EP2851157A1 - Eintreibvorrichtung mit pneumatischem Speicher - Google Patents

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EP2851157A1
EP2851157A1 EP13185168.5A EP13185168A EP2851157A1 EP 2851157 A1 EP2851157 A1 EP 2851157A1 EP 13185168 A EP13185168 A EP 13185168A EP 2851157 A1 EP2851157 A1 EP 2851157A1
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EP
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drive
energy
piston
gas
gas space
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Withdrawn
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EP13185168.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Boehm
Peter Bruggmueller
Nikolaus Hannoschoeck
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Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25C—HAND-HELD NAILING OR STAPLING TOOLS; MANUALLY OPERATED PORTABLE STAPLING TOOLS
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    • B25C1/04—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by fluid pressure, e.g. by air pressure
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    • B25C—HAND-HELD NAILING OR STAPLING TOOLS; MANUALLY OPERATED PORTABLE STAPLING TOOLS
    • B25C1/00—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices
    • B25C1/08—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure

Definitions

  • the invention relates to a tacker according to the preamble of claim 1.
  • a mechanical energy store means any component that can absorb and temporarily store mechanical energy.
  • it may be a gas spring or preferably an elastically deformable Act solid.
  • an elastically deformable solid are inter alia coil springs, coil springs, disc springs, torsion bars, elastic bands of an elastomer or the like to understand.
  • each retractable nail, bolt or screw understood.
  • the propellant gas in preferred embodiments is air, in particular ambient air. But it can also be gases such as air, nitrogen or carbon dioxide from a pressure reservoir or to reaction gases from a combustion.
  • the energy store comprises an elastically deformable solid.
  • Such energy storage generate little heat loss and can be well combined with respect to their spring constants for combination with the gas space.
  • the energy store comprises a rubber-elastic membrane, wherein the membrane forms the further wall portion.
  • the energy store comprises a piston as a further wall section and a spring, wherein the piston is supported against the spring.
  • the advantages of mechanical springs, in particular metal springs can be used with regard to their small installation space and the high possible spring constants.
  • the piston is movable in the same direction of movement as the piston of the energy transmission element. This allows a Particularly simple design of the remaining housing wall of the gas space, for example as a simple or stepped cylinder.
  • the drive gas is conveyed into the gas space by means of a compressor, which is preferably integrated in the housing.
  • a compressor which is preferably integrated in the housing.
  • the compressor preferably comprises an electric drive, wherein the electric drive is particularly preferably driven by an accumulator as an energy source. This allows a wireless device, while the high energy densities of modern batteries can be used at the same time.
  • the drive-in device according to the invention Fig. 1 comprises a hand-held housing 1, in which a power transmission element 2 is accommodated with a drive device 3.
  • the drive device comprises a gas space 7, which can be filled by means of a compressor 9 with a drive gas at a defined pressure.
  • the energy transmission element 2 comprises a drive element 2a in the form of a substantially cylindrical plunger. In a front region of the tacker, a damping stop 4 for the energy transmission element 2 is arranged.
  • Fasteners are received in a magazine 5.
  • a feed mechanism (not shown)
  • a fastener is in each case transported into a chamber, from where it is accelerated by the action of the drive member 2a and driven through a mouth part into a workpiece (not shown).
  • the driving member 2 a is connected to a piston 2 b of the power transmission element 2, wherein the piston 2 b is guided in a cylinder 6.
  • the gas space 7 can be filled with a drive gas, in the present case compressed air, under an overpressure relative to the external pressure.
  • the gas space 7 is enclosed by a rigid wall section which also comprises a pressure-side part of the cylinder 6, the movable piston 2b as the first variable wall section and a rubber-elastic membrane 8 as the second variable wall section.
  • the elastomeric membrane 8 expands depending on the pressure or degree of filling of the gas space 7 against an inherent material tension. As a result, it forms a mechanical energy storage in which energy is stored in addition to the energy in the pressurized gas. To avoid overstretching of the membrane, it is surrounded by a rigid housing wall 1a, against which it can rest at maximum expansion.
  • the compressor 9 is driven by an electric drive, for example a rotating electric motor in conjunction with an oscillating mechanism.
  • the power source of the electric drive is an accumulator 10 provided on the housing 1.
  • the membrane 8 from a relaxed state (dashed line in FIG Fig. 1 ) in an expanded and tensioned state (solid line in Fig. 8).
  • the device can be triggered if necessary, which is done by an electromechanical release of the previously held energy transfer element 2.
  • the piston 2b is accelerated forward by the applied pressure. Since the membrane initially relaxes, the gas pressure is only slightly reduced, at least in a first movement section.
  • Fig. 2 shows by means of a diagram the relationship between pressure and volume in the gas space 7.
  • the effect of the elastic membrane is a good constancy of the gas pressure, as long as the membrane is in an at least partially tensioned state.
  • the energy transmission element 2 After driving in the fastening means, the energy transmission element 2 is reset by a return spring (not shown) in the starting position and locked. Finally, the refilling of the gas space 7 takes place through the compressor 9.
  • a further piston 11 is provided instead of the rubber-elastic membrane 8, which is movably guided in a rear, shaped as a cylinder 12 portion of the gas space 7 and so forms a to the piston 2b further variable wall portion of the gas space 7.
  • the piston 11 is guided gas-tight against the cylinder 12, wherein the cylinder 12 on which the outside of the piston 11 is freely connected to the atmosphere.
  • the piston 11 is also supported on a plurality of springs 13, which in the present case are coil springs made of metal. In embodiments not shown are torsion, spiral or leaf springs made of metal or Kunsstoff or an elastomer.
  • springs 13 shown schematically, which act depending on the position of the piston as tension springs or as compression springs.
  • the springs 13 can be arranged inside and / or outside the gas space 7. By an at least partial arrangement within the gas space can be saved particularly effective space.
  • the function of the driving device according to the second embodiment is analogous to the first embodiment with the difference that the springs instead of the membrane material form the further mechanical energy storage. It moves the piston 11 increases in pressure in the gas space against the force of the springs 13, so that the gas space increases as in the first embodiment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Eintreibvorrichtung, umfassend ein handgeführtes Gehäuse (1) mit einem darin aufgenommenen Energieübertragungselement (2) zur Übertragung von Energie auf ein einzutreibendes Befestigungselement, und eine Antriebseinrichtung (3) zur Beförderung des Energieübertragungselements (2), wobei die Antriebseinrichtung (3) einen Energiespeicher mit einem Gasraum umfasst, der mit einem Antriebsgas unter einem definierten Überdruck befüllbar ist, wobei der Überdruck in dem Gasraum (7) vor einem Auslösen eines Eintreibvorganges als gespeicherte Antriebsenergie vorliegt, und wobei ein Kolben (2b) des Energieübertragungselements (2) einen veränderbaren Wandabschnitt des Gasraums (7) ausbildet, wobei der Gasraum (7) zumindest einen weiteren veränderbaren Wandabschnitt (8, 11) zur Veränderung des Raumvolumens aufweist, wobei eine das Raumvolumen vergrößernde Bewegung des veränderbaren Wandabschnitts (8, 11) einen mechanischen Energiespeicher (8, 13) auflädt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Eintreibgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Eintreibgeräte mit verschiedenen Antrieben bekannt, unter anderem mit externer Druckluft betriebene Geräte, mit einem Brenngas betriebene Geräte oder Geräte mit einem mechanischen Federspeicher.
  • DE 10 2005 000 107 A1 beschreibt in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein handgeführtes Eintreibgerät, bei dem ein Kolben eines Eintreibstößels durch komprimierte Luft eines Speicherraumes mit einer Kraft beaufschlagt ist. Nach einer Freigabe des Eintreibstößels wird dieser bei unter Entspannung der komprimierten Luft beschleunigt. Das Aufladen des Speicherraumes erfolgt mittels eines elektrisch angetriebenen Kompressors.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Eintreibgerät anzugeben, das eine gute Beschleunigung eines Energieübertragungselementes bei gegebener Baugröße aufweist.
  • Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Eintreibvorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Vorsehen eines veränderbaren Wandabschnitts in Verbindung mit einem mechanischen Energiespeicher kann eine gleichmäßigere Beschleunigungskraft auf das Energieübertragungselement ausgeübt werden. Hierzu wird neben der in dem Gas elastisch gespeicherten Energie die Energie eines weiteren Energiespeichers genutzt, wobei die von dem weiteren Energiespeicher abgegebene Energie ebenfalls über das Gasdruck in dem Gasraum auf den Kolben wirkt.
  • Unter einem mechanischen Energiespeicher ist im Sinne der Erfindung jedes Bauelement zu verstehen, dass mechanische Energie aufnehmen und zwischenspeichern kann. Zum Beispiel kann es sich um eine Gasfeder oder bevorzugt um einen elastisch verformbaren Festkörper handeln. Unter einem elastisch verformbaren Festkörper sind unter anderem Schraubenfedern, Spiralfedern, Tellerfedern, Drehstabfedern, elastische Bänder aus einem Elastomer oder Ähnliches zu verstehen.
  • Unter einem Befestigungselement im Sinne der Erfindung wird jeder eintreibbare Nagel, Bolzen oder auch eine Schraube verstanden.
  • Bei dem Antriebsgas handelt es sich bei bevorzugten Ausführungsformen um Luft, insbesondere Umgebungsluft. Es kann sich aber auch um Gase wie Luft, Stickstoff oder Kohlendioxid aus einem Druckreservoir handeln oder auch um Reaktionsgase aus einer Verbrennung.
  • Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Energiespeicher einen elastisch deformierbaren Festkörper. Solche Energiespeicher erzeugen wenig Verlustwärme und können bezüglich ihrer Federkonstanten gut zur Kombination mit dem Gasraum kombiniert werden.
  • Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Energiespeicher eine gummielastische Membran, wobei die Membran den weiteren Wandabschnitt ausbildet.
  • Eine solche Lösung ist einfach und kostengünstig. Durch ein Aufweiten des Gasraumvolumens wird dabei die Membran entgegen ihrer elastischen Rückstellkraft ausgedehnt und somit als Energiespeicher verwendet. Bei einem Eintreibvorgang zieht sich die Membran zunächst zusammen und bewirkt zumindest in einem ersten Bewegungsabschnitt des Kolbens eine Vergleichmäßigung des auf den Kolben wirkenden Gasdrucks.
  • Bei einer hierzu alternativen oder auch ergänzenden Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Energiespeicher einen Kolben als weiteren Wandabschnitt und eine Feder umfasst, wobei der Kolben gegen die Feder abgestützt ist. Dabei lassen sich die Vorteile von mechanischen Federn, insbesondere Metallfedern, bezüglich ihres geringen Bauraums und der hohen möglichen Federkonstanten nutzen.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist dabei der Kolben in derselben Bewegungsrichtung wie der Kolben des Energieübertragungselements bewegbar. Dies ermöglicht eine besonders einfache Auslegung der übrigen Gehäusewand des Gasraumes, zum Beispiel als einfacher oder abgestufter Zylinder.
  • Allgemein vorteilhaft wird das Antriebsgas mittels eines bevorzugt in dem Gehäuse integrierten Kompressors in den Gasraum befördert. Dies ermöglicht die Unabhängigkeit von externen Gasquellen wie zum Beispiel einer Druckluftleitung. Bevorzugt umfasst der Kompressor dabei einen elektrischen Antrieb, wobei besonders bevorzugt der elektrische Antrieb zumindest optional durch einen Akkumulator als Energiequelle angetrieben ist. Hierdurch wird ein kabelloses Gerät ermöglicht, wobei zugleich die hohen Energiedichten moderner Akkumulatoren genutzt werden können.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Schnittansicht einer Eintreibvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Fig. 2
    zeigt ein Druck-Volumen-Diagramm der Vorrichtung aus Fig. 1.
    Fig. 3
    zeigt eine schematische Schnittansicht einer Eintreibvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die erfindungsgemäße Eintreibvorrichtung aus Fig. 1 umfasst ein handgeführtes Gehäuse 1, in dem ein Energieübertragungselement 2 mit einer Antriebseinrichtung 3 aufgenommen ist. Die Antriebsvorrichtung umfasst vorliegend einen Gasraum 7, der mittels eines Kompressors 9 mit einem Antriebsgas unter definiertem Druck befüllbar ist.
  • Das Energieübertragungselement 2 umfasst ein Treibglied 2a in Form eines im Wesentlichen zylindrischen Stößels. In einem vorderen Bereich des Eintreibgerätes ist ein dämpfender Anschlag 4 für das Energieübertragungselement 2 angeordnet.
  • Befestigungselemente sind in einem Magazin 5 aufgenommen. Durch eine Zufuhrmechanik (nicht dargestellt) wird jeweils ein Befestigungselement in eine Kammer transportiert, von wo es durch Einwirkung des Treibglieds 2a beschleunigt und durch ein Mündungsteil hindurch in ein Werkstück (nicht dargestellt) eingetrieben wird.
  • Das Treibglied 2a ist mit einem Kolben 2b des Energieübertragungselementes 2 verbunden, wobei der Kolben 2b in einem Zylinder 6 geführt ist.
  • Der Gasraum 7 ist mit einem Antriebsgas, vorliegend komprimierter Luft, unter einem Überdruck gegenüber dem Außendruck befüllbar. Der Gasraum 7 wird durch einen starren Wandabschnitt, der auch einen druckseitigen Teil des Zylinders 6 umfasst, den bewegbaren Kolben 2b als ersten veränderlichen Wandabschnitt und eine gummielastische Membran 8 als zweiten veränderlichen Wandabschnitt umschlossen.
  • Die gummielastische Membran 8 dehnt sich je nach Druck bzw. Füllgrad des Gasraums 7 gegen eine ihr innewohnende Materialspannung. Hierdurch bildet sie einen mechanischen Energiespeicher aus, in dem Energie zusätzlich zu der Energie in dem unter Druck stehenden Gas gespeichert ist. Um eine Überdehnung der Membran zu vermeiden, ist sie von einer starren Gehäusewand 1a umgeben, gegen die sie bei maximaler Ausdehnung anliegen kann.
  • Die Befüllung des Gasraums 7 erfolgt mittels des Kompressors 9, der in den vorliegenden Figuren nur schematisch dargestellt ist. Der Kompressor 9 wird durch einen elektrischen Antrieb, zum Beispiel einen drehenden Elektromotor in Verbindung mit einer oszillierenden Mechanik, angetrieben. Die Energiequelle des elektrischen Antriebs ist ein an dem Gehäuse 1 vorgesehener Akkumulator 10.
  • Zur beispielhaften Detailgestaltung des Kompressors und seines Antriebs sowie weiterer Komponenten des Eintreibgerätes, wie etwa einer Auslösevorrichtung und einer Rückstellfeder für das Energieübertragungselement, wird insbesondere auf die Druckschrift DE 10 2005 000 107 A1 verwiesen.
  • Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
    • In der gezeigten Ausgangsstellung des Kolbens 2b wird mittels des Kompressors Umgebungsluft in den Gasraum 7 gepumpt, bis ein definierter Druck erreicht ist. Dabei kann es sich insbesondere um einen Maximaldruck des Kompressors handeln.
  • Dabei wird die Membran 8 von einem entspannten Zustand (gestrichelte Linie in Fig. 1) in einen ausgedehnten und gespannten Zustand überführt (durchgezogene Linie in Fig. 8).
  • In diesem Zustand kann das Gerät bei Bedarf ausgelöst werden, was durch eine elektromechanische Freigabe des zuvor festgehaltenen Energieübertragungselementes 2 erfolgt. Nach dessen Freigabe wird der Kolben 2b durch den anliegenden Druck nach vorne beschleunigt. Da die Membran sich dabei zunächst entspannt, wird der Gasdruck zumindest in einem ersten Bewegungsabschnitt nur wenig verringert.
  • Fig. 2 zeigt anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen Druck und Volumen in dem Gasraum 7. Durch die Wirkung der elastischen Membran liegt eine gute Konstanz des Gasdrucks vor, so lange die Membran sich in einem zumindest teilweise gespannten Zustand befindet.
  • Nach dem Eintreiben des Befestigungsmittels wird das Energieübertragungselement 2 durch eine Rückstellfeder (nicht dargestellt) in die Ausgangsposition zurückgestellt und arretiert. Abschließend erfolgt die erneute Befüllung des Gasraums 7 durch den Kompressor 9.
  • Bei dem in Fig. 3 gezeigten, zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Stelle der gummielastischen Membran 8 ein weiterer Kolben 11 vorgesehen, der in einem hinteren, als Zylinder 12 geformten Abschnitt des Gasraums 7 beweglich geführt ist und so einen zu dem Kolben 2b weiteren veränderbaren Wandabschnitt des Gasraums 7 ausbildet.
  • Der Kolben 11 ist gegen den Zylinder 12 gasdicht geführt, wobei der Zylinder 12 auf der die Außenseite des Kobens 11 frei mit der Atmosphäre verbunden ist. Der Kolben 11 ist zudem an mehreren Federn 13 abgestützt, bei denen es sich vorliegend um Schraubenfedern aus Metall handelt. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich um Torsions-, Spiral- oder Blattfedern aus Metall oder Kunsstoff oder einem Elastomer. Es sind mehrere Federn 13 schematisch dargestellt, die je nach Lage zum Kolben als Zugfedern oder als Druckfedern wirken. Die Federn 13 können innerhalb und/oder außerhalb des Gasraums 7 angeordnet sein. Durch eine zumindest teilweise Anordnung innerhalb des Gasraumes kann besonders effektiv Bauraum eingespart werden.
  • Die Funktion der Eintreibvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied, dass die Federn an Stelle des Membranmaterials den weiteren mechanischen Energiespeicher ausbilden. Dabei bewegt sich der Kolben 11 bei Erhöhung des Drucks in dem Gasraum gegen die Kraft der Federn 13, so dass der Gasraum sich wie im ersten Ausführungsbeispiel vergrößert.
  • Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele je nach Anforderungen miteinander kombiniert werden können.

Claims (8)

  1. Eintreibvorrichtung, umfassend
    ein handgeführtes Gehäuse (1) mit einem darin aufgenommenen Energieübertragungselement (2) zur Übertragung von Energie auf ein einzutreibendes Befestigungselement, und
    eine Antriebseinrichtung (3) zur Beförderung des Energieübertragungselements (2), wobei die Antriebseinrichtung (3) einen Energiespeicher mit einem Gasraum umfasst, der mit einem Antriebsgas unter einem definierten Überdruck befüllbar ist,
    wobei der Überdruck in dem Gasraum (7) vor einem Auslösen eines Eintreibvorganges als gespeicherte Antriebsenergie vorliegt, und
    wobei ein Kolben (2b) des Energieübertragungselements (2) einen veränderbaren Wandabschnitt des Gasraums (7) ausbildet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Gasraum (7) zumindest einen weiteren veränderbaren Wandabschnitt (8, 11) zur Veränderung des Raumvolumens aufweist, wobei eine das Raumvolumen vergrößernde Bewegung des veränderbaren Wandabschnitts (8, 11) einen mechanischen Energiespeicher (8, 13) auflädt.
  2. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (8, 13) einen elastisch deformierbaren Festkörper umfasst.
  3. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher eine gummielastische Membran (8) umfasst, wobei die Membran den weiteren Wandabschnitt ausbildet.
  4. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher einen Kolben (11) als weiteren Wandabschnitt und eine Feder (13) umfasst, wobei der Kolben (11) gegen die Feder (13) abgestützt ist.
  5. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (11) in derselben Bewegungsrichtung wie der Kolben (2b) des Energieübertragungselements (2) bewegbar ist.
  6. Eintreibvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgas mittels eines insbesondere in dem Gehäuse (1) integrierten Kompressors (9) in den Gasraum befördert wird.
  7. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (9) einen elektrischen Antrieb umfasst.
  8. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb zumindest optional durch einen Akkumulator (10) als Energiequelle angetrieben ist.
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