DE19747139A1 - Elektrisch betriebenes Heft- und Nagelgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Heft- und Nagelgerät mit einem vom Anker einer Elektromagnet­ spule angetriebenen Stößel zum Eintreiben von Nägeln, Klammern und ähnlichen Befestigungsmitteln, das an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist.

Der Elektromagnetspule von mit Netzstrom betriebenen Elektrotackern steht nur ein durch die Elektronik des Gerätes auf den erforderlichen Wert zur Vermeidung von zu großen Netzspannungsschwankungen begrenzter Strom zur Verfügung, der jedoch in dieser den Forderungen der Netzbetreiber genügenden Größe zur direkten Versorgung eines herkömmlichen Elektrotackers nicht ausreicht. Einerseits benötigt die Elektromagnetspule für den Eintreibvorgang einen ausreichend hohen Stromimpuls, doch andererseits darf die zulässige Stromaufnahme aus dem Wechselstromnetz bestimmte vorgegebene Grenzwerte nicht überschreiten, um Netzrückwirkungen und Span­ nungsschwankungen durch die hohe Stromaufnahme beim Eintreibvorgang eines Elektrotackers zu vermeiden. Der Betrieb von mit Netzstrom versorgten Elektrotackern bereitet darüber hinaus insofern Schwierigkeiten, als die Stromflußzeit in der Elektromagnetspule durch die Netzfrequenz auf einen bestimmten Wert begrenzt ist.

Bei den bekannten netzbetriebenen Elektrotackern wird zu Beginn eines mittels einer Impulsgeberelektronik ausgelösten Eintreibvorgangs eine ausgewählte positive Halbwelle der Netzspannung an die die Eintreiborgane antreibende Elektromagnetspule geschaltet. Somit liegt an der Elektromagnetspule bei einem den Eintreibvorgang auslösenden "Schuß" eine im wesentlichen bei Null Volt beginnende, sinusförmig verlaufende Spannung an. Ent­ sprechend der dadurch bedingten geringen Eintreibener­ gie wird der Stößel nur unzureichend beschleunigt. Zwar kann die Eintreibleistung durch Erhöhung der aus dem Netz entnommenen Energie verbessert werden, doch wird dadurch mit der Folge unzulässiger Netzrückwirkungen der aus dem Netz gezogene Spitzenstrom erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Heft- und Nagelgerät der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß die Elektromagnetspule zum Antrieb des mit ihrem Anker verbundenen Stößels ohne nachteilige und unzulässige Netzrückwirkungen über einen ausrei­ chend langen Zeitraum mit einem der erforderlichen hohen Eintreibleistung genügenden Stromimpuls versorgt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem gattungs­ gemäßen Heft- und Nagelgerät in der Weise gelöst, daß in den Netzstromkreis des Gerätes zur Lieferung des Stromimpulses an die Elektromagnetspule ein Gleich­ strom-Energiespeicher geschaltet ist.

Die benötigte hohe Impulsenergie für die Elektromagnet­ spule zur Betätigung des Stößels beim Eintreibvorgang wird somit nicht direkt aus dem Wechselstromnetz entnommen, sondern teilweise von dem begrenzten Strom des Netzes und teilweise vom Strom des zuvor aus dem Wechselstromnetz nach Strombegrenzung und Gleichrich­ tung aufgeladenen Energiespeichers. Damit kann die Elektromagnetspule mit einem hohen Stromimpuls versorgt werden, und zwar ohne unzulässige Spannungsschwankungen im Netz zu verursachen. Außerdem kann durch die vom Netz und damit von der Netzfrequenz unabhängige Liefe­ rung des Stromimpulses die Stromflußzeit in der Elektromagnetspule erweitert werden.

In den Unteransprüchen 2 bis 11 sind vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung für den Betrieb des Elektrotackers mit einem Energiespei­ cher angegeben.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die im Netzstromkreis liegende Elektromagnetspule über eine erste Diode und einen ersten Thyristor mit dem Netz verbunden, während der über einen Ladestromkreis aufladbare Energiespeicher einerseits über eine zweite Diode und andererseits über einen zweiten Thyristor parallel zur Elektromagnetspule in den Netzstromkreis geschaltet ist, wobei die beiden Thyristoren zu Beginn einer positiven Halbwelle zum Anlegen einer zusätzli­ chen Speicherspannung zündbar sind und bei Überschrei­ ten der Speicherspannung durch die Netzspannung der zweite Thyristor sperrbar ist. Bei der Auslösung eines Eintreibvorgangs liegt somit neben der allmählich von Null ansteigenden Netzspannung gleichzeitig die Spannung des zuvor aufgeladenen Energiespeichers direkt an der Elektromagnetspule an. Den Stromfluß durch die Elektromagnetspule übernimmt der Energiespeicher, solange dessen Spannung über der Netzspannung liegt. Sobald die Netzspannung höher als die Speicherspannung ist, wird der Stromfluß über den zweiten Thyristor gesperrt, so daß die Stromzufuhr zur Elektromagnetspule nur noch über das Netz erfolgt. Bei der Auslösung eines Eintreibvorganges (Schuß) steht somit bereits im Phasennulldurchgang der positiven Halbwelle der Netzspannung eine hohe Entreibenergie für eine schnelle Beschleunigung des Stößels durch die Elektromagnetspule zur Verfügung. Auf der anderen Seite kann bei gleicher Eintreibleistung der erforderliche Spitzenstrom reduziert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschema einer elektrischen Schaltung für ein Heft- und Nagelgerät;

Fig. 2 eine detaillierte elektrische Schaltungsanord­ nung auf der Grundlage des in Fig. 1 dargestellten Prinzipschemas;

Fig. 3 eine weitere Schaltungsanordnung mit einem in den Netzstromkreis der Elektromagnetspule geschalteten Energiespeicher zur Zuführung von Speicherenergie zu Beginn der positiven Halbwelle der Netzspannung; und

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Spannungs­ verlaufs mit zusätzlicher Energiezufuhr zu Beginn der positiven Halbwelle der Netzspan­ nung beim Auslösen des Eintreibvorgangs.

Das aus Fig. 1 ersichtliche Prinzipschema gibt im Netzstromkreis mit r1 einen Widerstand an, der zur Vermeidung von zu großen Spannungsschwankungen die maximale Stromaufnahme aus dem Wechselstromnetz auf einen bestimmten Wert begrenzt. Mit n1 ist ein Gleich­ richter zur Gleichrichtung des Stroms und mit ü1 ein Spannungswandler bezeichnet. Ein Kondensator c2 wird aufgrund des durch die Elektronik begrenzten Stroms aus der Netzversorgung als Energiespeicher zur Bereit­ stellung der erforderlichen hohen Impulsenergie für die Elektromagnetspule L2, die den mit dem Anker verbundenen Eintreibstößel des Heft- und Nagelgerätes antreibt, eingesetzt. Eine Bereitschaftslampe h1 zeigt an, ob eine für die benötigte hohe Impulsenergie aus­ reichende Aufladung des Kondensators c2 erreicht ist, während der Magnetspule L2 zugeordnete elektronische Leistungsschalter, z. B. Feldeffekt-Transistoren t2 und t3 den Magnetisierungsstrom der Magnetspule L2 schalten. Die elektronischen Leistungsschalter t2 und t3 werden von dem durch Betätigung eines Geräte­ schalters s2 ausgelösten positiven Ausgangsimpuls einer elektronischen Zeitgeberschaltung, z. B. monostabiler Multivibrator a1 angesteuert.

Gemäß dem Schaltschema nach Fig. 2 erfolgt im Netz­ stromkreis nach der Strombegrenzung durch r1 und dem Gleichrichten des Stroms durch n1 mit dem Widerstand r2, den Dioden d1 und d5 und dem Kondensator c1 die Erzeugung der Steuerspannung. Die Diode d2 und die Wicklung L1, denen der Kondensator c2 nachgeschaltet ist, dienen zur Dämpfung und Entstörung. Der Kondensa­ tor c2 hält das erforderliche Energiepotential für die Magnetspule L2 zum Antreiben des Spulenankers bereit, wobei die Anzeige der ausreichenden Aufladung des Kondensators c2 mit der Bereitschaftslampe h1 über den Spannungsteiler r3, r4 und r5 vorgenommen wird.

Im Spulenstromkreis bilden c3 und r8 eine Schutzbe­ schaltung für die parallelgeschalteten elektronischen Leistungsschalter t2 und t3, während die Freilaufdiode d3 hohe Induktionsspitzen verhindern soll.

Im Ansteuerkreis mit der elektronischen Zeitgeber­ schaltung a1 zur Ansteuerung der elektronischen Leistungsschalter t2 und t3 ist mit einem Schlagkraft- Stellpotentiometer r12 die zeitliche Dauer des Aus­ gangsimpulses der elektronischen Zeitgeberschaltung a1 zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert kontinuierlich einstellbar. Beim Auslösen des Ausgangs­ impulses durch den Geräteschalter s2 wird ein zuvor über r13 auf die Steuerspannung V_DD geladener Konden­ sator c6 über den Geräteschalter s2 und einen Wider­ stand r11 entladen, wobei die positive Flanke eines Spannungsimpulses an r11 das Triggersignal für den Ausgang- bzw. Ansteuerimpuls der Zeitgeberschaltung a1 bildet.

Eine durch den Kondensator c6 und den Widerstand r13 bestimmte Zeitkonstante zur Aufladung des Kondensators c6 verhindert eine zu schnelle Auslösefolge. Die Zenerdiode d4, der Widerstand r9 und der Kondensator c4 stellen eine Schutzbeschaltung für die Feldeffekt- Transistoren t2 und t3 dar. Für andere elektronische Leistungsschalter sind entsprechend andere Schutzbe­ schaltungen erforderlich.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung zur Zuführung von aus dem Wechselstromnetz gespeicherter Energie zur Elektromagnetspule L2' ist in den Netz­ stromkreis des Elektrotackers, der von dem Anschluß L über eine erste Diode D1, einen ersten Thyristor Thy1 und die Elektromagnetspule L2' zum Anschluß N verläuft, ein Ladestromkreis von N über eine vierte Diode D4, eine Drosselspule L1', einen Energiespeicher (Kondensa­ tor) C2' sowie eine dritte Diode D3 zum Anschluß L geschaltet. Der Kondensator C2' im Ladestromkreis ist einerseits über eine zweite Diode D2 und andererseits über einen zweiten Thyristor Thy2 parallel an die Elektromagnetspule L2' im Netzstromkreis angeschlossen.

Bei einer negativen Halbwelle der Netzspannung wird der Kondensator C2' geladen. Die Drosselspule L1' dient dabei der Ladestrombegrenzung. Sobald durch den Geräte­ schalter des Heft- und Nagelgerätes der Eintreibvorgang ausgelöst wird, werden unmittelbar nach Phasennull­ durchgang durch die Elektronik eines nicht dargestell­ ten Impulsgebers der erste Thyristor Thy1 und der zweite Thyristor Thy2 gezündet, so daß an der Elektro­ magnetspule L2' neben der zunächst über die erste Diode D1 und den ersten Thyristor Thy1 anliegenden, von Null ansteigenden Netzspannung gleichzeitig die über die zweite Diode D2 und den ersten Thyristor Thy1 sowie den zweiten Thyristor Thy2 abgegebene hohe Kondensator­ spannung des Kondensators C2' an der Elektromagnetspule L2' anliegt.

Fig. 4 macht mit dem schraffierten Bereich an der Flanke einer positiven Halbwelle der Netzspannung deutlich, daß mit dieser Schaltung beim Auslösen eines "Schusses" beim Phasennulldurchgang zusätzlich zur Netzspannung die Kondensatorspannung und damit insgesamt eine hohe Eintreibenergie zur Verfügung steht.

Sobald die Netzspannung die Kondensatorspannung über­ schreitet, wird der zweite Thyristor Thy2 gesperrt und der Stromfluß zur Elektromagnetspule L2' allein von der Netzspannung übernommen. Die Dioden D1 bis D4 dienen der gegenseitigen Verriegelung des Netzstromkreises und des Ladestromkreises.

Claims (14)

1. Heft- und Nagelgerät mit einem vom Anker einer Elektromagnetspule angetriebenen Stößel zum Eintrei­ ben von Nägeln, Klammern und anderen Befestigungs­ mitteln, das an ein Stromnetz angeschlossen ist und bei dem ein der Magnetspule zugeführter Stromimpuls durch die Elektronik des Geräts begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lieferung des Stromimpulses an die Elektromagnetspule (L2, L2') in den Netzstromkreis des Gerätes ein Gleichstrom- Energiespeicher geschaltet ist.

2. Heft- und Nagelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein Kondensator (c2, C2') ist.

3. Heft- und Nagelgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (c2) ein Gleich­ richter (n1) vorgeschaltet ist und zur Dämpfung und Entstörung eine Diode (d2) und eine Wicklung (L1) vorgesehen sind.

4. Heft- und Nagelgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Steuerspannung (V_DD) ein Widerstand (r2), Dioden (d1, d5) und ein Kondensator (c1) im Netzstromkreis vorgesehen sind.

5. Heft- und Nagelgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (c2) an ein Bereitschaftsanzeigemittel zur Signalisierung seiner ausreichenden Aufladung geschaltet ist.

6. Heft- und Nagelgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereitschaftsanzeige aus einer Bereitschaftslampe (h1) und an diese geschalteter Spannungsteiler (r3, r4, r5) gebildet ist.

7. Heft- und Nagelgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet­ spule (L2) zur Schaltung ihres Magnetisierungsstroms ein elektronischer Leistungsschalter (t2, t3) zugeordnet ist, der von dem positiven Ausgangsimpuls einer elektronischen Zeitgeberschaltung (a1) ansteuerbar ist.

8. Heft- und Nagelgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnetspule (L2) eine Freilaufdiode (d3) zur Vermeidung von Induktionsspitzen zugeordnet ist.

9. Heft- und Nagelgerät nach Anspruch 7, gekenn­ zeichnet durch eine den elektronischen Leistungs­ schaltern (t2, t3) zugeordneten Schutzbeschaltung aus einem Widerstand (r8) und einem Kondensator (c3).

10. Heft- und Nagelgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung des Ausgangsimpulses der elektronischen Zeitgeber­ schaltung (a1) ein Geräteschalter (s2) vorgesehen ist und die Dauer des Ausgangsimpulses durch ein Schlagkraft-Stellpotentiometer (r12) zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert kontinuierlich einstellbar ist.

11. Heft- und Nagelgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Energiespeicher (c2) ein Entladewiderstand (r14) geschaltet ist, der bei Trennung des Gerätes vom Netz den Energiespeicher entlädt.

12. Heft- und Nagelgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Netzstromkreis des Gerätes liegende Elektromagnetspule (L2') über eine erste Diode (D1) und einen ersten Thyristor (Thy1) mit dem Netz verbunden ist, während der über einen Ladestromkreis aufladbare Energiespeicher (C2') einerseits über eine zweite Diode (D2) und andererseits über einen zweiten Thyristor (Thy2) parallel zur Elektromagnetspule (L2') in den Netzstromkreis geschaltet ist, wobei die beiden Thyristoren zu Beginn einer positiven Halbwelle zum Anlegen einer zusätzlichen Speicherspannung gleichzeitig zündbar sind und bei Überschreiten der Speicherspannung durch die Netzspannung der zweite Thyristor (Thy2) sperrbar ist.

13. Heft- und Nagelgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Energiespeicher (C2') im Ladestromkreis eine vierte Diode (D4) und eine Drosselspule (L1') vorgeschaltet sowie eine dritte Diode (D3) nachgeschaltet sind.

14. Heft- und Nagelgerät nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Zündimpulses für die Thyristoren (Thy1, Thy2) eine Impulsgeberelektronik vorgesehen ist.