DE2632413A1

DE2632413A1 - Pulverkraftbetriebenes bolzensetzgeraet mit einer abfangvorrichtung fuer den treibkolben

Info

Publication number: DE2632413A1
Application number: DE19762632413
Authority: DE
Inventors: Peter Jochum; Eugen Dipl Ing Schilter
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1976-07-19
Filing date: 1976-07-19
Publication date: 1978-01-26
Also published as: AU508304B2; ATA516477A; CH618119A5; AT369687B; FR2358961A1; GB1529049A; FR2358961B1; FI771689A; FI65722C; CS244104B2; US4122987A; FI65722B; CA1057901A; JPS5312579A; BE856497A; AU2669677A; SE7708278L; HU178927B; IT1080230B

Description

— 2" "Kolbenbremse"

D R. B E R G D I P L. - I M G. S T A P F DIPL.-ING. SCHWABF Γ'"-.:"R. 3ANDMAIR

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8 MÖNCHEN 80 ■ M A U E R Kl RCH ERSTR. 45

Anwaltsakte 27 296 19.JuIi 1976

HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN (Fürstentum Liechtenstein)

Pulverkraftbetriebenes Bolzensetzgerät mit einer Abfangvorrichtung für den Treibkolben

Die Erfindung betrifft ein pulverkraftbetriebenes Bolzensetzgerät mit einem Lauf, einem darin verschiebbar gelagerten Treibkolben, einem Mündungsrohr und einem zwischen Mündungsrohr und Lauf angeordneten elastischen Dämpfungspaket, wcbei zwischen

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Dämpfungspaket und Lauf ein vom Schaft des Treibkolbens durch— setzbarer Abfangring vorgesehen ist, der beim Vorlaufen des Treibkolbens durch das sich zwischen Kolbenkopf und Abfangring aufbauende Gaspolster gegen das Dämpfungspaket gepresst wird.

Pulverkraftbetriebene Bolzensetzgeräte mit Treibkolben haben unter anderem den erheblichen Vorteil, dass der Treibkolben nach erfolgtem Eintreibvorgang des Bolzens durch geräteseitige Mittel abgefangen werden kann, sodass ein zu tiefes Eindringen des Bolzens in das Aufnahmematerial unterbunden wird. Bei bekannten Geräten läuft der Kolbenkopf nach Erreichen der gewünschten Eindringtiefe des Bolzens an einem Abfangring auf, welcher seinerseits über ein aus hintereinander angeordneten Ringfedern bestehendes Dämpfungspaket gegenüber einem vorderseitigen Mündungsrohr abgestützt ist. Je nach dem Ausmass der dem Treibkolben innewohnenden und abzufangenden kinetischen Rest— energie wird der Treibkolben demnach innerhalb des Federweges des Dämpfungspaketes gestoppt, d.h., dass bei geringer Rest— energie des Treibkolbens nur eine kleine, bei hoher Restenergie jedoch eine grössere Einfederung des Dämpfüngspaketes stattfindet.

Die Ringfedern dieser bekannten Geräte weisen zwei zueinander gegensinnig geneigte kegelige Berührungsflächen auf. Jede dieser Berührungsflächen wirkt mit einer korrespondierend geneigten Berührungsfläche des jeweils benachbarten Ringes zusammen. Die Endringe des Dämpfungspaketes sind halbiert und weisen somit nur eine geneigte Berührungsfläche auf, die mit der jeweils äusseren Berührungsfläche des vordersten bzw. hintersten VoIl-Ringes korrespondiert.

Es sind auch Dämpfungspakete bekannt, deren Innenringe jeweils zwei gegensinnig geneigte Berührungsflächen aufweisen, während die Aussenringe nur eine Berührungsfläche besitzen, die jeweils mit einer korrespondierend geneigten Berührungsfläche eines Innenringes zusammenwirkt.

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Der Abfangring dieser bekannten Geräte wird vom Dämpfungspaket gegen den Lauf gedruckt. Zudem umschliesst der Abfangring den Schaft des Treibkolbens. Auf diese Weise kommt zwischen Abfangring und Lauf sowie zwischen Abfangring und Treibkolben eine Dichtung zustande, die den Aufbau eines Gas— polsters zwischen Kolbenkopf und Abfangring bewirkt, das* während des Vorlaufens des Treibkolbens verdichtet wird. Zur Erhöhung des Druckes des Gaspolsters ist es auch bekannt, nach erfolgtem Beschleunigungsvorgang des Treibkolbens sich vorerst hinter dem Kolbenkopf befindliche Treibgase vor den Kolbenkopf· zu leiten.

Das Verdichten des Gaspolsters während des Vorlaufens des Treibkolbens führt dazu, dass der Abfangring gegen die Kraft des Dämpfungspaketes vom Gaspolster nach vorne verschoben wird und der Kopf des sich wesentlich schneller nach vorne bewegenden Treibkolbens mit hoher Relativgeschwindigkeit auf den sich verschiebenden Abfangring aufläuft. Da die Aufprallgeschwindigkeit des Kolbenkopfes sehr gross ist, treten beim Zusammenstoss dieser beiden Teile hohe Druckspannungen auf, die eine frühzeitige Zerstörung der zusammenwirkenden Teile zur Folge haben. So werden unter anderem auch die nur eine Berührungsfläche aufweisenden Endringe des Dämpfungspaketes bei jedem Bremsvorgang überspannt und dadurch vorzeitig funktionsuntüchtig. Als nachteilig erweist sich aber auch die grosse Masse der bekannten Ringe, da sie der durch das Gaspolster hervorgerufenen axialen Beschleunigung des Abfangringes zu stark entgegenwirkt. Nicht zuletzt deshalb ist die Geschwindigkeit des Abfangringes im Moment des Auftreffens des Kolbenkopfes zu gering, sodass die besagte störende Beaufschlagung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gerät der eingangs genannten Art die Aufprallkräfte des Treibkolbens auf den Abstandring zu minimieren.

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Erfindungsgemäss wird dies dadurch gelöst, dass das Dämpfungspaket aus einer Reihe hintereinander angeordneter Ringpaare besteht, wobei jedes Ringpaar einen Aussen- und einen Innenring aufweist, die· über korrespondierende kegelige Berührungsflächen aneinanderliegen und der Aussenring mit der dem kegelig verjüngten Endbereich der Berührungsfläche zugeordneten Stirnseite den Innenring axial überragt.

Die Ringe der erfindungsgemässen Art weisen nur eine Berührungsfläche auf, sodass deren Gesamtlänge auch nur etwa die Hälfte herkömmlicher Ringe mit zwei Berührungsflächen beträgt. Dadurch besitzen die Ringe gemäss Erfindung auch nur die halbe Masse gegenüber den bekannten. Dies wiederum führt dazu, dass dem durch das vor dem Kolbenkopf befindliche Gaspolster zu beschleunigenden Abfangring beim Beschleunigungsvorgang von diesen Ringen auch nur eine geringe Massenträgheit entgegenwirkt. Der Abfangring erzielt also eine hohe Geschwindigkeit, sodass die relative Aufprallgeschwindigkeit des Kolbenkopfes auf dem Abfangring minimal ist und folglich ebenso die Druckspannungen an den Auflaufflächen. Zerstörung der einander beaufschlagenden Teile wird dadurch unterbunden.

Die erfindungsgemässe Ausbildung des Dämpfungspaketes hat ferner auch den Vorteil, dass die einzelnen Ringe der Ringpaare, insbesondere aber die Endringe, gleichmässig beansprucht und keinesfalls überspannt werden. Dies wirkt sich in erhöhter Lebenserwartung des Dämpfungspaketes aus.

Vorzugsweise sind die Berührungsflächen der hintereinander angeordneten Ringpaare gleichsinnig gerichtet. Dadurch kommen die breiten Stirnseiten des Innen- bzw. Aussenringes der einander jeweils benachbarten Ringpaare unter Druck aufeinanderzuliegen. Beim Einfedern des Dämpfungspaketes tritt so nicht nur an den

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kegeligen Berührungsflächen durch das Ineinanderschieben der Ringe Reibung auf; zusätzlich wird auch erhebliche Reibung an den besagten aufeinandergepressten Stirnflächen erzielt, da beim Einfedern des Dämpfungspaketes der Aussen- bzw. Innenring der benachbarten Ringpaare zueinander auch radial verschoben werden. Die Bremswirkung wird auf diese Weise nennenswert erhöht.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung verjüngen sich die gleichsinnig gerichteten Berührungsflächen der Ringpaare zum Mündungsrohr hin. Dadurch bedarf es nur der Abstützung des Innenringes des hintersten Ringpaares durch den Abfangring, sodass der Abfangring weniger voluminös, d.h. mit kleinerer Masse gestaltet werden kann. Dies wiederum erleichtert das Beschleunigen des Abfangringes. Das Beschleunigen des Abfangringes wird in der ersten Phase aber auch dadurch begünstigt, dass der am Abfangring sich direkt abstützende Innenring zufolge dessen gegenüber dem Aussenring erheblich kleineren Masse dem Abfangring weniger Masseträgheit entgegengesetzt. Als Vorteil kommt ferner die durch das Zusammenwirken des hintersten Innenringes mit dem Abfangring und dem Schaft des Treibkolbens erzielbare bessere Dichtwirkung dazu, die den Aufbau des Gasdruckes vor dem Kolbenkopf und damit das Beschleunigen des Abfangringes zusätzlich positiv beeinflusst.

Mit Vorteil nehmen die Massen der einzelnen Ringpaare vom Lauf zum Mündungsrohr hin zu. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die Ringpaare in kontinuierlicher Abstufung der Masse aneinanderzureihen. Durch die dem Lauf benachbarten Ringpaare kleiner Masse wird sichergestellt, dass dem Abfangring in erster Phase des Beschleunigungsvorganges besonders kleine Trägheitskräfte entgegenwirken. Die Ringpaare mit grosser Masse hingegen sind sehr kraftaufnahmefähig und vermögen die kinetische Energie von Treibkolben und Abfangring in zweiter Phase des Vorlaufens des Abfangringes wirkungsvoll abzufangen. "'■

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Einem weiteren Vorschlag der Erfindung entsprechend nimmt die Grosse der Kegelwinkel der Berührungsflächen der einzelnen Ringpaare proportional der Zunahme der Massen der Ringpaare ab. Auf diese Weise lassen sich bei den Ringpaaren mit grosser als auch kleiner Masse bzw. Querschnitt annähernd gleich grosse Reibflächen erzielen, sodass die Bremswirkung dieserart ausgebildeter Dämpfungspakete ebenso sehr gute Werte gewährleistet. Um jedoch das axiale Ineinanderschieben der einzelnen Ringe nicht zu beeinträchtigen, sollte der Kegelwinkel der Berührungsflächen der Ringpaare kleiner Masse kleiner als 60 Grad sein.

Die Erfindung soll nunmehr anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden und zwar zeigt

Fig. 1 ein Setzgerät in Zündbereitschaftslage, teil— ■ weise im Schnitt,

Fig.. 2 die Vorderpartie eines Setzgerätes gemäss Figur mit einer weiteren Ausführungsform des Dämpfungs- '.-'.- paketes, im Schnitt,

Fig. 3 ein Detail III der Ausführungsform gemäss Figur 2, in vergrösserter Darstellung.

Das in Figur 1 gezeigte Setzgerät weist ein Gehäuse 1 mit einem Zündstift 2 eines nicht näher dargestellten an sich bekannten Zündmechanismus' auf. Ein gesamthaft mit 3 bezeichneter'Lauf ist im Gehäuse 1 axial verschiebbar gelagert,- wobei die Verschieblichkeit durch das Zusammenwirken einer gehäuseseitigen Anschlagschraube 4 mit einer Längsnut 3a des Laufes 3 begrenzt ist. Rückseitig ist in den Lauf 3 eine Kartusche 5 eingesetzt, deren Treibgase nach erfolgter Zündung einen gesamthaft mit 6 bezeichneten Treibkolben im Lauf 3 nach vorne beschleunigen* Während die Führung des Treibkolbens δ"rückseitig über einen Kopf 6a. in einer Laufbohrung 3b erfolgt, ist vorderseitig ein

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Schaft 6b In einem gesamthaft mit 7 bezeichneten Abfangring gelagert. Letzterer ragt mit einem Hals 7a verschiebbar in die Laufbohrung 3b. Auf die Frontpartie des Laufes 3 ist -" eine Hülse 8 geschraubt, die ihrerseits ein Mündungsrohr 9 haltert.

Beim Eintreibvorgang durchsetzt der Schaft 6b das Mündungsrohr 9 und treibt einen zuvor in das Mündungsrohr 9 eingelegten Bolzen aus dem Gerät in einen Aufnahmewerkstoff. Ein aus mehreren gesamthaft mit 11 bezeichneten Ringpaaren bestehendes Dämpfungs— paket stützt sich am Mündungsrohr 9 ab und drückt den Abfangring 7 mit einer Schulter 7b gegen die Stirnfläche des Laufes 3. Die einzelnen Ringpaare 11 sind gleichartig gestaltet und angeordnet.

Jedes Ringpaar 11 weist einen Aussenring 11a und einen Innenring 11b auf, die über eine kegelige Berührungsfläche lic aneinanderliegen. Die Berührungsflächen lic der einzelnen Ringpaare 11 sind gleichsinnig geneigt. Die Ringpaare 11 stossen jeweils mit der breiten Stirnfläche lld eines Aussenringes 11a auf einen Innenring 11b des jeweils angrenzenden vorderen Ringpaares 11. Die Ringpaare 11 sind in einem Rohr 12, das zur Erzielung einer radialen Federung einen Längsschlitz 12a aufweist, gefasst. Dadurch wird unter anderem die Montage erleichtert.

Wird die Kartusche 5 durch den Zündstift 2 gezündet, so beschleunigen die von der Kartusche 5 abgegebenen Explosionsgase den Treibkolben 6. Um die Beschleunigung nicht zu hemmen, muss vorerst ein Komprimieren der vor dem Kopf 6a in der Laufbohrung 3 befindlichen Luft unterbunden werden. Zu diesem Zwecke ist im Lauf 3 eine Abströmöffnung 3c vorgesehen, durch die vor dem Kopf befindliche Luft in einen gehäuseseitigen Ringspalt la und durch diesen in den freien Raum gelangt. Der vorlaufende Kopf 6a überdeckt alsdann die Abströmöffnung 3c, woraufhin die sich hinter dem Kopf 6a befindlichen komprimierten Explosions-

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gase durch einen Ueberströmkanal 3d vor den Kopf 6a gelangen. Bei weiterem Vorlaufen des Treibkolbens 6 überläuft der Kopf 6a auch den Ueberströmkanal 3d, sodass die vor dem Kopf 6a liegenden Gase durch das weitere Vorlaufen des Treibkolbens 6 in der Laufbohrung 3b komprimiert werden, da der Abfangring durch die dichtende Anlage am Lauf 3 und dem Schaft 6b ein Abströmen der Gase verhindert. Sobald der Druck des komprimierten Gases der Federkraft des den Abfangring 7 gegen den Lauf 3 pressenden Dämpfungspaketes erreicht, wird der Abfangring 7 durch das Gaspolster gegen das Dämpfungspaket nach vorne beschleunigt. Im Moment der höchsten Geschwindigkeit des Abfangringes 7 läuft der nacheilende Kopf 6a am Hals 7a auf. Aufgrund der zuvor erzielten hohen Geschwindigkeit des Abfangringes 7 ist die Auflaufgeschwindigkeit des Kopfes 6a und dadurch auch die auftretende Druckspannung nur minimal. Es tritt also keine Beschädigung dieser Teile auf.

Als Weg für das Beschleunigen des Abfangringes 7 und letztlich das Abfangen des Treibkolbens 6 steht eine Strecke "a''zur Verfügung, die im wesentlichen der Summe der axialen Verschiebbarkeit der Ringpaare 11 entspricht. Die Bremskraft des Dämpfungspaketes wird einerseits auf herkömmliche Weise durch die beim Ineinanderschieben der Aussenringe 11a und Innenringe 11b an den kegeligen Berührungsflächen lic auftretende Pressung und dadurch entstehende Reibung erzielt. Andererseits wird die Bremskraft aber auch dadurch vergrössert, dass die breiten Stirnseiten lld der einzelnen Ringe 11a, 11b unter Pressung sich beim Aus— bzw. Einfederungsvorgang gegengerichtet radial verschieben und dadurch eine zusätzliche Reibung auftritt.

Die in Rede stehenden massgeblichen Geräteteile sind so ausgelegt, dass bei maximalem Zusammenpressen des Dämpfungspaketes der in vorderster Stellung gestoppte Treibkolben 6 den Bolzen optimal tief in das Aufnahmematerial eintreibt.

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Die Figur 2 zeigt bei einem Gerät gemäss Figur 1 eine weitere Ausbildungsform eines Dämpfungspaketes. Die in Figur 1 aufscheinenden gleichartig ausgebildeten Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Das Dämpfungspaket gernäss Figur 2 besteht aus Ringpaaren 13 mit unterschiedlicher Höhe. Dadurch weisen die einzelnen Ringpaare auch unterschiedliche Massen auf. Die Masse der Ringpaare 13 nimmt nach vorne hin kontinuierlich zu. Die dem Anschlagring 7 benachbarten Ring— paare 13 kleiner Masse stellen sicher, dass der Anschlagring 7 leichter beschleunigt werden kann und demnach im Moment des Auftreffens des Kopfes 6a, zufolge der hohen erzielten Geschwindigkeit des Anschlagringes 7, der Aufprall des Kopfes 6a minimal ist. Um bei einer solchen Ausbildung des Dämpfungspaketes gegenüber der in Figur 1 dargestellten Form nicht an Reibfläche zu verlieren, sind die Berührungsflächen 13c der Aussenringe 13a bzw. Innenringe 13b mit abnehmender Masse der Ringpaare zunehmend geneigt. Durch die stärkere Neigung der Be rührungsflächen 13c bei den Ringpaaren 13 kleiner Masse bzw. kleinen Querschnittes wird zudem eine ausreichende axiale Belastbarkeit erzielt, da die auf den Aussenring 13a beziehungsweise Innenring 13b radial wirkende Kraftkomponente auf diese Weise klein gehalten wird.

Wie aus Figur 3 zu entnehmen ist, sollte der Kegelwinkel oc der Berührungsflächen 13c kleiner als 60 Grad sein. Auch hier ist die breite Stirnseite 13d der einzelnen Ringe 13a, 13b gegeneinander gedrückt.

Die Funktionsweise des in Figur 2 bzw. 3 gezeigten Dämpfungspaketes entspricht im übrigen der zur Figur 1 erläuterten.

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Claims

Patentansprüche · '

1. Pulverkraftbetriebenes Bolzensetzgerät mit einem Lauf, einem darin verschiebbar gelagerten Treibkolben, einem Mündungsrohr und einem zwischen Mündungsrohr und Lauf angeordneten elastischen Dämpfungspaket, wobei zwischen Dämpfungspaket und Lauf ein vom Schaft'des Treibkolbens durchsetzbarer Abfangring vorgesehen ist, der beim Vorlaufen des Treibkolbens durch das sich zwischen Kolbenkopf und Abfangring aufbauende Gaspolster gegen das Dämpfungspaket gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungspaket aus einer Reihe hintereinander angeordneter Ringpaare (11, 13) besteht, wobei jedes Ringpaar einen Aussenring (11a, 13a) und einen Innenring (11b, 13b) aufweist, die über korrespondierende kegelige Berührungsflächen (lic, 13c) aneinanderliegen und der Aussenring (11a, 13a) mit der dem kegelig verjüngten Endbereich der Berührungsfläche (lic, 13c) zugeordneten Stirnseite (lld, I3d) den Innenring (lib, 13b) axial überragt.

2. Setzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsflächen (lic, 13c) der hintereinander angeordneten Ringpaare (11, 13) gleichsinnig gerichtet sind.

3. Setzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichsinnig gerichteten Berührungsflächen (lic, 13c) der Ringpaare (11, 13) sich zum Mündungsrohr (9) hin verjüngen.

4. Setzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Massen der einzelnen Ringpaare (11, 13) vom Lauf (3) zum Mündungsrohr (9) hin zunehmen.

5. Setzgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grosse des Kegelwinkels ( ) der Berührungsflächen (lic, 13c) der einzelnen Ringpaare (11, 13) proportional zur Zunahme der Massen der Ringpaare (11, 13) abnimmt.

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