EP2397274A2 - Elektrisch betätigbares Bolzensetzgerät - Google Patents

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Publication number
EP2397274A2
EP2397274A2 EP11166691A EP11166691A EP2397274A2 EP 2397274 A2 EP2397274 A2 EP 2397274A2 EP 11166691 A EP11166691 A EP 11166691A EP 11166691 A EP11166691 A EP 11166691A EP 2397274 A2 EP2397274 A2 EP 2397274A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bolt setting
bolt
supply device
tool according
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11166691A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2397274A3 (de
Inventor
Klaus Bertsch
Stefan Mayer
Wolfgang Beck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP2397274A2 publication Critical patent/EP2397274A2/de
Publication of EP2397274A3 publication Critical patent/EP2397274A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25C—HAND-HELD NAILING OR STAPLING TOOLS; MANUALLY OPERATED PORTABLE STAPLING TOOLS
    • B25C1/00—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices
    • B25C1/06—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by electric power

Definitions

  • the invention relates to an electrically actuable bolt setting device comprising an electric drive motor which is drivable by an electrical power supply device and outputs drive energy to a buffer, which can buffer the drive energy and deliver abruptly in a setting process to set a bolt.
  • the electrically actuable bolt setting device is preferably a hand-held tacker, as described in the German Offenlegungsschriften DE 10 2006 000 517 A1 and DE 10 2006 035 460 A1 is disclosed. That in the German publication DE 10 2006 035 460 A1 disclosed tackler comprises in addition to a trigger switch at least one further switching means for the locking device, via which a locking device is independent of the trigger switch in a release position can be transferred. By this measure, it is possible to transfer a drive spring element independent of an actuation of the trigger switch by transferring the locking device in the release position in its relaxed position, so that they are not fatigued for prolonged disuse.
  • the further switching means may be a time switching means or a main switch, via which the tacker is switched on and off, so that when switching off the tacker on this main switch, the drive spring element is automatically transferred by operating the locking device in the relaxed position.
  • the object of the invention is to increase the safety in the operation of electrically actuated bolt devices on.
  • an electrically actuable bolt setting device which comprises an electric drive motor, which can be driven by an electrical power supply device and delivers drive energy to an intermediate store, which can temporarily store the drive energy and deliver it abruptly during a setting process in order to set a bolt
  • the bolt setting device comprises a safety mechanism by means of which the electric power supply device can be coupled or coupled to the bolt setting device such that the buffer is automatically transferred from a memory state into a defined idle state when the electric power supply device is disconnected from the bolt setting device.
  • the safety mechanism of the cache is then transferred to its defined idle state, if the electrical power is deliberately interrupted by the user or by an error.
  • the transfer of the buffer into the idle state is carried out automatically by the security mechanism according to the invention.
  • a preferred embodiment of the bolt-firing device is characterized in that the electrical power supply device comprises an accumulator.
  • the electrically actuable bolt setting device is preferably operated with a rechargeable battery, which is also referred to as a rechargeable battery.
  • a further preferred embodiment of the bolt setting tool is characterized in that the buffer comprises a drive spring element that can be tensioned by the electric drive motor to store drive energy, and that, when the electrical power supply device is disconnected from the bolt setting device, automatically relaxed so that the cached drive energy is reduced in a controlled manner.
  • the drive spring element can be tensioned, for example, via a threaded spindle and a spindle nut guided against rotation on the threaded spindle. In this case, a rotational movement of the threaded spindle generated by the electric drive motor is converted into a linear movement or translational movement of the spindle nut.
  • gas accumulators and / or flywheels can be used as temporary storage.
  • a further preferred embodiment of the bolt-firing apparatus is characterized in that the safety mechanism comprises a latch, which holds the latch for latching drive energy in its memory state and automatically releases the latch when the electrical power supply is disconnected from the bolt-firing device, so that the latch in its defined idle state is transferred.
  • the pawl can be a conventional pawl of a locking device, as used in known bolt guns. But it can also be an additional latch. It is essential that the pawl is part of the safety mechanism.
  • the pawl is preferably mechanically coupled to the power supply device such that the pawl is automatically moved from a blocking position to a release position when the power supply device is removed or removed.
  • a further preferred embodiment of the bolt setting tool is characterized in that the safety mechanism comprises an electromechanical actuator, which automatically unlocks a locking device, which holds the buffer in its storage state, when the electrical power supply device is disconnected from the bolt setting device.
  • the electromechanical actuator includes, for example, a magnet or an electrically operated wrap spring.
  • a further preferred exemplary embodiment of the bolt setting tool is characterized in that the bolt setting device comprises a coupling and / or braking device in order to reduce the buffered drive energy in a controlled manner when the buffer is transferred from its storage state into its defined idle state.
  • the clutch and / or brake device comprises, for example, a clutch and / or brake pad, which acts on a pinion, or a centrifugal brake or clutch.
  • a braking device and the electric drive motor of the bolt gun can be used as a braking device and the electric drive motor of the bolt gun can be used.
  • a further preferred exemplary embodiment of the bolt-firing apparatus is characterized in that the safety mechanism comprises at least one safety switch that short-circuits phases of the electric drive motor in order to reduce cached drive energy in a controlled manner when the buffer is transferred from its memory state into its defined idle state.
  • the safety mechanism comprises at least one safety switch that short-circuits phases of the electric drive motor in order to reduce cached drive energy in a controlled manner when the buffer is transferred from its memory state into its defined idle state.
  • a further preferred embodiment of the bolt-firing device is characterized in that the safety switch is designed as a self-conducting electronic switch, in particular as a J-Fet. Due to the self-conductive electronic switch, the phases or windings of the electric motor are short-circuited even in the currentless case.
  • the safety switch when transferring the buffer to its idle state without an explicit control by electronics.
  • the safety switch is opened by the electronics only when the bolt-firing device is put into operation and with the electrical power installed in order to allow normal operation of the bolt-firing device.
  • mechanical relays can also be used.
  • a further preferred embodiment of the bolt-firing device is characterized in that the electric drive motor is designed as an electrically commutated electric motor.
  • This is preferably a brushless DC motor, which is also referred to as BLDC (brushless direct current) electric motor.
  • BLDC brushless direct current
  • a further preferred embodiment of the bolt-firing device is characterized in that the electric drive motor comprises three phases and is driven by free-wheeling diodes by a 6-pulse bridge or B6 bridge or 3-phase motor bridge circuit, referred to below as a bridge rectify a voltage generated when breaking down the cached drive power.
  • the bridge comprises six semiconductor elements, each comprising a transistor and a freewheeling diode, which are connected in parallel.
  • the bolt setting device according to the invention is designed, for example, as a hand-held tacking device, as shown in FIGS FIGS. 1 to 4 or 1 to 2 and the corresponding descriptions of the German patents DE 10 2006 000 517 A1 and DE 10 2006 035 460 A1 is disclosed.
  • FIG. 1 Such a bolt gun 1 is shown greatly simplified according to various embodiments of the invention.
  • the bolt setting device 1 comprises a spring as a drive spring element 10 and is therefore also referred to as a spring nailer.
  • the spring 10 is a buffer 8 and is tensioned by an electric drive motor 2, which is controlled by a controller 3.
  • the electric drive motor 2 which is designed as an electric motor, drives a threaded spindle 14 via a belt drive 5.
  • a rotational movement of the threaded spindle 14 is converted into a linear movement of the spindle nut 12.
  • the spring 10 is stretched over the linear movement of the spindle nut 12.
  • the spindle nut 12 locks with a pawl 18 of a locking device 16 and is thereby held in the cocked position, while the spindle nut 12 is driven by the electric motor 2 in the reverse direction back to its original position.
  • the spring 10 is held by the pawl 18 in its cocked position until the user opens the latch 18 by pressing a trigger and thus triggers a bolt setting process. After setting the bolt, the spring 10 is stretched by means of the electric motor 2 again.
  • the spring 10 is thus tensioned by the spindle nut 12 on the threaded spindle 14 performs a reciprocating motion, wherein the electric motor 2 is energized for a certain time in one direction and then back in the opposite direction.
  • the energization of the electric motor is controlled by the electronic control 3, wherein the controller 3 energized the electric motor 2 in one direction until the spindle nut 12 triggers a control signal by reaching the respective end position, for example, when driving over the pawl 18.
  • the control signal is the controller 3 informed that the respective Final position has been reached.
  • the energization of the electric motor 2 can be turned off by the controller 3 and the electric motor 2 are energized in the opposite direction.
  • bolt setting device 1 is used for electrical power supply indicated by a rectangle electrical power supply device 20, which is designed as an accumulator 22, short battery.
  • the battery 22 is coupled via a safety mechanism 25 with the latch 8, that the spring 10 is automatically relaxed when the battery 22 is removed.
  • FIG. 1 three different embodiments indicated how the safety mechanism 25 can be performed.
  • the three embodiments can each be used alone in a bolt setting device 1, but can also be combined with each other as desired.
  • a line 26 is indicated that the pawl 18 of the locking device 16 may be mechanically coupled to the battery 22 so that the pawl 18 is automatically moved from its illustrated blocking position to a release position in which the spring 10 automatically relaxes.
  • the spring 10 drives the electric drive motor 2 when relaxing on the spindle nut 12, the threaded spindle 14 and the belt drive 5.
  • the electric drive motor 2 is embodied as a brushless direct current (BLDC) electric motor, which is also referred to as a brushless DC motor, and comprises a rotor with permanent magnets.
  • BLDC brushless direct current
  • the rotor of the electric motor 2 is rotated.
  • the permanent magnets of the rotor are accelerated, whereby in a stator of the electric motor 2, a voltage is induced. This induction voltage is reduced by the short circuit of phases of the electric motor 2.
  • the short circuiting of the phases is effected by a safety switch 30, which, as indicated by a line 31, is coupled to the battery 22.
  • the safety switch 30 Upon removal of the battery 22, the safety switch 30 is automatically transferred so that the phases of the electric motor 2 are short-circuited.
  • the safety switch 30 When inserting the battery 22, the safety switch 30 is opened again. In FIG. 1 the safety switch 30 is shown in its open position.
  • the safety mechanism 25 may alternatively or additionally comprise a coupling and / or braking device 28, which, as indicated by a line 29, is coupled to the battery 22.
  • the coupling and / or braking device 28 cooperates with a pulley of the belt drive 5.
  • the coupling 29 is designed so that the coupling and / or braking device 28 brakes the threaded spindle 14 via the belt drive 5 when the spring 10 is automatically released after the battery 22 has been removed.
  • the clutch and / or brake device 28 develops no braking action.
  • the coupling and / or braking device 28 is automatically decoupled from the belt drive 5.
  • FIG. 2 is an electric drive motor 40 shown in simplified form in the form of an electrical circuit diagram.
  • the electric drive motor 40 corresponds to the in FIG. 1
  • the electric drive motor 40 is designed as a BLDC (brushless direct current) electric motor, which is also referred to as a brushless DC motor or electrically commutated electric motor.
  • BLDC brushless direct current
  • the brushless DC motor 40 comprises a rotor with permanent magnets and a stator with three windings or phases 41, 42, 43.
  • the windings 41 to 43 are connected via lines 44, 45, 46 to a controller 50.
  • a symbol 48 a grounding sign is indicated.
  • another arrow-shaped symbol 49 is a plus terminal of the accumulator (20 in FIG. 1 ) indicated.
  • the controller 50 is designed as a bridge with six semiconductor elements 51 to 56.
  • Each semiconductor element 51 to 56 comprises a transistor, in particular a field-effect transistor, and a freewheeling diode connected in parallel therewith and in particular integrated in the transistor.
  • the windings 41 to 43 are controlled in dependence on the position of the rotor so that a rotating field is generated.
  • the position of the rotor is detected, for example, by Hall sensors or by sensorless methods.
  • the spring (10 in FIG. 1 ) generated voltage of the electric drive motor 40 used for braking while the generated voltage of the motor is proportional to the speed and is rectified via the freewheeling diodes of the bridge, which is also referred to as a bridge. Since the generated voltage is sufficient even at a comparatively low number of revolutions to supply the electronics, the latter can then cause a braking of the electric drive motor 40 by switching on the lower and / or upper field-effect transistors.
  • FIG. 3 is a similar control 60 as in FIG. 2 represented for the same electric drive motor.
  • the controller 60 includes two additional safety switches 61, 62. Depending on the required braking force, a single safety switch 61, 62 may be sufficient.
  • the safety switch 61 is connected between two connection points of the lines 44 and 45.
  • the safety switch 62 is connected between two connection points of the lines 45, 46.
  • the two safety switches 61, 62 are designed as self-conducting electronic switches, for example as a J-Fet.
  • this self-conductive electronic safety switch 61, 62 is that the safety switches 61, 62 are conductive without an explicit control by an electronic system. This causes the windings (41 to 43 in FIG. 2 ) of the electric drive motor are short-circuited even in the currentless case and are only actively switched off by a corresponding control in normal operation.
  • the electronic safety switches 61, 62 and mechanical relays can be used.
  • the voltage induced by acceleration of the permanent magnets of the rotor voltage can be reduced.
  • the resulting current flow in the phases or windings generates a Magnetic field in the electric drive motor 40, which counteracts the acceleration when relaxing the spring. With this counterforce, the cached drive energy of the spring can be slowly reduced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Portable Nailing Machines And Staplers (AREA)
  • Details Of Spanners, Wrenches, And Screw Drivers And Accessories (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigbares Bolzensetzgerät (1), das einen elektrischen Antriebsmotor (2) umfasst, der durch eine elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) antreibbar ist und Antriebsenergie an einen Zwischenspeicher (8) abgibt, der die Antriebsenergie zwischenspeichern und bei einem Setzvorgang schlagartig abgeben kann, um einen Bolzen zu setzen.
Um die Sicherheit im Betrieb von elektrisch betätigbaren Bolzensetzgeräten weiter zu erhöhen, umfasst das Bolzensetzgerät (1) einen Sicherheitsmechanismus (25), durch den die elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) so mit dem Bolzensetzgerät (1) koppelbar ist, dass der Zwischenspeicher (8) automatisch aus einem Speicherzustand in einen definierten Ruhezustand überführt wird, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) von dem Bolzensetzgerät (1) getrennt wird.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein elektrisch betätigbares Bolzensetzgerät, das einen elektrischen Antriebsmotor umfasst, der durch eine elektrische Energieversorgungseinrichtung antreibbar ist und Antriebsenergie an einen Zwischenspeicher abgibt, der die Antriebsenergie zwischenspeichern und bei einem Setzvorgang schlagartig abgeben kann, um einen Bolzen zu setzen.
    • Stand der Technik
  • Bei dem elektrisch betätigbaren Bolzensetzgerät handelt es sich vorzugsweise um ein handgeführtes Eintreibgerät, wie es in den deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2006 000 517 A1 und DE 10 2006 035 460 A1 offenbart ist. Das in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 035 460 A1 offenbarte Eintreibgerät umfasst zusätzlich zu einem Auslöseschalter wenigstens ein weiteres Schaltmittel für die Sperreinrichtung, über welches eine Sperreinrichtung unabhängig von dem Auslöseschalter in eine Freigabestellung überführbar ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, ein Antriebsfederelement unabhängig von einer Betätigung des Auslöseschalters durch Überführen der Sperreinrichtung in die Freigabestellung in seine entspannte Stellung zu überführen, so dass diese bei längerem Nichtgebrauch nicht ermüdet. Das weitere Schaltmittel kann ein Zeitschaltmittel oder ein Hauptschalter sein, über den das Eintreibgerät ein- und ausschaltbar ist, so dass bei einem Ausschalten des Eintreibgeräts über diesen Hauptschalter das Antriebsfederelement automatisch durch Betätigen der Sperreinrichtung in die entspannte Stellung überführt wird.
    • Darstellung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Sicherheit im Betrieb von elektrisch betätigbaren Bolzengeräten weiter zu erhöhen.
  • Die Aufgabe ist bei einem elektrisch betätigbares Bolzensetzgerät, das einen elektrischen Antriebsmotor umfasst, der durch eine elektrische Energieversorgungseinrichtung antreibbar ist und Antriebsenergie an einen Zwischenspeicher abgibt, der die Antriebsenergie zwischenspeichern und bei einem Setzvorgang schlagartig abgeben kann, um einen Bolzen zu setzen, dadurch gelöst, dass das Bolzensetzgerät einen Sicherheitsmechanismus umfasst, durch den die elektrische Energieversorgungseinrichtung so mit dem Bolzensetzgerät koppelbar beziehungsweise gekoppelt ist, dass der Zwischenspeicher automatisch aus einem Speicherzustand in einen definierten Ruhezustand überführt wird, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung von dem Bolzensetzgerät getrennt wird. Durch den Sicherheitsmechanismus wird der Zwischenspeicher auch dann in seinen definierten Ruhezustand überführt, wenn die elektrische Energieversorgung bewusst durch den Anwender oder durch einen Fehler unterbrochen wird. Das Überführen des Zwischenspeichers in den Ruhezustand erfolgt durch den erfindungsgemäßen Sicherheitsmechanismus automatisch.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bolzensetzgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energieversorgungseinrichtung einen Akkumulator umfasst. Das elektrisch betätigbare Bolzensetzgerät wird vorzugsweise mit einem Akkumulator betrieben, der auch als Akku bezeichnet wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bolzensetzgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher ein Antriebsfederelement umfasst, das durch den elektrischen Antriebsmotor gespannt werden kann, um Antriebsenergie zu speichern, und dass, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung von dem Bolzensetzgerät getrennt wird, automatisch so entspannt wird, dass die zwischengespeicherte Antriebsenergie kontrolliert abgebaut wird. Das Antriebsfederelement kann zum Beispiel über eine Gewindespindel und eine verdrehgesichert auf der Gewindespindel geführte Spindelmutter gespannt werden. Dabei wird eine durch den elektrischen Antriebsmotor erzeugte Drehbewegung der Gewindespindel in eine Linearbewegung oder translatorische Bewegung der Spindelmutter umgewandelt. Als Zwischenspeicher können alternativ oder zusätzlich Gasspeicher und/oder Schwungräder verwendet werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bolzensetzgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsmechanismus eine Klinke umfasst, die den Zwischenspeicher zum Zwischenspeichern von Antriebsenergie in seinem Speicherzustand hält und die den Zwischenspeicher automatisch freigibt, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung von dem Bolzensetzgerät getrennt wird, so dass der Zwischenspeicher in seinen definierten Ruhezustand überführt wird. Bei der Klinke kann es sich um eine herkömmliche Klinke einer Sperreinrichtung handeln, wie sie bei bekannten Bolzensetzgeräten verwendet wird. Es kann sich aber auch um eine zusätzliche Klinke handeln. Wesentlich ist, dass die Klinke Teil des Sicherheitsmechanismus ist. Die Klinke ist vorzugsweise mechanisch so mit der Energieversorgungseinrichtung gekoppelt, dass die Klinke aus einer Sperrstellung automatisch in eine Freigabestellung bewegt wird, wenn die Energieversorgungseinrichtung entnommen oder abgenommen wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bolzensetzgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsmechanismus einen elektromechanischen Aktuator umfasst, der eine Sperreinrichtung, die den Zwischenspeicher in seinem Speicherzustand hält, automatisch entriegelt, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung von dem Bolzensetzgerät getrennt wird. Der elektromechanische Aktuator umfasst zum Beispiel einen Magneten oder eine elektrisch betätigte Schlingfeder.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bolzensetzgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bolzensetzgerät eine Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung umfasst, um die zwischengespeicherte Antriebsenergie kontrolliert abzubauen, wenn der Zwischenspeicher aus seinem Speicherzustand in seinen definierten Ruhezustand überführt wird. Die Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung umfasst zum Beispiel einen Kupplungs-und/oder Bremsbelag, der auf ein Ritzel wirkt, oder eine Fliehkraftbremse beziehungsweise -kupplung. Als Bremseinrichtung kann auch der elektrische Antriebsmotor des Bolzensetzgeräts verwendet werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bolzensetzgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsmechanismus mindestens einen Sicherheitsschalter umfasst, der Phasen des elektrischen Antriebsmotors kurzschließt, um zwischengespeicherte Antriebsenergie kontrolliert abzubauen, wenn der Zwischenspeicher aus seinem Speicherzustand in seinen definierten Ruhezustand überführt wird. Durch den Kurzschluss der Phasen kann eine Induktionsspannung im Antriebsmotor abgebaut werden. Das führt zu einem Stromfluss durch die Phasen, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird, das der Beschleunigung beim Abbauen der zwischengespeicherten Antriebsenergie entgegenwirkt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bolzensetzgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsschalter als selbst leitender elektronischer Schalter, insbesondere als J-Fet, ausgeführt ist. Durch den selbst leitenden elektronischen Schalter werden die Phasen oder Wicklungen des Elektromotors auch im stromlosen Fall kurzgeschlossen. Das liefert den Vorteil, dass der Sicherheitsschalter beim Überführen des Zwischenspeichers in seinen Ruhezustand ohne eine explizite Ansteuerung durch eine Elektronik auskommt. Der Sicherheitsschalter wird erst bei Inbetriebnahme des Bolzensetzgeräts und mit installierter elektrischer Versorgung durch die Elektronik geöffnet, um einen normalen Betrieb des Bolzensetzgeräts zu ermöglichen. Alternativ zu elektronischen Schaltern können auch mechanische Relais eingesetzt werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bolzensetzgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor als elektrisch kommutierter Elektromotor ausgeführt ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen bürstenlosen Gleichstrommotor, der auch als BLDC (brushless direct current) Elektromotor bezeichnet wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Bolzensetzgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor drei Phasen umfasst und durch eine 6-Puls-Brücke oder B6-Brücke oder 3-Phasen-Motor-Brückenschaltung, im Folgenden als Brücke bezeichnet, mit Freilaufdioden angesteuert ist, die eine beim Abbauen der zwischengespeicherten Antriebsenergie erzeugte Spannung gleichrichten. Die Brücke umfasst sechs Halbleiterelemente, die jeweils einen Transistor und eine Freilaufdiode umfassen, die parallel geschaltet sind.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine vereinfachte Darstellung eines Bolzensetzgeräts gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
    Figur 2
    ein elektrisches Schaltbild eines elektrischen Antriebsmotors des Bolzensetzgeräts aus Figur 1 und
    Figur 3
    eine Steuerung des elektrischen Antriebsmotors aus Figur 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    Ausführungsbeispiele
  • Das erfindungsgemäße Bolzensetzgerät ist zum Beispiel als handgeführtes Eintreibgerät ausgeführt, wie es in den Figuren 1 bis 4 beziehungsweise 1 bis 2 und den zugehörigen Beschreibungen der deutschen Offenlegungsschriften DE 10 2006 000 517 A1 und DE 10 2006 035 460 A1 offenbart ist.
  • In Figur 1 ist ein derartiges Bolzensetzgerät 1 stark vereinfacht gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Das Bolzensetzgerät 1 umfasst als Antriebsfederelement 10 eine Feder und wird daher auch als Federnagler bezeichnet.
  • Die Feder 10 stellt einen Zwischenspeicher 8 dar und wird von einem elektrischen Antriebsmotor 2 gespannt, der durch eine Steuerung 3 angesteuert ist. Der elektrische Antriebsmotor 2, der als Elektromotor ausgeführt ist, treibt über einen Riementrieb 5 eine Gewindespindel 14 an. Über eine verdrehgesichert auf der Gewindespindel 14 geführte Spindelmutter 12 wird eine Drehbewegung der Gewindespindel 14 in eine Linearbewegung der Spindelmutter 12 umgewandelt.
  • Die Feder 10 wird über die lineare Bewegung der Spindelmutter 12 gespannt. Am Ende einer Spannbewegung verrastet die Spindelmutter 12 mit einer Klinke 18 einer Sperreinrichtung 16 und wird dadurch in der gespannten Stellung gehalten, während die Spindelmutter 12 vom Elektromotor 2 bei umgekehrter Drehrichtung zurück in ihre Ausgangsstellung gefahren wird. Die Feder 10 wird durch die Klinke 18 in ihrer gespannten Stellung gehalten, bis der Anwender durch Drücken eines Auslösers die Klinke 18 öffnet und damit einen Bolzensetzvorgang auslöst. Nach dem Setzen des Bolzens wird die Feder 10 mit Hilfe des Elektromotors 2 wieder gespannt.
  • Die Feder 10 wird also gespannt, indem die Spindelmutter 12 auf der Gewindespindel 14 eine Hin- und Herbewegung ausführt, wobei der Elektromotor 2 eine gewisse Zeit in die eine Richtung bestromt wird und anschließend wieder in die Gegenrichtung. Die Bestromung des Elektromotors wird durch die elektronische Steuerung 3 gesteuert, wobei die Steuerung 3 den Elektromotor 2 solange in eine Richtung bestromt, bis die Spindelmutter 12 durch Erreichen der jeweiligen Endstellung ein Steuersignal auslöst, zum Beispiel beim Überfahren der Klinke 18. Durch das Steuersignal wird der Steuerung 3 mitgeteilt, dass die jeweilige Endlage erreicht wurde. Dann kann die Bestromung des Elektromotors 2 durch die Steuerung 3 ausgeschaltet werden beziehungsweise der Elektromotor 2 in die entgegengesetzte Richtung bestromt werden.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Bolzensetzgerät 1 wird zur elektrischen Energieversorgung eine durch ein Rechteck angedeutete elektrische Energieversorgungseinrichtung 20 verwendet, die als Akkumulator 22, kurz Akku, ausgeführt ist. Der Akku 22 ist über einen Sicherheitsmechanismus 25 so mit dem Zwischenspeicher 8 gekoppelt, dass die Feder 10 automatisch entspannt wird, wenn der Akku 22 abgenommen wird.
  • Der Einfachheit halber sind in Figur 1 drei verschiedene Ausführungsbeispiele angedeutet, wie der Sicherheitsmechanismus 25 ausgeführt werden kann. Die drei Ausführungsbeispiele können jeweils allein in einem Bolzensetzgerät 1 eingesetzt werden, können aber auch beliebig miteinander kombiniert werden.
  • Durch eine Linie 26 ist angedeutet, dass die Klinke 18 der Sperreinrichtung 16 mechanisch so mit dem Akku 22 gekoppelt sein kann, dass die Klinke 18 aus ihrer dargestellten Sperrstellung automatisch in eine Freigabestellung bewegt wird, in welcher die Feder 10 sich automatisch entspannt. Wenn die Klinke 18 durch Entnahme des Akkus 22 in ihre Freigabestellung bewegt wird, dann treibt die Feder 10 beim Entspannen über die Spindelmutter 12, die Gewindespindel 14 und den Riementrieb 5 den elektrischen Antriebsmotor 2 an.
  • Der elektrische Antriebsmotor 2 ist als BLDC (brushless direct current) Elektromotor ausgeführt, der auch als bürstenloser Gleichstrommotor bezeichnet wird, und einen Rotor mit Permanentmagneten umfasst. Beim Entspannen der Feder 10 wird der Rotor des Elektromotors 2 in Drehung versetzt. Dabei werden die Permanentmagnete des Rotors beschleunigt, wodurch in einem Stator des Elektromotors 2 eine Spannung induziert wird. Diese Induktionsspannung wird durch den Kurzschluss von Phasen des Elektromotors 2 abgebaut.
  • Das wiederum führt zu einem Strom in den Phasen und generiert in dem Elektromotor 2 ein Magnetfeld, das der Beschleunigung entgegenwirkt. Dadurch wird durch den Elektromotor 2 eine Gegenkraft erzeugt, die der Federkraft der Feder 10 beim Entspannen entgegenwirkt und eine hohe Beschleunigung verhindert. Dadurch kann auf einfache Art und Weise erreicht werden, dass die Federenergie beim Entspannen der Feder 10 durch den Elektromotor 2 automatisch langsam abgebaut wird.
  • Der Kurzschluss der Phasen wird durch einen Sicherheitsschalter 30 bewirkt, der, wie durch eine Linie 31 angedeutet ist, mit dem Akku 22 gekoppelt ist. Bei einer Entnahme des Akkus 22 wird der Sicherheitsschalter 30 automatisch so umgelegt, dass die Phasen des Elektromotors 2 kurzgeschlossen werden. Beim Einsetzen des Akkus 22 wird der Sicherheitsschalter 30 wieder geöffnet. In Figur 1 ist der Sicherheitsschalter 30 in seiner Öffnungsstellung dargestellt.
  • Der Sicherheitsmechanismus 25 kann alternativ oder zusätzlich eine Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung 28 umfassen, die, wie durch eine Linie 29 angedeutet ist, mit dem Akku 22 gekoppelt ist. Die Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung 28 wirkt mit einer Riemenscheibe des Riementriebs 5 zusammen. Die Kopplung 29 ist so gestaltet, dass die Kupplungs-und/oder Bremseinrichtung 28 über den Riementrieb 5 die Gewindespindel 14 abbremst, wenn die Feder 10 nach dem Abnehmen des Akkus 22 automatisch entspannt wird. Im normalen Betrieb des Bolzensetzgeräts 1 entfaltet die Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung 28 keine Bremswirkung. Durch Einsetzen des Akkus 22 wird die Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung 28 automatisch von dem Riementrieb 5 entkoppelt.
  • In Figur 2 ist ein elektrischer Antriebsmotor 40 in Form eines elektrischen Schaltbilds vereinfacht dargestellt. Der elektrische Antriebsmotor 40 entspricht dem in Figur 1 stark vereinfacht dargestellten elektrischen Antriebsmotor 2. Der elektrische Antriebsmotor 40 ist als BLDC (brushless direct current) Elektromotor ausgeführt, der auch als bürstenloser Gleichstrommotor oder elektrisch kommutierter Elektromotor bezeichnet wird.
  • Der bürstenlose Gleichstrommotor 40 umfasst einen Rotor mit Permanentmagneten und einen Stator mit drei Wicklungen oder Phasen 41, 42, 43. Die Wicklungen 41 bis 43 sind über Leitungen 44, 45, 46 an eine Steuerung 50 angeschlossen. Durch ein Symbol 48 ist ein Erdungszeichen angedeutet. Durch ein weiteres pfeilförmiges Symbol 49 ist ein Plus-Anschluss des Akkumulators (20 in Figur 1) angedeutet.
  • Die Steuerung 50 ist als Brücke mit sechs Halbleiterelementen 51 bis 56 ausgeführt. Jedes Halbleiterelement 51 bis 56 umfasst einen Transistor, insbesondere einen FeldeffektTransistor, und eine dazu parallel geschaltete und insbesondere in den Transistor integrierte Freilaufdiode. Über die Halbleiterelemente 51 bis 56 werden die Wicklungen 41 bis 43 in Abhängigkeit von der Position des Rotors so angesteuert, dass ein rotierendes Feld erzeugt wird. Dabei wird die Position des Rotors zum Beispiel durch Hallsensoren oder durch sensorlose Verfahren erfasst.
  • Im normalen Betrieb des elektrischen Antriebsmotors 40 wird ein Transistor der in Figur 2 oberen Reihe der Halbleiterelemente 51, 53, 55 und der unteren Reihe der Halbleiterelemente 52, 54, 56 durchgeschaltet, so dass der Strom stets durch zwei Wicklungen fließt. Die dritte Wicklung ist dann stromlos. Durch die Wechselwirkung mit den Permanentmagneten des Rotors entsteht dann über den erzeugten magnetischen Fluss ein Drehmoment.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die beim Entspannen der Feder (10 in Figur 1) generierte Spannung des elektrischen Antriebsmotors 40 zum Abbremsen genutzt, dabei ist die generierte Spannung des Motors proportional zur Drehzahl und wird über die Freilaufdioden der Brücke, die auch als Brücke bezeichnet wird, gleichgerichtet. Da die generierte Spannung schon bei einer vergleichsweisen niedrigen Umdrehungszahl ausreicht, um die Elektronik zu versorgen, kann diese dann mittels Einschalten der unteren und/oder oberen Feldeffekt-Transistoren ein Abbremsen des elektrischen Antriebsmotors 40 bewirken.
  • In Figur 3 ist eine ähnliche Steuerung 60 wie in Figur 2 für den gleichen elektrischen Antriebsmotor dargestellt. Die Steuerung 60 umfasst zwei zusätzliche Sicherheitsschalter 61, 62. In Abhängigkeit von der benötigten Bremskraft kann gegebenenfalls ein einziger Sicherheitsschalter 61, 62 ausreichen.
  • Der Sicherheitsschalter 61 ist zwischen zwei Anschlussstellen der Leitungen 44 und 45 geschaltet. Der Sicherheitsschalter 62 ist zwischen zwei Anschlussstellen der Leitungen 45, 46 geschaltet. Die beiden Sicherheitsschalter 61, 62 sind als selbst leitende elektronische Schalter, zum Beispiel als J-Fet, ausgeführt.
  • Die Besonderheit dieser selbst leitenden elektronischen Sicherheitsschalter 61, 62 besteht darin, dass die Sicherheitsschalter 61, 62 ohne eine explizite Ansteuerung durch eine Elektronik leitend sind. Das führt dazu, dass die Wicklungen (41 bis 43 in Figur 2) des elektrischen Antriebsmotors auch im stromlosen Fall kurzgeschlossen sind und erst aktiv durch eine entsprechende Ansteuerung im normalen Betrieb weggeschaltet werden. Alternativ zu den elektronischen Sicherheitsschaltern 61, 62 können auch mechanische Relais verwendet werden.
  • Durch das gezielte Kurzschließen der Phasen beziehungsweise Wicklungen des elektrischen Antriebsmotors mittels der Sicherheitsschalter 61, 62 kann die durch Beschleunigung der Permanentmagnete des Rotors induzierte Spannung abgebaut werden. Der daraus resultierende Stromfluss in den Phasen beziehungsweise Wicklungen generiert ein Magnetfeld in dem elektrischen Antriebsmotor 40, das der Beschleunigung beim Entspannen der Feder entgegenwirkt. Mit dieser Gegenkraft kann die zwischengespeicherte Antriebsenergie der Feder langsam abgebaut werden.

Claims (10)

  1. Elektrisch betätigbares Bolzensetzgerät (1), das einen elektrischen Antriebsmotor (2;40) umfasst, der durch eine elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) antreibbar ist und Antriebsenergie an einen Zwischenspeicher (8) abgibt, der die Antriebsenergie zwischenspeichern und bei einem Setzvorgang schlagartig abgeben kann, um einen Bolzen zu setzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Bolzensetzgerät (1) einen Sicherheitsmechanismus (25) umfasst, durch den die elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) so mit dem Bolzensetzgerät (1) koppelbar beziehungsweise gekoppelt ist, dass der Zwischenspeicher (8) automatisch aus einem Speicherzustand in einen definierten Ruhezustand überführt wird, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) von dem Bolzensetzgerät (1) getrennt wird.
  2. Bolzensetzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) einen Akkumulator (22) umfasst.
  3. Bolzensetzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (8) ein Antriebsfederelement (10) umfasst, das durch den elektrischen Antriebsmotor (2;40) gespannt werden kann, um Antriebsenergie zu speichern, und das, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) von dem Bolzensetzgerät (1) getrennt wird, automatisch so entspannt wird, dass die zwischengespeicherte Antriebsenergie kontrolliert abgebaut wird.
  4. Bolzensetzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsmechanismus (25) eine Klinke (18) umfasst, die den Zwischenspeicher (8) zum Zwischenspeichern von Antriebsenergie in seinem Speicherzustand hält und die den Zwischenspeicher (8) automatisch freigibt, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) von dem Bolzensetzgerät (1) getrennt wird, so dass der Zwischenspeicher (8) in seinen definierten Ruhezustand überführt wird.
  5. Bolzensetzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsmechanismus (25) einen elektromechanischen Aktuator umfasst, der eine Sperreinrichtung (16), die den Zwischenspeicher (8) in seinem Speicherzustand hält, automatisch entriegelt, wenn die elektrische Energieversorgungseinrichtung (20) von dem Bolzensetzgerät (1) getrennt wird.
  6. Bolzensetzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bolzensetzgerät (1) eine Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung (28) umfasst, um die zwischengespeicherte Antriebsenergie kontrolliert abzubauen, wenn der Zwischenspeicher (8) aus seinem Speicherzustand in seinen definierten Ruhezustand überführt wird.
  7. Bolzensetzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsmechanismus (25) mindestens einen Sicherheitsschalter (30;61,62) umfasst, der Phasen (41,42,43) des elektrischen Antriebsmotors (40) kurzschließt, um zwischengespeicherte Antriebsenergie kontrolliert abzubauen, wenn der Zwischenspeicher (8) aus seinem Speicherzustand in seinen definierten Ruhezustand überführt wird.
  8. Bolzensetzgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsschalter (30;61,62) als selbst leitender elektronischer Schalter, insbesondere als J-Fet, ausgeführt ist.
  9. Bolzensetzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (2;40) als elektrisch kommutierter Elektromotor ausgeführt ist.
  10. Bolzensetzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (2;40) drei Phasen (41-43) umfasst und durch eine Brücke mit Freilaufdioden angesteuert ist, die eine beim Abbauen der zwischengespeicherten Antriebsenergie erzeugte Spannung gleichrichten.
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