DE10105882A1 - Kolbenhalterung - Google Patents

Abstract

Kolbenhalterung, insbesondere für einen Treibkolben (8) eines Setzgeräts, mit einem gerätefesten Bauteil (7), welches eine an den Treibkolben (8) angrenzende und diesen umlaufende Nut (15) aufweist, die in Vorlaufrichtung des Treibkolbens (8) seichter wird, und mit einer in Form eines O-Rings zusammengefügten Schraubenzugfeder (21), die in der Nut (15) liegt und den Treibkolben (8) konzentrisch umgibt. Durch diese Schraubenzugfeder (21) läßt sich der Treibkolben (8) in einfacher Weise zurück in seine Zündbereitschaftsstellung überführen, sofern er diese vor Zündung verlassen haben sollte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenhalterung gemäß der im Anspruch 1 genann­ ten Art.

Aus der EP 0 346 275 B1 ist bereits ein pulverkraftbetriebenes Setzgerät mit einer Kolbenführung und einem darin verschiebbaren Treibkolben bekannt, wobei in der Kolbenführung eine zum Treibkolben hin radial offene Ausneh­ mung mit am Treibkolben anliegenden Bremskugeln und einer Feder für die Bremskugeln vorgesehen ist. Die Feder ist als ein eine radial zum Treibkolben hin wirkende Federkraft ausübender Federring ausgebildet, wobei an dessen Innenkontur eine auf die Bremskugeln einwirkende Abstützfläche angeordnet ist, die zur Kolbenachse unter Bildung eines spitzen, sich entgegen der Ein­ treibrichtung öffnenden Winkels geneigt ist.

In Zündbereitschaftsstellung liegen die Bremskugeln unter Abstützung am Federring an der Mantelfläche des Schafts des Treibkolbens an. Verschiebt sich der Treibkolben in Eintreibrichtung, so nimmt dieser mit Beginn des Verschie­ bens die Bremskugeln unter Abrollen in Eintreibrichtung mit. Die Bremskugeln spannen dabei den Federring, wobei die Abstützfläche die radiale Federkraft des Federrings über die Bremskugeln in den Treibkolben einleitet. Die vom Fe­ derring radial gegen den Schaft des Treibkolbens gedrückten Bremskugeln üben somit eine Bremswirkung auf den Treibkolben aus. Bereits durch gering­ fügiges Verschieben des Treibkolbens nach hinten kann die Bremswirkung auf­ gehoben werden, indem die Bremskugeln entgegen der Eintreibrichtung wan­ dern und der Federring sich entspannt. Nach dem Entspannen des Federrings drückt dieser die Bremskugeln nicht mehr gegen den Schaft des Treibkolbens.

Die bekannte Kolbenhalterung hat einen relativ komplizierten Aufbau, da zu ihr die mehreren Bremskugeln, der Federring und weitere axial wirkende Fe­ dern gehören, die die jeweiligen Bremskugeln beaufschlagen und in Richtung des Federrings drücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenhalterung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfacheren Aufbau aufweist und damit kostengünstiger in der Herstellung und leichter zu montieren ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Eine Kolbenhalterung nach der Erfindung eignet sich z. B. zum Abbremsen ei­ nes Treibkolbens eines Setzgeräts, das etwa als pulverkraftbetriebenes Setzge­ rät oder als ein solches ausgebildet ist, das durch Zünden eines Luft-/Brenn­ stoffgemisches angetrieben wird. Dabei gehören zur erfindungsgemäßen Kol­ benhalterung ein gerätefestes Bauteil, welches eine an den Treibkolben angren­ zende und diesen umlaufende Nut aufweist, die in Vorlaufrichtung des Treib­ kolbens seichter wird, sowie eine in Form eines O-Rings zusammengefügte Schraubenzugfeder, die in der Nut liegt und den Treibkolben konzentrisch um­ gibt.

Die zu einem O-Ring zusammengefügte Schraubenzugfeder sitzt mit geringer Anlagekraft und geringer Reibung z. B. auf dem Schaft des Treibkolbens und erstreckt sich mit ihrer Längsrichtung in Umfangsrichtung der den Treibkol­ benschaft umlaufenden Nut. Dabei ist die Anlagekraft der Schraubenzugfeder gering, da sie in Umfangsrichtung der Nut bzw. des Kolbenschafts relativ lang ist. Ihre Federkonstante ist daher klein. Der kleine Torusdurchmesser der Schraubenzugfeder liegt zunächst in dem erweiterten Bereich der Nut, die in Vorlaufrichtung des Treibkolbens seichter wird. Die Nut ist also zu der den Treibkolben aufnehmenden Kolbenführung hin offen und weist eine vom Treib­ kolben abgewandte Grundfläche auf, die sich in Eintreibrichtung bzw. Vorlauf­ richtung des Kolbens diesem nähert. Wird der Treibkolben ohne Zündung in Vorlaufrichtung verschoben, so nimmt die anfangs kleine Reibungskraft die Schraubenzugfeder in den seichten Teil der umlaufenden Nut mit. Dort wird die Schraubenfeder radial verformt. Das erhöht die Reibungskraft zwischen Schraubenfeder und Treibkolben. Entfällt die Kraft, die den Treibkolben nach vorne zu drücken versucht, so rollt die Schraubenfeder durch ihre Federkraft wieder zurück. Sie nimmt dabei den Treibkolben in begrenztem Ausmaß mit, um ihn auf diese Weise wieder in seine Zündbereitschaftsstellung zu bringen.

Erfolgt ein tatsächlicher Zündvorgang, so wird, nachdem die Schraubenzugfe­ der vom Treibkolben in den seichten Bereich der umlaufenden Nut mitgenom­ men worden ist, die Reibungskraft zwischen Schraubenzugfeder und Treibkol­ ben überwunden und der Kolben ausgetrieben. Außerdem wird die Reibungs­ kraft durch die Federeigenschaften der Schraubenzugfeder so begrenzt, daß kein Teil zu Bruch geht. Die Reibungskraft wird so in einem vorhersehbaren Bereich gehalten. Diese Reibungskraft bremst den Treibkolben, wie beabsich­ tigt. Der Kolbenrücklauf wird durch die Schraubenzugfeder nicht behindert, da sich die Reibung zwischen Schraubenzugfeder und Treibkolben bei dieser Be­ wegung rasch sehr stark verringert, weil hierbei die Schraubenzugfeder in den tieferen Bereich der Nut transportiert wird und schließlich nicht mehr gegen den Treibkolben drückt.

Die Kolbenhalterung nach der Erfindung ist sehr einfach herzustellen und leicht zu montieren. Sie ist daher preiswert und außerdem wartungsarm.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind zur Bildung des O-Rings Enden einer Schraubenzugfeder ineinander geschraubt. Je nach Einschraubtiefe der genannten Enden läßt sich daher die Reibungskraft zwischen Schraubenzugfeder und Treibkolben voreinstellen.

Die in Form eines O-Rings vorhandene Schraubenzugfeder kann aber auch aus zwei gleich langen, miteinander verbundenen oder ineinandergeschraubten Teilstücken bestehen.

Im Bereich der Verschraubung ist die eingangs genannte Schraubenzugfeder relativ steifer als in den restlichen Bereichen. Dies führt dazu, daß die Kräfte, welche die Schraubenzugfeder auf den Kolbenschaft ausübt, nicht mehr zen­ tralsymmetrisch sind. Der Kolbenschaft würde dann radial gegen die Bohrung einer Kolbenführung gedrückt werden, wodurch zusätzliche Reibungskräfte entstehen würden, welche sich insbesondere beim Kolbenrücklauf nachteilig auswirken würden.

Besteht daher die Schraubenzugfeder aus zwei gleich langen, ineinanderge­ schraubten Teilstücken, so tritt dieses Problem nicht mehr auf, da sich jetzt Unsymmetrien, die um 180° in Umfangsrichtung versetzt zueinander sind, ge­ genseitig kompensieren.

Das Zusammenschrauben bei der zweiten Schraubstelle erfolgt so, daß die Schraubenzugfeder vor dem Zusammenfügen in Gegenrichtung verdreht wird. Dann werden die Federenden zusammengesteckt und die Verdrehung ent­ spannt sich. Dabei werden die Federenden ineinander verschraubt. Sie lösen sich nicht mehr von selbst, da sich die Feder mit ihrer Elastizität gegen das Aufschrauben wehrt.

Um die Lebensdauer der Schraubenzugfeder zu erhöhen, kann diese aus Feder­ draht mit rechteckigem Querschnitt oder aus einem durch Litzen aufgebauten Seil hergestellt sein. Dadurch kann mehr Verschleißmaterial zur Verfügung ge­ stellt werden. Andererseits wird bei einer aus einem Seil hergestellten Schrau­ benzugfeder eine gewisse Redundanz erhalten, was bedeutet, daß sie nicht so schnell bricht, wenn eine Litze durchgescheuert oder gebrochen ist.

Die Lebensdauer der Schraubenzugfeder läßt sich auch dadurch erhöhen, daß sie mit einer Beschichtung versehen wird. Hier kann es sich z. B. um eine TiN- Beschichtung, eine TiC-Beschichtung oder eine Beschichtung aus diamantartigem Kohlenstoff und dergleichen handeln. Derartige Beschichtungen sind rela­ tiv hart und vergrößern damit die Stabilität der Schraubenzugfeder. Die ge­ nannten Beschichtungen können z. B. durch Aufdampfen im Vakuum herge­ stellt werden, so daß sie sich relativ kalt auftragen lassen. Dadurch wird ver­ mieden, daß die Wärmebehandlung der Schraubenzugfeder leidet.

Man könnte auch daran denken, den Kolbenschaft selbst zu entkohlen. Das er­ höht nicht nur die Lebensdauer des Kolbenschafts, es kann auch bewirken, daß der Kolbenschaft weicher ist als die Feder. Damit vergrößert sich die Le­ bensdauer der Feder.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein teilweise im Schnitt dargestelltes Setzgerät zur Aufnahme der er­ findungsgemäßen Kolbenhalterung;

Fig. 2 den Zustand der Kolbenhalterung vor einem Setzvorgang;

Fig. 3 den Zustand der Kolbenhalterung bei einem Setzvorgang;

Fig. 4 eine noch nicht zu einem O-Ring verschraubte Schraubenzugfeder; und

Fig. 5 zwei zu einem O-Ring miteinander verschraubte Schraubenzugfedern nach Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt ein Setzgerät, das etwa als pulverkraftbetriebenes Setzgerät ausgebildet ist, aber auch ein solches sein kann, bei dem zum Antrieb des Treibkolbens ein Luft-/Brenngasgemisch gezündet wird. Das in Fig. 1 darge­ stellte Setzgerät verfügt über ein Gehäuse 1 mit Handgriff 2 und Trigger 3. Mit dem eintreibrichtungsseitigen Ende des Gehäuses 1 ist eine Anschlagmuffe 4 verschraubt. Im Gehäuse 1 ist eine zweiteilige Kolbenführung 5 verschiebbar gelagert. Die Kolbenführung 5 besteht aus einem hinteren Teil 6 und einem vorderen Teil 7. In der Kolbenführung 5 befindet sich ein Treibkolben 8 mit ei­ nem im Teil 6 geführten Kopf 9 und einem im Teil 7 geführten Schaft 10. In eine Führungsbohrung 11 des Teils 6 mündet hinterseitig ein Zuströmkanal 12 für die Expansionsgase einer Pulvertreibladung. Vorderseitig weist das Teil 6 Durchbrüche 13 zum Ableiten der vor dem Kopf 9 befindlichen Luft beim Vor­ laufen des Treibkolbens 8 auf. Der vordere Endbereich des Teils 6 übergreift konzentrisch den hinteren Bereich des Teils 7. Das Teil 7 überragt die An­ schlagmuffe 4 nach vorn und bildet so ein Mündungsrohr. Das hintere Ende des Teils 7 kann in Form eines rohrförmigen Fortsatzes in die Führungsboh­ rung 11 hineinragen und so einen den Vorlaufweg des Treibkolbens 8 begren­ zenden Anschlag bilden.

Dort, wo das vordere Ende des Teils 6 das hintere Ende des Teils 7 übergreift, ist ein Bereich 14 zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Kolbenhalterung vor­ gesehen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den Aufbau der Kolbenhalterung im Bereich 14. Im hin­ teren Abschnitt des Teils 7 befindet sich eine in Umfangsrichtung des Schafts 10 des Treibkolbens 8 verlaufende Nut 15, die in Richtung zu einem Führungs­ kanal 16 hin offen ist, in welchem der Schaft 10 geführt ist. Die Umfangsnut 15 weist eine Grundfläche 17 und Seitenwände 18 und 19 auf, wobei die Sei­ tenwände 18 und 19 vertikal zu einer Längsachse 20 des Schafts 10 stehen. Dabei weist die am mündungsseitigen Ende des Setzgeräts liegende Seitenwand 18 eine geringere radiale Höhe auf als die zum hinteren Ende des Setzgeräts verschobene Seitenwand 19. Die Grundfläche 17 bildet somit eine Konusfläche, wobei die Nut 15 in Richtung zum mündungsseitigen Ende des Setzgeräts seichter wird.

Innerhalb der Nut 15 liegt eine Schraubenzugfeder 21, die sich entlang der Umfangsnut 15 erstreckt und somit koaxial zum Schaft 10 angeordnet ist. Da­ bei ist die Schraubenzugfeder 21 mit ihren Enden ineinandergesteckt.

Die Fig. 4 zeigt den Aufbau des Schraubenzugfeder 21. Ein Ende 22 ist ver­ jüngt ausgebildet und weist einen geringeren Wickeldurchmesser auf als der Rest der Schraubenzugfeder 21, wobei dieses verjüngte Ende 22 nach Umbie­ gen der Schraubenzugfeder 21 in deren rückseitiges Ende hineingeschraubt ist. In dieser Weise kommt die Schraubenzugfeder 21 in der Nut 15 zu liegen, wie die Fig. 2 erkennen läßt. Hier ist die Schraubenzugfeder 21 an der rechten Seitenwand 19 positioniert, wo sie so viel Raum zur Verfügung hat, daß sie noch nicht radial in Wickelrichtung gesehen zusammengedrückt wird. Somit übt die Schraubenzugfeder 21 in dieser Position noch keinen oder nur einen sehr geringen Druck auf den Schaft 10 aus.

Wird der Schaft 10 in Richtung zum mündungsseitigen Ende des Setzgeräts be­ wegt, der Treibkolben 8 also in Vorlaufrichtung verschoben, so nimmt die an­ fangs sehr kleine Reibungskraft zwischen Schraubenzugfeder 21 und Schaft 10 die Schraubenzugfeder 21 in den seichten Teil der Nut 15 mit. Auf ihrem Weg dorthin wird die Schraubenzugfeder mehr und mehr radial verformt. Das er­ höht die Reibkraft gegen den Schaft wesentlich. Wird die gesamte beim Zünden des Setzgeräts erzeugte Energie zum Antrieb des Treibkolbens 8 bereitgestellt, so wird durch den Schaft 10 die Reibkraft der Schraubenzugfeder überwunden und der Treibkolben ausgetrieben. Entfällt die Kraft, die den Treibkolben 8 nach vorn zu drücken versucht, so rollt die Schraubenzugfeder durch ihre Fe­ derkraft wieder zurück. Sie nähert sich dann wieder der Seitenwand 19 und gibt somit sehr schnell den Schaft 10 frei, so daß der Kolbenrücklauf nach ei­ nem Setzvorgang relativ reibungsarm erfolgt. Die Schraubenzugfeder 21 behin­ dert somit diesen Kolbenrücklauf praktisch nicht. Wird dagegen der Treibkol­ ben 8 ohne Zündvorgang etwa beim Aufsetzen des Setzgeräts gegen einen Ge­ genstand aus seiner Zündbereitschaftsstellung in Richtung zur Mündung be­ wegt, so kann durch die Wirkung der Schraubenzugfeder 21 der Kolben wieder in seine Zündbereitschaftsstellung zurückgeführt werden. Die Fig. 3 zeigt den Beginn dieser Rückführbewegung des Treibkolbens 8 durch die Wirkung der radial gestauchten Schraubenzugfeder 21.

Die Fig. 5 zeigt zwei Schraubenzugfedern 21 und 23 gleicher Länge, die zu ei­ nem O-förmigen Ring zusammengesteckt sind. Das verjüngte Ende 22 der Schraubenzugfeder 21 ist dabei in das weite Ende der Schraubenzugfeder 23 hineingeschraubt, während ein verjüngtes Ende der Schraubenzugfeder 23 in den weiten Bereich der Schraubenzugfeder 21 hineingeschraubt ist. Durch den Aufbau einer solchen Schraubenzugfeder 21, 23 wird eine unsymmetrische Be­ lastung des Schafts 10 des Treibkolbens 8 vermieden.

Claims (9)

1. Kolbenhalterung, insbesondere für einen Treibkolben (8) eines Setzge­ räts, mit einem gerätefesten Bauteil (7), welches eine an den Treibkolben (8) angrenzende und diesen umlaufende Nut (15) aufweist, die in Vorlaufrichtung des Treibkolbens (8) seichter wird, und mit einer in Form eines O-Rings zu­ sammengefügten Schraubenzugfeder (21), die in der Nut (15) liegt und den Treibkolben (8) konzentrisch umgibt.

2. Kolbenhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines O-Rings Enden einer Schraubenzugfeder (21) ineinanderge­ schraubt sind.

3. Kolbenhalterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Form eines O-Rings vorhandene Schraubenzugfeder aus zwei gleich langen, in­ einandergeschraubten Teilstücken (21, 23) besteht.

4. Kolbenhalterung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenzugfeder (21) aus Federdraht mit rechteckigem Querschnitt besteht.

5. Kolbenhalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenzugfeder (21) aus einem durch Litzen auf­ gebauten Seil hergestellt ist.

6. Kolbenhalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenzugfeder (21) eine Beschichtung trägt.

7. Kolbenhalterung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine solche aus TiN, TiC oder diamantartigem Kohlenstoff ist.

8. Kolbenhalterung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine durch Aufdampfen im Vakuum hergestellte Be­ schichtung ist.

9. Kolbenhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schraubenzugfeder (21) aus härterem Material als der Treib­ kolben (8) besteht.