselemente bestehen darin, daß ein Befestigungselement nicht irrtümlich von dem Werkzeug geschossen bzw. abgegeben wird, wenn eine Luftversorgung als erstes mit dem Werkzeug verbunden wird. Alle Werkzeuge sind so ausgestaltet, daß sie das Ventil geschlossen halten, wenn die Luftversorgung an das Werkzeug angeschlossen wird. Ist jedoch das Werkzeug nicht an eine Luftversorgung angeschlossen, so könnten die Ventilkomponenten nicht mit der normalen Stellung übereinstimmen, wobei das Ventil nicht fest verschlossen ist. Sollte Luft in den Zylinder gelangen, wenn die Luftversorgungsleitung an das Werkzeug angeschlossen ist, so könnte sich der Kolben nach unten bewegen und ein Befestigungselement aus dem Werkzeug drücken. Dies kann zu ernsthaften Verletzungen oder sogar zum Tod führen. Die meisten Werkzeuge sind mit einer Feder ausgestattet, die ausreichend Federkraft bzw. Stärke aufweist, um das Ventil geschlossen zu halten, bis sich der Luftdruck innerhalb des Werkzeuges aufbaut, um pneumatisch das Ventil geschlossen zu halten. Dieses Verfahren funktioniert selbstverständlich, erfordert jedoch zusätzliche Komponenten, was wiederum die Möglichkeit der Fehlerhaftigkeit von Teilen erhöht.
Am wünschenswertesten ist der Wegfall der Notwendigkeit für die Feder. Dementsprechend ist in der vorliegenden Erfindung die flexible Membran 37 eingegossen bzw. ausgebildet in untertassenartiger Ringform mit einem großen Loch im Zentrum. Die Dicke der flexiblen Membran 37 ist nicht gleichförmig, um mehr Festigkeit in dem Abschnitt zu liefern, der geringer oder keiner Bewegung unterliegt.
Wenn im Werkzeug installiert, greift der innere Umfangsflächenabschnitt 42a der flexiblen Membran 37 in den ringförmigen Rand 41 des Gehäuses 11 ein und der untere Abschnitt 42 der flexiblen Membran 37 ruht an dem oberen Bereich des Zylinders 24. In dieser Installation dichtet die flexible Membran die Druckluftkammer 15 gegenüber dem Hohlraum 30 ab. Die elastischen Eigenschaften des Materials, aus dem die flexible Membran 37 hergestellt ist, hält die ringförmige Umfangsfläche 42a in Kontakt mit dem ringförmigen Rand 41 des Gehäuses 11 und den unteren Abschnitt 42 am Zylinder 24, wann immer beide Oberflächen der flexiblen Membran 37 gegenüber der Atmosphäre freigelegt oder beide Oberflächen gleichem Luftdruck ausgesetzt sind. Dies hat einen großen Vorteil gegenüber Ventilen, bei denen als Dichtungen O-Ringe verwendet werden, da zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Federn, nicht erforderlich sind, um sicherzustellen, daß das Ventil geschlossen ist, wenn keine Luftversorgung an dem Werkzeug angeschlossen ist.
Die flexible Membran 37 verbleibt an dem Zylinder 24, so lange beide Seiten dem gleichen Luftdruck unterworfen sind. Zum Abfeuern des Werkzeugs muß die obere Seite 43 der flexiblen Membran 37, die der Druckluftkammer 15 gegenüberliegt, reduziertem Druck unterworfen werden. Dies wird bewerkstelligt durch Entlasten des Hohlraums 29 über Durchgänge 28, 28a mit Hilfe des Abzugsventils 25. Sind nun die gegenüberliegenden Seiten der flexiblen Membran 37 ungleichem Druck ausgesetzt, so wird die flexible Membran 37 dazu gezwungen, sich durch den Druck in dem Reservoir 15 nach oben zu biegen. Diese Stellung kann Fig. 3 entnommen werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 befindet sich der Hohlraum 29 unter atmosphärischem Druck und es zwingt daher der Luftdruck in der Druckluftkammer 15 die flexible Membran 37 von dem oberen Bereich des Zylinders 24 weg. Die Bewegung der flexiblen Membran 37 zwingt das bewegbare Teil 36 nach oben, bis es mit der oberen Innenfläche der Kappe 14 in Kontakt gelangt. Die Abmessungen des bewegbaren Teils 36 und des Hohlraumes 38a begrenzen die Bewegung des bewegbaren Teils 36 innerhalb des Hohlraumes 38a, um die flexible Membran 37 nicht zu überdehnen. Die Bewegung der flexiblen Membran 37 weg von dem oberen Bereich des Zylinders 24 gestattet es der Druckluft, einzutreten und den Kolben 18 nach unten zu drücken. Die Dichtung 44 wird dazu verwendet zu verhindern, daß Luft um den Kolben 18 herum entweicht.
Wie zuvor beschrieben, muß während des Werkzeugzyklusses, bei dem der Kolben 18 zum obersten Abschnitt des Zylinders 24 zurückkehrt, die Luft oberhalb des Kolbens 18 in die Atmosphäre abgelassen werden. Der Stand der Technik verwendet eine sekundäre Ventileinrichtung oder wenigstens eine sekundäre Dichtung in Verbindung mit dem bewegbaren Teil des Ventils, um während des Eintreibhubes eine Ablaßeinrichtung zu schließen. Eine derartige Ausgestaltung ist im US Patent 3,568,909 gezeigt und beschrieben.
Die vorliegende Erfindung könnte ebenfalls eine derartige Dichteinrichtung verwenden, die an der flachen Innenfläche 45 der Kappe 14 positioniert ist, oder es könnte ein Festsitz zwischen dem zentralen Stop 35 und dem bewegbaren Teil 36 im mit 46 gezeigten Bereich vorgesehen sein, wenn der bewegbare Teil 36 angehoben wird. Diese beiden Anordnungen und andere geeignete Anordnungen können in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden.
Das bevorzugte Verfahren zum Blockieren des Ablassens von Luft während des Eintreibhubes besteht darin, daß der innere Rand 47 der flexiblen Membran 37 sich dimensionsmäßig weiter nach innen erstreckt als der bewegbare Teil 36 und daß man ihn überlappen und dichtenden Kontakt mit der Umfangssitzfläche 35b des zentralen Stops 35 machen läßt. Luftdruck aus der Druckluftkammer 15 hält den inneren Rand 47 eng dichtend an der Sitzfläche 35b des Stops 35 und dem bewegbaren Teil 36, wodurch Luftverluste verhindert werden. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß der Stop 35 und der bewegbare Teil 36 bezüglich ihrer Größe oder Anordnung nicht präzise sein müssen, da die flexiblen Eigenschatten der Membran 37 Abweichungen kompensieren.
Es ist sehr wohl bekannt, daß jegliche Komponente, die aus einem flexiblen Material hergestellt ist, dazu neigt, sich zu deformieren, wenn eine Kraft auf sie einwirkt. Die flexible Membran 37 der vorliegenden Erfindung ist reltiv dünn und würde sich daher einfach verformen, wenn der Luftdruck auf gegenüberliegenden Seiten ungleich wäre, wenn nicht die Seite, die mit niedrigerem Druck beaufschlagt ist, von einem stärkeren bzw. festeren Material unterstützt wäre. In Fig. 3 ist erkennbar, daß die flexible Membran 37 vollständig von den Innenflächen des Gehäuses 11 (Kappe 14), den Oberflächen des zentralen Stops 35 und den Oberflächen des bewegbaren Ventilteils 36 an der der Atmosphäre ausgesetzten Seite getragen bzw. gestützt wird. Daher wird die flexible Membran 37 nicht in ungetragene bzw. ungestützte Bereiche gedehnt. Befindet sich das Hauptventil 26 in der geschlossenen Stellung, so herrscht an der Oberseite 43 der flexiblen Membran 37 der gleiche Druck, wodurch wieder keine Dehnung auftritt. Dieses Merkmal schaltet das Problem aus, das am häufigsten Fehlverhalten bei diaphragmaartigen Dichtungen bewirkt.
Nachdem das Werkzeug den Eintreibhub durchgeführt hat, wird das Hauptventil 26 wieder, wie in Fig. 2 gezeigt, in seine geschlossene Stellung zurückgesetzt, indem der Hohlraum 29 über die Durchgänge 28 und 28a wieder unter Druck gesetzt wird. Eine O-ringartige Dichtung 48 wird dazu verwendet, um zu verhindern, daß Luft aus dem Hohlraum 29 zwischen dem Gehäuse 11 (Kappe 14) und dem bewegbaren Ventilteil 36 ausströmen kann. Die O- ringartige Dichtung 48 ist aus Bequemlichkeitsgründen gezeigt; sie könnte jedoch eine der vielen kommerziell verfügbaren Dichtungen sein. Wenn das bewegbare Ventilteil 36 die flexible Membran 37 von dem zentralen Stop 35 wegdrückt, dichtet sie wieder gegenüber dem oberen Bereich des Zylinders 24 ab und blockiert Luft von der Druckluftkammer 15. Die zum Antrieb des Kolbens 18 nach unten verwendete Druckluft kann in die Atmosphäre ausströmen, indem sie zwischen den Außenflächen des zentralen Stops 35 und den inneren Oberflächen des bewegbaren Ventilteils 36 über den Auslaßdurchgang 30 und aus der Auslaßöffnung 33 strömt.
Sollte die Luftzuführung keine Verbindung mit dem Werkzeug aufweisen, während das Hauptventil 26 in der offenen Stellung war - wie in Fig. 3 gezeigt -, so würde sich die flexible Membran 37 in ihre geschlossene Stellung am oberen Bereich des Zylinders 24 - wie in Fig. 2 gezeigt -, zurückbewegen. Um sicherzustellen, daß der bewegbare Ventilteil 36 ebenfalls in seine "in Ruhe befindliche" Position zurückkehrt, muß die flexible Membran 37 den bewegbaren Ventilteil 36 nach unten ziehen, wenn sich die flexible Membran 37 rückstellt.
Obgleich andere Verfahren zur Befestigung der flexiblen Membran 37 an dem bewegbaren Ventilteil 36 funktionieren könnten, beispielsweise durch Verwendung von Klebemitteln, besteht das momentan bevorzugte Verfahren darin, die Außenfläche des bewegbaren Ventilteils 36 mit einer kleinen Ausnehmung 49 und die flexible Membran 37 mit einem ähnlichen Vorsprung 50 zu versehen, der in der Ausnehmung 49 sitzt. Zum Zwecke der Wartung kann die flexible Membran 37 leicht entfernt werden, jedoch ist die Haltekraft zwischen der flexiblen Membran 37 und dem bewegbaren Ventilteil 36 größer als die Reibungskräfte zwischen dem bewegbaren Ventilteil 36 und der O- Ringdichtung 48.
Der Aufbau der flexiblen Membran 37 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben. Der Begriff "flexibel" oder "flexibles Material" wird unterschieden von "steif" als Grad des Biegens. Beispiele flexiblen Materials, das für die Hauptabschnitte der flexiblen Membran verwendet werden, sind Gummi oder ein Plastikhytrel, das gummiartige Eigenschaften aufweist.
Der bewegbare Ventilteil 36 des Hauptventils 26 ist aus einem Material, wie beispielsweise Nylon, hergestellt, das gute Abnutzungseigenschaften hat, jedoch einem Biegen oder Dehnen widersteht. Der ringförmige Rand 42 und der untere Abschnitt 42a der flexiblen Membran 37 sind als dickere Abschnitte ausgeformt, da sie beide nur einer geringen Dehnung unterliegen. Es ist jedoch wünschenswert, daß der mittlere Abschnitt 51 dünner ausgeformt wird, um ein Fehlverhalten aufgrund von Ermüdungserscheinungen zu reduzieren.
Der Zyklus des Ventils 26 bei der Verwendung in Eintreibwerkzeugen für Befestigungselemente beläuft sich auf eine Anzahl von 10 bis 15 Zyklen pro Sekunde. Normal ist zu erwarten, daß diese Werkzeuge mehr als eine halbe Million Zyklen betrieben werden können, bevor irgendeine Wartung notwendig wird. Während des Zyklusses verbleibt der obere ringförmige Rand 42 der flexiblen Membran 37 in Kontakt mit dem ringförmigen Rand 41 des Gehäuses 11 (Kappe 14). Obgleich unzählige Möglichkeiten bestehen, um dies zu erreichen, ist das momentan bevorzugte Ausführungsbeispiel so ausgestaltet, daß der obere ringförmige Rand 42 der flexiblen Membran 37 mit einem inneren Umfang versehen ist, der kleiner ist als die passende Oberfläche 41a des ringförmigen Randes 41 des Gehäuses 11 (Kappe 14). Dies ermöglicht einen sicheren und abdichtenden Kontakt dazwischen, wobei eine Druckluftzuführung an das Werkzeug angeschlossen sein kann oder nicht.
Wie zuvor festgestellt wurde, beläuft sich die zu erwartende Lebensdauer der flexiblen Membran 37 auf hunderttausende von Zyklen. Obgleich das Ausgestaltungsprofil und die Materialauswahl die Ermüdungserscheinungen innerhalb der flexiblen Membran 37 reduzieren werden, wird die Fähigkeit des oberen, ringförmigen Randabschnitts 42 abnehmen, seine ursprüngliche Umfangsform und -größe nach längerer Benutzung aufrechtzuerhalten.
Um sicherzustellen, daß sich der obere, ringförmige Randabschnitt 42 nicht erweitert, kann um den Außenumfang herum ein Haltering 52 Verwendung finden, Der Haltering 52 ist aus einem steifen bzw. festen Material, wie beispielsweise Nylon, geformt und weist einen Abschnitt auf, der mit dem Abschnitt 41 ineinandergreift. Der Haltering 52 könnte eine separate Komponente sein; es wäre jedoch das beste, wenn der Haltering 52 und die flexible Membran 37 während des Zusammenbaus oder einer Wartung an dem Werkzeug zusammenbleiben würden.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel sieht vor, zunächst den Haltering 52 "T"-förmig auszubilden mit kleinen Schlitzen 53 im inneren Abschnitt 54. Der Haltering 52 kann dann in eine Form zur Herstellung einer flexiblen Membran 37 eingesetzt werden. Wird das Material in die Form eingegeben, so fließt es in die Schlitze 53. Die fertige, flexible Membran 37 hat einen daran befestigten Haltering 52, und der Haltering 52 wird Teil des oberen, ringförmigen Randabschnittes 42. Die flexible Membran 37 kann ohne Schwierigkeiten installiert werden und behält ihre Form und Elastizität.
Es sei so zu verstehen, daß die Begriffe wie obere, untere, über, nach unten und ähnliches unter Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellten Figuren lediglich zu Zwecken der Klarheit verwendet werden. Während das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt wurde, ist es für den Durchschnittsfachmann selbstverständlich, verschiedenste Änderungen und Modifikationen vornehmen zu können, ohne von dem Bereich dieser Erfindung abzuweichen, die dazu vorgesehen ist, lediglich durch den Bereich der folgenden, beigefügten Ansprüche begrenzt zu sein.

Claims

1. Pneumatisches Eintreibgerät für Befestigungselemente mit

a) einem Gehäuse (11, 12, 14), das darin eine Druckluftkammer (15) beinhaltet;

b) einem Zylinder (24), welcher derart in dem Gehäuse (11, 12, 14) angeordnet ist, daß er sich mit seinem einen Ende in die Druckluftkammer · (15) erstreckt, wobei das erste Ende des Zylinders eine ringförmige Endfläche aufweist;

c) einem Kolben (18), der verschiebbar innerhalb des Zylinders (24) zwecks Hin- und Herbewegung darin angeordnet ist, wobei der Kolben (18) den Zylinder (24) in eine erste Kammer an der Seite des ersten Endes des Zylinders und eine zweite Kammer teilt;

d) einem Eintreib- bzw. Antriebselement (23) für Befestigungselemente, das mit dem Kolben (18) an der Seite der zweiten Kammer verbunden ist;

e) einem Hauptventil, das einen bewegbaren Körper (36), einen Ventilkörper (35) und ein im allgemeinen ringförmiges, flexibles Dichtelement (37) umfaßt, die koaxial zu dem Zylinder angeordnet sind, wobei

e1) der bewegbare Körper (36) eine ringförmige Tragefläche aufweist, die entgegengesetzt zur Endfläche des Zylinders (24) weist,

e2) das Gehäuse (11, 12, 14) und der bewegbare Körper (36) derart ausgestaltet sind, daß ein erster Hohlraum (29) zwischen dem Gehäuse und dem bewegbaren Körper an der Seite des bewegbaren Körpers vorliegt, der entgegengesetzt zur Seite mit der Tragfläche ist;

e3) das Dichtelement (37) am äußeren Umfangsabschnitt mit dem Gehäuse (11, 12, 14) und mit dem bewegbaren Körper (36) an dessen Seite verbunden ist, die in der Nähe der Endfläche des Zylinders ist, wobei der Abschnitt des Dichtelements (37), der sich zwischen der Verbindung mit dem Gehäuse und der Verbindung mit dem bewegbaren Körper erstreckt, als eine Membran zwischen dem ersten Hohlraum (29) und der Druckluftkammer (15) wirkt,

e4) der bewegbare Körper (36) sich in axialer Richtung des Zylinders (24) bewegen kann zwischen einer offenen, von der Endfläche des Zylinders (24) entfernten Stellung, in welcher die erste Kammer mit der Druckluftkammer (15) kommuniziert, und einer geschlossenen Stellung, in welcher das Dichtelement (37) zwischen den bewegbaren Körper (36) und den Zylinder (24) gedrückt ist, so daß ein Kommunizieren zwischen der Druckluftkammer (15) und der ersten Kammer blockiert ist, und wobei ein Ablaßweg durch den bewegbaren Körper (36) und durch das Gehäuse (11, 12, 14) vorgesehen ist, welcher eine Fluidkommunikation zwischen der ersten Kammer und der Atmosphäre herstellt

f) einem Abzugsventil (25) zum Steuern des Hauptventils, das so ausgelegt ist, daß es wahlweise eine Fluidkommunikation bzw. -verbindung des ersten Hohlraumes (29) mit der Atmosphäre oder mit der Druckluftkammer (15) herstellt, so daß durch Betätigen des Abzugsventils (25) Druckluft aus dem ersten Hohlraum (29) abgelassen wird, wobei Druckluft in der Druckluftkammer (15) den bewegbaren Körper (36) in seine offene Stellung zwingt und so in die erste Kammer zum Zwecke des Antriebs des Kolbens (18) strömen kann,

dadurch gekennzeichnet, daß

g) der bewegbare Körper (36) verschiebbar in dem Gehäuse aufgenommen ist, wobei das Gehäuse (11, 12, 14) und der bewegbare Körper (36) derart geformt sind, daß der Membranabschnitt des Dichtelements (37) im wesentlichen getragen wird durch Oberflächen des Gehäuses und des bewegbaren Körpers; und

h) das Dichtelement (37) sich radial nach innen mit einem Abschnitt (47) über die Tragefläche des bewegbaren Körpers (36) erstreckt, um in der offenen Stellung des bewegbaren Körpers (36) den Ventilkörper (35) zu überlappen und dichtenden Kontakt mit diesem herzustellen, wobei der Ventilkörper an dem Gehäuse (11, 12, 14) befestigt ist und sich von diesem innerhalb des bewegbaren Körpers (36) derart erstreckt, daß der Ablaßweg zwischen dem bewegbaren Körper (36) und dem Ventilkörper (35) blockiert ist, wenn sich der bewegbare Körper (36) in seiner offenen Stellung befindet.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegbare Körper (36) einen Ansatz (38) umfaßt, wobei der Ansatz den Ablaßweg (33) öffnet und schließt, wenn das Hauptventil (26) in seiner geschlossenen bzw. offenen Stellung angeordnet ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des bewegbaren Körpers (36) und des Hohlraumes (29) die Bewegungen des beweglichen Körpers innerhalb des Hohlraumes (29) begrenzen, um eine Überbelastung des Dichtelementes (37) während der Bewegung des Hauptventils (26) zu verhindern.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (35) an dem Ende des Gehäuses (11, 12, 14) befestigt ist, das von dem Zylinder (24) entfernt liegt, der Ventilkörper (35) sich von dem Gehäuse (11, 12, 14) über einen zweiten Hohlraum bzw. eine Ausnehmung und eine zylindrische Bohrung innerhalb des bewegbaren Körpers (36) derart erstreckt, daß der Ventilkörper (35), wenn sich der bewegbare Körper (36) in seiner offenen Stellung von dem Zylinder (24) befindet, im wesentlichen die zylindrische Bohrung schließt und eine Umfangsfläche des Ventilkörpers (35) im wesentlichen fluchtend ist mit der Tragefläche des bewegbaren Körpers (36), wobei das Dichtelement (37) in der offenen Stellung des bewegbaren Körpers (36) so von den Oberflächen des bewegbaren Körpers (36) und dem Ventilkörper (35) getragen wird und den Ablaßweg blockiert.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (37) ein ringförmiges, untertassenartig geformtes Element ist und einen inneren Abschnitt (42a) aufweist, der an dem Hauptventil (26) befestigt ist, wobei das Dichtelement (37) über seine Dicken- und Formänderung das Dichtelement (37) und das Hauptventil (26) zusammen in dichtender Beziehung mit dem Zylinder elastisch vorspannt, wenn über dem Dichtelement (37) kein Druckdifferential herrscht.