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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf explosiv betätigte Werkzeuge
zum Treiben einer Befestigungsvorrichtung wie eines Stifts in ein
Substrat wie Beton oder Stahl gemäß den Oberbegriffen von Ansprüchen 1 und
13, Verfahren zum Zusammenbau eines explosiv betätigten Werkzeugs gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 8 und einen Zündmechanismus
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 14. Ein Beispiel eines solchen Werkzeugs ist aus der
WO 90/08628 bekannt.
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Explosiv
betätigte
Werkzeuge zum Treiben einer Befestigungsvorrichtung wie eines Stifts
in ein Substrat wie Beton oder Stahl umfassen herkömmlicherweise
einen Treibkolben, der beim Zünden
einer Sprengladung entlang dem Lauf des Werkzeugs nach vorne getrieben
wird, um eine Befestigungsvorrichtung im vorderen Ende des Laufs
in das Substrat zu treiben. Werkzeuge dieser Art umfassen herkömmlicherweise
einen Sicherungsmechanismus, bei dem der Zündmechanismus zum Zünden des Werkzeugs
gespannt werden muss, indem das vordere Ende des Laufs gegen das
Substrat gedrückt wird.
Dadurch zieht sich der Lauf eine begrenzte Strecke in das Gehäuse des
Werkzeugs zurück,
und durch diese Bewegung wird wiederum das Werkzeug gespannt, das
dann gezündet
werden kann. Dieser Sicherungsmechanismus ist dazu ausgelegt sicherzustellen,
dass das Werkzeug nur in seiner gegen das Substrat gedrückten Betriebsposition
gezündet werden
kann, und verschiedene Spannmechanismusformen, die auf das Zurückziehen
des Laufs im Werkzeug reagieren, sind Fachleuten an sich wohlbekannt.
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Aus
der internationalen Patentanmeldung
PCT/AU90/00018 (
WO 90/08628 ) ist ein Werkzeug der
gerade oben beschriebenen Art bekannt, bei dem der Zündbolzen
durch einen Drehabzugsstollen in seiner gespannten Position gehalten
wird; der Drehabzugsstollen wird während des Spannens nach hinten
verschoben, indem das vordere Ende des Laufs gegen das Substrat
gedrückt
wird. Der Abzugsstollen nimmt den Zündbolzen während des Spannvorgangs gegen
die Vorspannung der Zündbolzenfeder
mit. Der Abzugsstollen ist seinerseits auf einer Spannstange montiert,
die beim Spannen gegen die Vorspannung einer getrennten Schraubendruckfeder nach
hinten verschoben wird. Diese Schraubenfeder beaufschlagt die Spannstange
und den von ihr getragenen Abzugsstollen nicht nur mit einer Axialvorspannung
in Vorwärtsrichtung,
sondern auch mit einer Dreh- oder Torsionsvorspannung, so dass der Abzugsstollen
in Eingriff mit dem Zündbolzen
geschwenkt wird. Bei bestehenden, sich derzeit in der Produktion
befindlichen Werkzeugen dieser Art sind die Spannstange und der
Zündbolzen
in einem blockartigen Gehäuse
montiert. Die die Spannstange axial und drehungsmäßig vorspannende
Schraubenfeder erstreckt sich von der Spannstange nach hinten und wird
in einer Blindbohrung am hinteren Ende des Gehäuses aufgenommen. Während der
Montage führt das
Einfügen
des hinteren Endes der Feder in die Bohrung zu einer Verdrehung
in der Feder, um die Torsionsvorspannung bereitzustellen. Die auf
diese Weise zu erzielende Verdrehung beträgt üblicherweise höchstens
ungefähr
90°. Daher
muss die Schraubenfeder ihrerseits ausreichend stark sein, um mit
einer Verdrehung von lediglich ungefähr 90° die erforderliche Torsionsvorspannung
bereitzustellen.
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Nach
dem Zünden
des Werkzeugs ist der Treibkolben im vorderen Ende des Laufs, und
es muss entsprechend dafür
gesorgt werden, den Kolben zur Vorbereitung für den nächsten Treibhub in eine rückwärtige Position
im Lauf zurückzusetzen. Bei
vielen vorliegenden Werkzeugen erfolgt das Rücksetzen manuell, indem die
Betriebsperson den Lauf vom Gehäuse
des Werkzeugs nach vorne zieht, während der Kolben gehalten wird,
so dass der Kolben dann in einem hinteren Teil des Laufs liegt,
der dann manuell zurück
in das Gehäuse
gezogen wird. Werkzeuge mit halb- oder vollautomatischen Rückstellsystemen
werden jetzt jedoch allerorts hergestellt. Bei einer Form eines
halbautomatischen Rückstellsystems
wird der Kolben beim Spannen des Werkzeugs rückgestellt, und ein Beispiel
davon wird in der internationalen Patentanmeldung
PCT/AU99/01097 (
WO 00/35638 ) beschrieben. Diese Art
von Rückstellsystem
erfordert notwendigerweise die Aufwendung einer größeren Kraft,
die zum Spannen des Werkzeugs erforderlich ist, da eine oder mehrere
zusätzliche
Federn als Teil des Rückstellmechanismus
eingegliedert werden und während
des Spannens belastet werden. Daher muss das Spannen gegen die kombinierte
Kraft der Feder(n) des Rückstellmechanismus,
der Zündbolzenfeder
und der Spannstangen-/Abzugsstollenfeder erfolgen.
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Es
hat sich herausgestellt, dass die zum Spannen eines solchen Werkzeugs
erforderliche Kraft zuweilen unannehmbar groß sein kann und dass sie deshalb
vorteilhafterweise verringert wird. Es hat sich auch herausgestellt,
dass sich eine angemessene Reduzierung bei der Gesamtfederkraft
erzielen lässt,
ohne den Betrieb des Werkzeugs zu kompromittieren, indem eine schwächere Spannstangenfeder
verwendet wird; vielmehr wird dieser stärker verdreht, um das erforderliche
Drehmoment bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird ein
explosiv betätigtes
Werkzeug zum Treiben einer Befestigungsvorrichtung in ein Substrat
bereitgestellt, wobei das Werkzeug einen Lauf, einen beim Zünden des
Werkzeugs im Lauf verschiebbaren Kolben zum Treiben einer Befestigungsvorrichtung
aus dem vorderen Ende des Laufs in das Substrat beim Zünden einer Ladung
und einen Zündmechanismus
mit einem Zündbolzen
und einem Drehabzugsstollen aufweist, der zwischen einer Position,
in der der Abzugsstollen den Zündbolzen
mitnimmt, und einer Position, in der der Abzugsstollen gelöst ist,
wodurch der Zündbolzen
zur Ladung getrieben wird, um dadurch die Ladung zu zünden, schwenken
kann, wobei der Drehabzugsstollen von einer Spannstange getragen
wird und die Spannstange und der von ihr getragene Abzugsstollen
durch eine an einem Ende bezüglich
der Spannstange und am anderen Ende an einer Montagevorrichtung
verankerte Feder einer Dreh- und
Axialvorspannung unterworfen werden, wobei die Montagevorrichtung
gedreht werden kann, um die Feder auf Torsion zu belasten, und mit
einem Gehäuse
der Spannstange in einer winkelförmigen
Ausrichtung, in der die Torsionsbelastung in der Feder aufrechterhalten
wird, verriegelt werden kann.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung handelt es sich bei der Feder um eine Schraubendruckfeder
und die Montagevorrichtung hat die Form einer hohlen Kappe, in der
ein hinterer Endabschnitt der Feder in Eingriff steht. Die Kappe
ist zum Zusammenwirken mit einem Handwerkzeug ausgebildet, um dessen
Drehung zu erleichtern, damit die Feder mit der erforderlichen Torsionsbelastung
beaufschlagt werden kann; beispielsweise kann die Kappe mit einem
Schraubendreherschlitz oder mit einer hexagonalen Formation zum
Zusammenwirken mit einem Schlüssel
versehen sein.
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Vorzugsweise
hat die Kappe zylindrische Form und kann in einem im Gehäuse ausgebildeten zylindrischen
Durchgang angeordnet werden, wobei die Kappe in einer vorbestimmten
winkelförmigen Ausrichtung
lösbar
im Durchgang verriegelt ist, wie beispielsweise durch eine bajonettartige
Befestigung, um für
die erforderliche Torsionsbelastung zu sorgen. Zum Ausgleich von
Herstellungstoleranzen in der Feder kann die Kappe in einer gewählten von zwei
oder mehr verschiedenen winkelförmigen
Ausrichtungen im Durchgang verriegelt sein, um trotz geringfügiger Unterschiede
bei den Federkennlinien zwischen verschiedenen Federn die erforderlichen Drehmomentverläufe bereitzustellen.
Die bajonettartige Befestigung ist zwar besonders praktisch und
bevorzugt, aber es versteht sich, dass andere Befestigungsarten
verwendet werden können,
die für
eine oder mehrere vorbestimmte winkelförmige Verriegelungspositionen
sorgen können,
beispielsweise Befestigungen mit Einschnappvorgang durch federnde Laschen.
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Vorzugsweise
erstreckt sich die Spannstange nach hinten über den Abzugsstollen hinaus,
und der vordere Endteil der Feder ist über dem Verlängerungsstück angebracht.
Das Verlängerungsstück ist so
lang, dass es für
die Feder angemessene axiale Stützung
bereitstellt.
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Weiter
erfindungsgemäß wird ein
explosiv betätigtes
Werkzeug zum Treiben einer Befestigungsvorrichtung in ein Substrat
bereitgestellt, wobei das Werkzeug einen Lauf, einen beim Zünden des Werkzeugs
im Lauf verschiebbaren Kolben zum Treiben einer Befestigungsvorrichtung
aus dem vorderen Ende des Laufs in das Substrat beim Zünden einer Ladung
und einen Zündmechanismus
mit einem Zündbolzen
und einem Drehabzugsstollen aufweist, der zwischen einer Position,
in der der Abzugsstollen den Zündbolzen
mitnimmt, und einer Position, in der der Abzugsstollen gelöst ist,
wodurch der Zündbolzen
zur Ladung getrieben wird, um dadurch die Ladung zu zünden, schwenken
kann, wobei der Drehabzugsstollen von einer Spannstange getragen
wird und die Spannstange und der von ihr getragene Abzugsstollen
durch eine an einem Ende an der durch die Spannstange und den Abzugsstollen
gebildeten Struktur und am anderen Ende an einer Montagevorrichtung
verankerte Feder einer Dreh- und Axialvorspannung unterworfen werden,
wobei die Montagevorrichtung während
des Zusammenbaus des Zündmechanismus
gedreht werden kann, um die Feder auf Torsion zu belasten, und dann
mit einem Gehäuse
der Spannstange und des Zündbolzens
in einer winkelförmigen
Ausrichtung, in der die Torsionsbelastung in der Feder aufrechterhalten
wird, verriegelt werden kann.
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Weiter
erfindungsgemäß wird ein
Zündmechanismus
für ein
explosiv betätigtes
Werkzeug zum Treiben einer Befestigungsvorrichtung in ein Substrat bereitgestellt,
wobei der Mechanismus eine Spannstange mit einem Abzugs stollen zum
Mitnehmen eines Zündbolzens
aufweist, wobei der Zündbolzen beim
Spannen durch Drehung des Abzugsstollens gelöst werden kann, wobei die Spannstange
und der Abzugsstollen eine Struktur bilden, die durch eine an einem
Ende an der Struktur und am gegenüberliegenden Ende an einer
Montagevorrichtung verankerte Schraubenfeder einer Axial- und Drehvorspannung
unterworfen wird, wobei die Montagevorrichtung während des Zusammenbaus des
Mechanismus gedreht werden kann, um die Feder auf Torsion zu belasten,
und dann mit einem Gehäuse
des Mechanismus in einer winkelförmigen
Ausrichtung, in der die Torsionsbelastung in der Feder aufrechterhalten
wird, verriegelt werden kann.
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Weiter
erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zum Zusammenbau eines explosiv betätigten Werkzeugs zum Treiben
einer Befestigungsvorrichtung in ein Substrat bereitgestellt, wobei
das Werkzeug einen Lauf, einen beim Zünden des Werkzeugs im Lauf verschiebbaren
Kolben zum Treiben einer Befestigungsvorrichtung aus dem vorderen
Ende des Laufs in das Substrat beim Zünden einer Ladung und einen Zündmechanismus
mit einem Zündbolzen
und einem Drehabzugsstollen aufweist, der zwischen einer Position,
in der der Abzugsstollen den Zündbolzen
mitnimmt, und einer Position, in der der Abzugsstollen gelöst ist,
wodurch der Zündbolzen
zur Ladung getrieben wird, um dadurch die Ladung zu zünden, schwenken
kann, wobei der Drehabzugsstollen von einer Spannstange getragen
wird zur Axial- und Drehbewegung damit in einem Gehäuse für den Zündbolzen
und die Spannstange, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Verankern
eines vorderen Endes einer Schraubendruckfeder an der aus der Spannstange
und dem durch sie getragenen Drehabzugsstollen gebildeten Struktur,
Verankern
eines hinteren Endes der Feder an einer Montagevorrichtung,
Drehen
der Montagevorrichtung um die Achse der Schraubenfeder, um die Feder
auf Torsion zu belasten, und
Verriegeln der Montagevorrichtung
an dem Gehäuse in
einer vorbestimmten winkelförmigen
Ausrichtung, in der die Torsionsbelastung in der Feder aufrechterhalten
wird, wodurch die Feder die Spannstange und den Abzugsstollen mit
einer Axialvorspannung in Vorwärtsrichtung
und die Spannstange und den Abzugsstollen mit einer Drehvorspannung
beaufschlagt, um den Abzugsstollen in Eingriff mit dem Zündbolzen
zu schwenken.
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Die
Erfindung ist zwar besonders auf Werkzeuge mit einem Treibkolben-Rückstellmechanismus anwendbar,
der durch Spannen des Werkzeugs betätigt wird, sie lässt sich
jedoch auch auf Werkzeuge ohne einen derartigen Mechanismus anwenden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Perspektivansicht des Zündmechanismus
eines erfindungsgemäßen Werkzeugs,
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2 einen
Querschnitt durch den Mechanismus mit einer Darstellung des Zündbolzens,
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3 einen
weiteren Querschnitt durch den Mechanismus zur Darstellung der Spannstange
und der Spannstangenfeder,
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4 einen
weiteren Schnitt im vergrößerten Maßstab mit
einer Darstellung der Spannstange, der Spannstangenfeder und ihrer
Montagekappe in einem Gehäuse
des Zündmechanismus
und
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5 eine
Darstellung der Spannstange, der Feder und der Montagekappe ohne
Gehäuse
für bessere Übersichtlichkeit.
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Ein
explosiv betätigtes
Werkzeug gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine einen Drehabzugsstollen
tragende Spannstange, wie in der oben erwähnten internationalen Patentanmeldung
PCT/AU90/00018 beschrieben,
und einen Kolbenrückstellmechanismus,
der beim Spannen des Werkzeugs betätigt wird, wie beispielsweise
in der ebenfalls oben erwähnten internationalen
Patentanmeldung
PCT/AU99/01097 beschrieben.
Zur ausführlichen
Erläuterung
der betreffenden Mechanismen wird auf diese internationalen Patentanmeldungen
verwiesen. Die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Verbesserung bezieht
sich auf das Montagesystem für
die Spannstangenfeder, und nur dieser Aspekt wird im Einzelnen in
Verbindung mit verwandten Aspekten des Zündmechanismus beschrieben.
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1 bis 3 zeigen
den grundlegenden Zündmechanismus
eines Werkzeugs gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung. Der Mechanismus umfasst ein blockartiges Gehäuse 2,
in dem der Zündbolzen 3 montiert
ist, und eine Spannstange 4, die vor dem Gehäuse 2 vorragt
und an ihrem vorderen Ende einen radialen Arm 6 hat, um
im gespannten Zustand (in dem die Spannstange 4 aus der
in 1 gezeigten Position in das Gehäuse 2 zurückgezogen
ist) mit einem Abzugsglied 8 zusammenwirken zu können. Das
Glied wird durch Niederdrücken
eines Abzugs 10 betätigt,
damit sich die Spannstange 4 und auch ein Abzugsstollen 11 drehen,
die von der Spannstange 4 zur Drehung mit dieser getragen
wird, um dadurch den Zündbolzen 3 zu lösen. 1 zeigt
auch einen Ladungsstreifen 12, der eine Reihe von Sprengladungen 14 trägt; wenn der
Zündbolzen 3 durch
den Abzugsstollen 11 gelöst wird, zündet er die in der Betriebszündposition
angeordnete Sprengladung. 1 zeigt
auch ein Schaltsystem zum Weiterschalten des Ladungsstreifens 12,
damit an der betrieblichen Zündposition
aufeinanderfolgende Ladungen 14 vorliegen; dieser Schaltmechanismus
ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung und wird nicht weiter
beschrieben.
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Durch
die mit 16 bezeichnete Spannstangenfeder wird die Spannstange 4 in
Vorwärtsrichtung mit
einer axialen Vorspannung sowie mit einer Drehvorspannung beaufschlagt,
um den Abzugsstollen 11 in Eingriff mit einem Anschlag
des Zündbolzens 3 zu drehen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die Spannstangenfeder 16 als relativ schwache Feder unter
axialem Druck ausgeführt,
da die Spannstange 4 bei der Betätigung des Werkzeugs mit keiner
hohen axialen Last beaufschlagt werden muss. Die Feder 16 muss
die Spannstange 4 jedoch mit einem relativ großen Drehmoment
beaufschlagen, um einen zufriedenstellenden und sicheren Betrieb
des Zündmechanismus
zu gewährleisten.
Diese Merkmale werden bei der bevorzugten Ausführungsform durch die Verwendung
einer relativ langen Druckfeder erzielt, die dann mit einer Verdrehung
geeigneten winkelförmigen
Ausmaßes
beaufschlagt wird, um die erforderliche Drehmomentbelastung zu erzielen.
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Die
Spannstange 4 hat ein beträchtliches hinteres Verlängerungsstück 4a,
das über
den Abzugsstollen 11 hinausgeht (siehe insbesondere 4 und 5),
und dieses Verlängerungsstück stellt
eine Stütze
für einen
beträchtlichen
Teil der Länge
der Feder 16 bereit, um sicherzustellen, dass die Feder 16 trotz
ihrer Länge
und ihrer relativ niedrigen Kraftverläufe in axialer Kompression
axial richtig auf die Spannstange 4 ausgerichtet bleibt.
An seinem vorderen Ende ist der die Feder 16 bildende Draht 16a in
der axialen Öffnung
im Drehabzugsstollen 11 verankert. Der hintere Teil der
Feder 16 befindet sich in der Bohrung einer hohlen zylindrischen
Kappe 18 und ist an einer hinteren Endwand 18a der
Kappe 18 verankert, indem der Federdraht 16b in
einer axialen Öffnung
in dieser Endwand 18a in Eingriff steht, wobei die Kappe
dadurch eine Montagevorrichtung für das hintere Ende der Feder 16 bildet.
Die Kappe 18, in der der hintere Teil der Feder 16 festgehalten
ist, ist mittels einer bajonettartigen Befestigung in einem zylindrischen
Durchgang im Gehäuse 2 montiert;
die bajonettartige Befestigung umfasst gegenüberliegende Laschen 20 an
der Außenfläche der
Kappe 18, die in axialen Nuten in der Innenfläche des
Durchgangs (oder umgekehrt) in Eingriff kommen können. Aus 3 und 4 ist
ersichtlich, dass das hintere Ende des Spannstangenverlängerungsstücks 4a in der
Nähe des
vorderen Endes der Kappe 18 liegt, so dass die Feder 16 fast
entlang ihrer gesamten Länge durch
das Spannstangenverlängerungsstück 4a und die
Kappe 18 gestützt
ist, um eine Fehlausrichtung während
des Spannens zu vermeiden. Wenn das Verlängerungsstück 4a während des
Spannens nach hinten verlagert wird, geht es in die Bohrung der
Kappe 18 hinein.
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Die
Laschen 20 und Nuten sind so positioniert, dass die Kappe 18 um
einen vorbestimmten Winkel gedreht werden muss, wenn die Feder 16 an ihrem
vorderen Ende mit dem Abzugsstollen 11 und an ihrem hinteren
Ende mit der Kappe 18 verbunden worden ist; erst dann sind
die Laschen 20 auf die Nuten von hinten ausgerichtet, und
die Kappe 18 kann dadurch von hinten in den zylindrischen
Durchgang geschoben werden. Durch diese Drehung wird die Feder 16 verdreht
und dadurch torsionsmäßig gespannt,
um die erforderliche Torsionsvorspannung bereitzustellen. Der Winkel,
in dem die Feder 16 verdreht werden muss, hängt von
der tatsächlichen Kennlinie
der Feder ab, beträgt
aber üblicherweise mindestens
ungefähr
180°, beispielsweise
ungefähr 210°. Zur Erleichterung
des Verdrehvorgangs hat die Endwand 18a der Kappe 18 außen einen
Schlitz zur Aufnahme des Schraubendrehers; alternativ kann der hintere
Endabschnitt außen
eine hexagonale oder andere Form haben, um mit einem Schlüssel zusammenzuwirken.
Wenn die Kappe 18 voll in den zylindrischen Durchgang im
Gehäuse
eingeführt
ist, treten die Laschen 20 in verbreiterte Endzonen der Nuten
ein und die Kappe 18 wird dann durch eine leichte Drehung
der Kappe 18 unter dem Einfluss der Federvorspannung verankert.
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In
der Praxis kann die Kappe 18 aufgrund von Herstellungstoleranzen,
die bei der Feder wahrscheinlich vorkommen, in einer ausgewählten einer Reihe
von winkelmäßig beabstandeten
Ausrichtungen, die durch mehrere Paare Nuten in dem Durchgang bereitgestellt
werden, in den zylindrischen Durchgang im Gehäuse eingeführt werden. In diesem Fall
wird die Feder 16 zum erforderlichen Drehmoment verdreht,
wie beispielsweise durch einen Drehmoment-Schraubendreher bestimmt,
und wenn das erforderliche Drehmoment erreicht worden ist, wird
die Kappe 18 weiter gedreht, damit sie auf das nächstverfügbare Paar
Nuten ausgerichtet ist, das winkelmäßig relativ wenig von der Position
des optimalen Drehmoments verschoben ist.
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Die
im Einzelnen beschriebene Spannstangenfederanordnung ist zwar besonders
auf ein Werkzeug mit einem Kolbenrückstellmechanismus anwendbar,
der beim Spannen des Werkzeugs betätigt wird, kann aber auch bei
Werkzeugen zum Einsatz kommen, die diese Einrichtung nicht aufweisen
und bei denen es wünschenswert
ist, die Kräfte
zu reduzieren, mit denen das Werkzeug zum Spannen beaufschlagt werden
muss.
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Die
Ausführungsform
wurde lediglich beispielhaft beschrieben; Modifikationen im Rahmen
der durch die Ansprüche
definierten Erfindung sind möglich.