EP2886256A1

EP2886256A1 - Setzgerät

Info

Publication number: EP2886256A1
Application number: EP13197908.0A
Authority: EP
Inventors: Matthias Blessing
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-24
Also published as: WO2015091090A1

Abstract

Bei einem System (4) mit einem pulverkraftbetriebenen Setzgerät (1), das Setzgerät (1) umfassend eine Kolbenführung (5), einen, insbesondere nur einen, Kolben (6), eine Kartuschenaufnahme (38) für eine Kartusche (15) mit Pulver als Brennstoff, einen Arbeitsraum (28), welcher mit der Kartuschenaufnahme (38) fluidleitend verbunden ist, und von der Kolbenführung (5) und einer Arbeitsbegrenzungsfläche (7) des Kolbens (6) begrenzt ist, eine Einrichtung (17), z. B. einen Kolbenschaft (18), zum Einbringen eines Setzelementes (19) in einen Setzgegenstand (2) und auf die Einrichtung (17) eine Setzenergie aufbringbar ist aufgrund des Druckes von Gas in dem Arbeitsraum (28), so dass die Einrichtung (17) mit Verbrennungskraft betreibbar ist, sollen die Setzelemente (19) auch bei einer identischen Pulvermenge in den Kartuschen (15) mit einer unterschiedlichen Setzenergie in den Setzgegenstand (2) eingebracht werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das System (4) in Ergänzung zu dem Setzgerät (1) wenigstens einen zusätzlichen Kolben (6) mit einer unterschiedlichen Geometrie an der Arbeitsbegrenzungsfläche (7) als wenigstens ein anderer Kolben (6) umfasst, so dass bei einer Anordnung eines, insbesondere nur eines, der unterschiedlichen Kolben (6) in dem Setzgerät (1) das Setzgerät (1) ein unterschiedliches Totraumvolumen an dem Arbeitsraum (28) aufweist, um eine unterschiedliche Setzenergie, insbesondere bei Kartuschen (15) mit einer identischen Pulvermenge, zu erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit einem pulverbetriebenen Setzgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Setzen eines Setzelementes in einen Setzgegenstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12.
Setzelemente, z. B. Nägel oder Bolzen, werden mit einem Setzgerät in einen Setzgegenstand eingebracht, um mittels der Setzelemente an dem Setzgegenstand z. B. ein Befestigungsteil befestigen zu können. Dabei können die Setzelemente auch zusätzlich in das Befestigungsteil, z. B. eine Holzlatte, als weiteren Setzgegenstand eingebracht werden, um das Befestigungsteil an dem anderen Setzgegenstand, z. B. einen Holzbalken, zu befestigen.
Mit Pulverkraft betriebene Setzgeräte umfassen einen an einer Kolbenführung gelagerten Kolben. Der Kolben begrenzt dabei zusammen mit der Kolbenführung einen Arbeitsraum und der Arbeitsraum steht in fluidleitender Verbindung mit einer Kartuschenaufnahme. In der Kartuschenaufnahme ist eine Kartusche mit Pulver als Brennstoff sowie ein Zünder vorhanden. Mittels eines Schlagelements wird der Zünder gezündet und dadurch auch das Pulver in Brand gesetzt. Aufgrund der Verbrennung des Pulvers wird der Druck stark erhöht innerhalb des Arbeitsraums, sodass dadurch auf eine Arbeitsbegrenzungsfläche des Kolbens der Druck des Gases innerhalb des Arbeitsraums wirkt. Der Kolben steht mit einer Einrichtung, zum Beispiel einem Kolbenschaft, zum Einbringen des Setzelements in mechanischer Wirkverbindung, sodass dadurch das Setzelement in den Setzgegenstand eingebracht werden kann. Zum Eintreiben von Setzelementen in Setzgegenständen mit einer unterschiedlichen Härte und/oder Festigkeit sowie von unterschiedlichen Setzelementen, zum Beispiel mit einem unterschiedlichen Durchmesser des Setzelements, ist es erforderlich, auf den Kolben eine unterschiedliche Setzenergie zu übertragen.
Die einzelnen Kartuschen mit dem Pulver sind an einem Kartuschenstreifen angeordnet. Um unterschiedliche Setzkräfte in dem pulverkraftbetriebenen Setzgerät zu ermöglichen, werden unterschiedliche Kartuschenstreifen mit einer unterschiedlichen Menge an Pulver innerhalb je einer Kartusche vorgehalten. Zur Unterscheidung der Kartuschenstreifen sind diese entsprechend unterschiedlich optisch markiert, zum Beispiel durch Farben oder durch entsprechende Zahlenaufdrucke. Der Anwender bzw. Benutzer des pulverkraftbetriebenen Setzgerätes muss deshalb für eine Anpassung der Setzenergie ständig unterschiedliche Kartuschenstreifen bzw. Kartuschen vorhalten. Die Setzenergie, welche erforderlich ist, wird dabei oftmals auch vor Ort auf der Baustelle erst in Setzversuchen ermittelt. Kauft der Anwender beispielsweise Kartuschen bzw. Kartuschenstreifen mit einer nicht geeigneten Menge an Pulver innerhalb der Kartusche, muss der Anwender die falsch gekaufte Kartusche wieder zurückbringen und eine Kartusche bzw. einen Kartuschenstreifen mit der richtigen Menge an Pulver im Handel kaufen. Dies bedeutet für den Anwender eine erhebliche Zeitverzögerung. Darüber hinaus ist in der Produktion, Logistik und Lagerhaltung der Hersteller von pulverkraftbetriebenen Setzgeräten ein großer Aufwand erforderlich, um die unterschiedlichen Kartuschenstreifen ständig für die Anwender zum Kaufen zur Verfügung zu halten.
Aus der EP 0 972 615 B1 ist ein pulverkraftbetriebenes Setzgerät mit einer Laufbohrung, einer Kartuschenaufnahme und einer Kolbenführung bekannt. An die Kolbenführung mündet ein Abströmkanal. Die Kartuschenaufnahme sowie der Abströmkanal münden in die Laufbohrung. Mit dem Abströmkanal kann Gas aus der Laufbohrung abgeleitet werden zur Reduzierung der Setzenergie.
Die DE 199 83 546 T1 zeigt ein pulverkraftbetriebenes Setzgerät. Eine Mündungsplatte unterteilt die Brennkammer in ein oberes und ein unteres Volumen. In die Brennkammer mündet eine einstellbare Volumenkammer. Die Größe der zusätzlichen Volumenkammer kann durch die Einstellung einer beweglichen Platte variiert werden und dadurch die Setzenergie von dem Benutzer gesteuert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System mit einem pulverkraftbetriebenen Setzgerät und ein Verfahren zum Setzen eines Setzelementes in einen Setzgegenstand zur Verfügung zu stellen, bei dem die Setzelemente auch bei einer identischen Pulvermenge in den Kartuschen mit einer unterschiedlichen Setzenergie in den Setzgegenstand eingebracht werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem System mit einem pulverkraftbetriebenen Setzgerät, das Setzgerät umfassend eine Kolbenführung, einen Kolben, eine Kartuschenaufnahme für eine Kartusche mit Pulver als Brennstoff, einen Arbeitsraum, welcher mit der Kartuschenaufnahme fluidleitend verbunden ist, und von der Kolbenführung und einer Arbeitsbegrenzungsfläche des Kolbens begrenzt ist, eine Einrichtung, z. B. einen Kolbenschaft, zum Einbringen eines Setzelementes in einen Setzgegenstand und auf die Einrichtung eine Setzenergie übertragbar ist aufgrund des Druckes von Gas in dem Arbeitsraum, so dass die Einrichtung mit Verbrennungskraft betreibbar ist, wobei das System in Ergänzung zu dem Setzgerät wenigstens einen zusätzlichen Kolben mit einer unterschiedlichen Geometrie an der Arbeitsbegrenzungsfläche als wenigstens ein anderer Kolben umfasst, so dass bei einer Anordnung eines, insbesondere nur eines, der unterschiedlichen Kolben in dem Setzgerät das Setzgerät ein unterschiedliches Totraumvolumen an dem Arbeitsraum aufweist, um eine unterschiedliche Setzenergie, insbesondere bei Kartuschen mit einer identischen Pulvermenge, zu erhalten. In dem Setzgerät können Kolben mit einer unterschiedlichen Geometrie an der Arbeitsbegrenzungsfläche angeordnet werden. Ein Anwender des Setzgeräts entfernt hierzu einen Kolben aus dem Setzgerät, beispielsweise durch Lösen einer Kolbensperre und Herausziehen des Kolbens, und setzt anschließend einen anderen Kolben in das Setzgerät ein und schließt gegebenenfalls die Kolbensperre.
Bei einer Zündung des Pulvers innerhalb der Kartusche erhöht die Zündung des Pulvers den Druck des Gases innerhalb des Arbeitsraums, sodass auf die Arbeitsbegrenzungsfläche des Kolbens der Druck des Gases wirkt und dadurch auf den Kolben eine Druckkraft wirkt als Setzenergie zum Einbringen der Setzelemente in den Setzgegenstand. Je größer das Volumen des Arbeitsraums bei der Zündung ist, desto geringer ist die Zunahme des Drucks bei der Zündung des Pulvers. Das Totraumvolumen ist das Volumen des Arbeitsraums vor bzw. bei der Zündung der Kartusche, insbesondere wenn sich der Kolben an einem Anschlag befindet mit einem minimalen Volumen des Arbeitsraumes als dem Totraumvolumen. Durch die unterschiedliche Geometrie des Kolbens an der Arbeitsbegrenzungsfläche wird bei einem größeren Totraumvolumen an dem Arbeitsraum das Setzelement mit einer kleineren Setzenergie eingebracht und bei einem kleinen Totraumvolumen das Setzelement mit einer größeren Setzenergie in den Setzgegenstand eingebracht. Das System mit dem pulverkraftbetriebenen Setzgerät umfasst somit neben dem Setzgerät mit einem Kolben weitere zusätzliche Kolben mit der unterschiedlichen Geometrie an der Arbeitsbegrenzungsfläche, sodass dadurch durch das Anordnen der unterschiedlichen Kolben in dem Setzgerät die Setzelemente mit einer unterschiedlichen Setzenergie in den Setzgegenstand eingebracht werden können, auch bei einer identischen Menge an Pulver in den Kartuschen. Zur Anpassung der Setzenergie an Setzgegenstände mit einer unterschiedlichen Härte und/oder Festigkeit sind somit nicht unterschiedliche Kartuschen an Kartuschenstreifen erforderlich, sondern mittels einer Einheitskartusche und lediglich der Anordnung von unterschiedlichen Kolben innerhalb des Setzgeräts kann die unterschiedliche Setzenergie von dem Setzgerät zur Verfügung gestellt werden.
In einer ergänzenden Ausführungsform weisen die Kolben an der Arbeitsbegrenzungsfläche Aussparungen mit einem unterschiedlichen Volumen auf. Die Aussparungen erhöhten das Totraumvolumen und damit auch das Volumen des Arbeitsraums. Befindet sich der Kolben an einem Anschlag an einer Verbindungsbohrung zu der Kartuschenaufnahme, ist der Arbeitsraum minimal und das Volumen des Arbeitsraums ist beispielsweise von dem Volumen der Aussparung und dem Volumen der Verbindungsbohrung gebildet.
In einer ergänzenden Variante unterscheidet sich das Volumen der Aussparungen an zwei unterschiedlichen Kolben um wenigstens 20 %, 40 %, 60 %, 100 % oder 200 % und/oder das Totraumvolumen des Setzgerätes mit den unterschiedlichen Kolben sich um wenigstens 20 %, 40 %, 60 %, 100 % oder 200 % unterscheidet. Aufgrund des großen Unterschieds der Volumina der Aussparungen können dadurch auch große unterschiedliche Setzkräfte bei der identischen Menge an Pulver in den Kartuschen zur Verfügung gestellt werden. Zweckmäßig ist das Totraumvolumen das minimale Volumen des Arbeitsraumes bei einer Stellung des Kolbens mit dem minimalen Volumen des Arbeitsraumes.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Aussparungen an den Kolben als zentrische axiale Aussparungen oder seitliche radiale Aussparungen ausgebildet. Seitliche Aussparungen dienen dabei der Erhöhung des Totraumvolumens und unter Umständen einer allmählichen Öffnung eines Abblaskanals, so dass die Energiereduktion pro ausgesparte Volumeneinheit erhöht ist.
In einer zusätzlichen Ausführungsform mündet ein Abströmkanal an einem ersten Ende in den Arbeitsraum und ein zweites Ende des Abströmkanals mündet in die Umgebung und eine Querschnittsfläche des Abströmkanals ist mit einem Regulierelement, insbesondere einem Regulierstift, veränderbar, so dass keine oder unterschiedliche Gasmengen aus dem Arbeitsraum durch den Abströmkanal ableitbar sind als Abblasregulierung für eine unterschiedliche Setzenergie. Mittels des Abströmkanals kann somit die Setzenergie zusätzlich in Ergänzung zu den unterschiedlichen Kolben gesteuert werden. Dadurch ist neben der Grobsteuerung der Setzenergie mit den unterschiedlichen Kolben mit dem Abströmkanal eine Feinsteuerung der Setzenergie möglich. Zur Feinsteuerung der Setzenergie ist somit kein Austausch der Kolben des Setzgerätes des Systems in vorteilhafter Weise erforderlich.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Kartuschenaufnahme als eine konische Bohrung ausgebildet und die Kartuschenaufnahme ist mit einer Verbindungsbohrung mit einem Kolbenaufnahmeraum an der Kolbenführung verbunden. Die Kartusche ist gasdicht an der konischen Bohrung angeordnet und mittels eines Schlagelements kann ein Zünder innerhalb der Kartusche gezündet werden zur Zündung des Pulvers.
In einer ergänzenden Variante ist der Kolbenaufnahmeraum an der Kolbenführung von einem Trennelement mit einer Vielzahl von Öffnungen mit einem Brennraum verbunden.
Zweckmäßig ist das Trennelement als eine Lochplatte ausgebildet und/oder der Brennraum ist von der Verbindungsbohrung und vorzugsweise der Kartuschenaufnahme gebildet. Der Durchmesser der Öffnung ist dabei vorzugsweise kleiner als der Durchmesser der Körner des Pulvers innerhalb der Kartusche oder Verbrennungsreste des Pulvers, sodass dadurch bei der Zündung des Pulvers kein Pulver oder Verbrennungsreste in den Arbeitsraum an den Kolben gelangt und dadurch beispielsweise auch eine Gleitlagerung zwischen dem Kolben und der Kolbenführung nicht durch Pulver oder Verbrennungsreste beeinträchtigt ist.
In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst das Setzgerät des Systems ein Gehäuse, z. B. aus Kunststoff und/oder Metall, zum mechanischen Schutz und als äußere Umhüllung der anderen Komponenten des Setzgerätes.
In einer ergänzenden Variante umfasst das Setzgerät des Systems eine Abgaskolbenrückführung mit einem Abgaskolbenrückführkanal und einem Rückführkolben. Mittels der Abgaskolbenrückführung wird der Kolben nach dem Zünden des Pulvers und dem Einschlagen des Setzelements in den Setzgegenstand wieder zurückgeführt, sodass dadurch der Arbeitsraum minimal ist und vorzugsweise der Kolben an einem Anschlag anliegt.
In einer ergänzenden Variante ist mit dem System ein dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar und/oder das Setzelement ist als ein Nagel oder ein Bolzen ausgebildet und/oder das Setzgerät des Systems umfasst ein Magazin zur Lagerung einer Vielzahl von Setzelementen und/oder das Setzgerät des Systems umfasst eine Steuereinheit und/oder der Arbeitsraum ist von der Arbeitsbegrenzungsfläche des beweglichen Kolbens begrenzt und mit dem Kolben ist die Setzenergie auf die Einrichtung übertragbar.
Erfindungsgemäßes Verfahren zum Setzen eines Setzelementes in einen Setzgegenstand, insbesondere mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen System, mit den Schritten: Setzen des Setzelementes in den Setzgegenstand, z. B. eine Betondecke, in dem ein Brennstoff in einer Kartusche gezündet wird, aufgrund des Brennvorganges des Brennstoffes in einem Arbeitsraum die Temperatur und der Druck des Gases in dem Arbeitsraum erhöht wird und eine Setzenergie von dem Gas in dem Arbeitsraum auf eine Arbeitsbegrenzungsfläche eines Kolbens und diese Setzenergie auf das Setzelement übertragen wird, so dass aufgrund dieser Setzenergie das Setzelement in den Setzgegenstand eingebracht wird, die Setzenergie gesteuert und/oder geregelt wird, wobei die Setzenergie gesteuert und/oder geregelt wird, indem Kolben mit einer unterschiedlichen Geometrie an der Arbeitsbegrenzungsfläche in dem Setzgerät angeordnet werden, so dass das Setzgerät ein unterschiedliches Totraumvolumen an dem Arbeitsraum aufweist.
In einer ergänzenden Ausführungsform werden Kolben mit unterschiedlichen Aussparungen in dem Setzgerät angeordnet, so dass unterschiedlichen Totraumvolumina des Arbeitsraumes sich um wenigstens 20 %, 40 %, 60 %, 100 % oder 200 % unterscheiden. Insbesondere ist das Totraumvolumen das minimale Volumen des Arbeitsraumes bei einer entsprechenden Stellung des Kolbens mit dem minimalen Volumen des Arbeitsraumes.
Zweckmäßig wird das Gas durch einen Abströmkanal abgeleitet, um die Setzenergie zu reduzieren, insbesondere wird eine gesteuerte unterschiedliche Gasmenge durch den Abströmkanal abgeleitet, um eine gesteuerte unterschiedliche Setzenergie zu erhalten. Durch das Ableiten von Gas durch den Abströmkanal erfolgt die Feinsteuerung der Setzenergie. Die Grobsteuerung der Setzenergie erfolgt durch die Anordnung der unterschiedlichen Kolben mit der unterschiedlichen Arbeitsbegrenzungsfläche, sodass beispielsweise auch während des Arbeitens mit dem Setzgerät durch das Betätigen eines Regulierelements unterschiedliche Gasmengen durch den Abströmkanal abgeleitet werden können und dadurch eine unterschiedliche Setzenergie erreicht werden kann. Je größer die durch den Abströmkanal ausgeleitete Gasmenge ist, desto geringer ist die Setzenergie und umgekehrt.
In einer zusätzlichen Ausführungsform wird nach jedem Setzen je eines Setzelementes eine andere Kartusche an einer Kartuschenaufnahme angeordnet, insbesondere wird mit einem Mechanismus die andere Kartusche, vorzugsweise an einem Kartuschenstreifen, angeordnet. Das Setzen des Setzelements erfolgt automatisch durch das Betätigen eines Triggers und der Mechanismus steht in Wirkverbindung mit einer Steuereinheit, sodass nach dem Setzen eines Setzelements automatisch eine andere mit Pulver befüllte Kartusche an dem Kartuschenstreifen zu der Kartuschenaufnahme geführt wird.
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1: einen stark vereinfachten Längsschnitt eines Setzgerätes,
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht eines Kartuschenstreifens mit Kartuschen,
Fig. 3: einen Längsschnitt eines Kolbens mit einer axialen Aussparung mit einem kleinen Volumen der Aussparung,
Fig. 4: einen Längsschnitt des Kolbens mit der axialen Aussparung mit einem mittleren Volumen der Aussparung,
Fig. 5: einen Längsschnitt des Kolbens mit der axialen Aussparung mit einem großen Volumen der Aussparung,
Fig. 6: einen Längsschnitt des Kolbens mit einer radialen Aussparung mit einem kleinen Volumen der Aussparung,
Fig. 7: einen Längsschnitt des Kolbens mit einer radialen Aussparung mit einem mittleren Volumen der Aussparung und
Fig. 8: einen Längsschnitt des Kolbens mit einer radialen Aussparung mit einem großen Volumen der Aussparung.

Ein in Fig. 1 dargestelltes und mit Verbrennungskraft, nämlich Pulverkraft, betriebenes Setzgerät 1 dient dazu, Setzelemente 19, zum Beispiel Nägel 20 oder Bolzen, in einen Setzgegenstand 2, zum Beispiel eine Betondecke oder eine Holzlatte, einzubringen bzw. einzuschlagen. Das Setzgerät 1 umfasst ein Gehäuse 3 aus Metall und/oder Kunststoff. Dabei sind innerhalb eines Magazins 21 eine Vielzahl von Nägeln 20 bevorratet und mittels eines automatischen Zuführmechanismus (nicht dargestellt) kann nach dem Einschlagen eines Nagels 20 selbsttätig ein weitere Nagel 20 zu dem Bereich links von einem Kolbenschaft 18 als Einrichtung 17 zum Einbringen des Setzelementes 19 gefördert werden. Dies erfolgt dabei selbsttätig und automatisch durch das Betätigen eines Triggers 22. Der Trigger 22 steht dabei mittels einer nicht dargestellten elektrischen Steuerleitung in Verbindung mit einer Steuereinheit 25. Der Trigger 22 ist an einem Handgriff 23 angeordnet und der Handgriff 23 ist von dem Gehäuse 3 gebildet.
Innerhalb des Gehäuses 3 ist ein Kolbenlagerteil 10 aus Metall angeordnet. Das mehrteilige Kolbenlagerteil 10 begrenzt eine zylinderförmige Kolbenführung 5 zur Gleitlagerung eines Kolbens 6 an einer radialen Außenseite des Kolbens 6. Der Kolben 6 ist mit einer Kolbenverbindungsstange 11 mit einem Rückführkolben 12 mechanisch fest verbunden und an dem Rückführkolben 12 ist der Kolbenschaft 18 als der Einrichtung 17 zum Einbringen des Setzelements 19 befestigt. Der Kolben 6, der Rückführkolben 7, die Kolbenverbindungsstange 11 und der Kolbenschaft 18 sind dabei koaxial und konzentrisch zueinander ausgerichtet. In das Kolbenlagerteil 10 ist eine Kartuschenaufnahme 38 als eine konische Bohrung 39 eingearbeitet und die Kartuschenaufnahme 38 steht durch eine Verbindungsbohrung 40 mit einem Kolbenaufnahmeraum 41 innerhalb der Kolbenführung 5 als Teil eines Arbeitsraum 28 in fluid- und gasleitender Verbindung. Der Arbeitsraum 28 ist somit unter anderem von der Kolbenführung 5 und einer Arbeitsbegrenzungsfläche 7 des Kolbens 6 begrenzt, sodass der Druck eines Gases innerhalb des Kolbenaufnahmeraumes 41 auf die Arbeitsbegrenzungsfläche 7 eine Druckkraft aufbringt gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach links und diese Druckkraft bewirkt die Setzenergie, mit der die Setzelemente 19 in den Setzgegenstand 2 eingebracht werden. Innerhalb der Verbindungsbohrung 40 ist eine Lochplatte 26 als ein Trennelement 24 angeordnet und das Trennelement 24 weist Öffnungen 27 auf. Dabei sind auf einem Kartuschenstreifen 16 eine Vielzahl von Kartuschen 15, beispielsweise zehn Kartuschen 15, angeordnet und in Fig. 2 sind lediglich drei der zehn Kartuschen 15 dargestellt. Die Kartusche 15 bildet dabei eine Hülse innerhalb der Pulver und ein Zünder angeordnet ist. Mittels eines Schlagelements 36 wird bei einer Aktivierung des Triggers 22 von der Steuereinheit 25 auf ein rückseitiges Ende der Kartusche 15 eine Schlagkraft aufgebracht und dadurch der Zünder gezündet und im Nachfolgenden auch das Pulver. Die Öffnungen 27 sind kleiner als der Durchmesser der Körner des Pulvers innerhalb der Kartusche bzw. der Verbrennungsreste des Pulvers, sodass dadurch kein Pulver und auch keine Verbrennungsreste in den Kolbenaufnahmeraum 41 an der Kolbenführung 5 als Teil des Arbeitsraumes 28 gelangen kann. Die Verbindungsbohrung 40 zwischen der Lochplatte 26 und der Kartusche 15 bildet somit einen Brennraum 29 für das Pulver innerhalb der Kartusche 15. Die Verbrennungsbohrung 40 bildet auch zusätzlich den Arbeitsraum 28 außerhalb der Kolbenführung 5 bzw. außerhalb des Kolbenaufnahmeraumes 41, da der Raum der Verbindungsbohrung 40 als Brennraum 29 auch zur Aufbringung der Druckkraft auf die Arbeitsbegrenzungsfläche 7 des Kolbens 6 genutzt wird.
Befindet sich der Kolben 6 an der maximalen rechten axialen Position gemäß der Darstellung in Fig. 1, das heißt, liegt ein rechtes axiales Ende des Kolbens 6, das heißt eine Arbeitsbegrenzungsfläche 7 eines Kolbens 6, auf einem rechten Anschlag 37 des Kolbenlagerteils 10 auf, ist das Volumen des Arbeitsraums 28 minimal und damit auch das Volumen des Totraums. Das Totraumvolumen ist somit insbesondere das minimale Volumen des Arbeitsraums 28 kurz vor der Zündung des Pulvers bei einem Aufliegen des Kolbens 6 auf dem Anschlag 37. Das Volumen der Verbindungsbohrung 40 kann jedoch nicht verändert werden. Lediglich durch eine Änderung des Volumens des Kolbenaufnahmeraumes 41 mit den unterschiedlichen Kolben 6 wird das Totraumvolumen als das minimale Volumen des Arbeitsraumes 28 verändert.
Der in Fig. 1 dargestellte Kolben 6 weist eine axiale Aussparung 8 auf, sodass durch das Volumen der axialen Aussparung 8 das Volumen des Arbeitsraums 28 und auch das Totraumvolumen des Setzgeräts 1 zusätzlich erhöht ist. Je größer das Totraumvolumen des Setzgeräts 1 bei bzw. kurz vor der Zündung des Pulvers innerhalb der Kartusche 15 ist, desto kleiner ist die auf die Setzelemente 19 übertragene Setzenergie und umgekehrt. In Fig. 3 bis 5 sind die Kolben 6 mit unterschiedlich großen axialen Aussparungen 8 dargestellt. Durch die Anordnung der unterschiedlichen Kolben 6 innerhalb des Setzgeräts 1 kann dadurch auf die Setzelemente 19 eine unterschiedliche Setzenergie übertragen werden. In Fig. 3 ist der Kolben 6 mit einem kleinen Volumen der Aussparung 8 dargestellt, sodass dadurch das Setzgerät 1 die maximale Setzenergie aufweist. Der in Fig. 5 dargestellte Kolben 6 weist das größte Volumen an der axialen Aussparung 8 auf, sodass dadurch ein großes Totraumvolumen des Setzgeräts 1 vorhanden ist und dadurch die Setzelemente 19 mit der minimalen Setzenergie in den Setzgegenstand 2 eingebracht werden. In Fig. 5 weist der Kolben 6 eine axiale Aussparung 8 mit einem mittleren Volumen auf. Das Setzgerät 1 mit dem nur einen Kolben 6 bildet zusammen mit den anderen unterschiedlichen Kolben 6 ein System 4.
In Fig. 6 bis 8 sind weitere Ausführungsbeispiele des Kolbens 6 dargestellt und im Unterschied zu den in den Fig. 3 bis 5 dargestellten axialen Aussparungen 8 weisen die in Fig. 6 bis 8 dargestellten Kolben radiale Aussparungen 9 auf.
Nach dem Zünden des Pulvers innerhalb der Kartusche 15 wird der Kolben 6 von der in Fig. 1 dargestellten rechten axialen Stellung bzw. Position an der Kolbenführung 5 nach links bewegt, bis der Rückführkolben 12 an einem weiteren Anschlag 37 am linken Ende der Kolbenführung 5 aufliegt. Während der Bewegung des Kolbens 6 nach links wird das Volumen des Kolbenaufnahmeraumes 41 erhöht und damit auch das Volumen des Arbeitsraumes 28 vergrößert. Das Kolbenlagerteil 10 weist einen Abgaskolbenrückführkanal 13 auf, sodass ab einer axialen Position des Kolbens 6 das Gas aus dem Arbeitsraum 28 durch den Abgaskolbenrückführkanal 13 strömen kann. Während der axialen Bewegung des Kolbens 6 erhöht sich auch das Volumen des Arbeitsraums 28. Dadurch gelangt in einen Rückführraum 14 zwischen dem Kolbenlagerteil 10 und dem Rückführkolben 12 das unter Druck befindliche Gas aus dem Arbeitsraum 28 und dadurch kann bei einer entsprechenden Dimensionierung und Auslegung unter anderem des Kolbens 6 und des Abgaskolbenrückführkanales 13 nach dem Setzen des Setzelements 19 der Kolben 6 wieder in die in Fig. 1 dargestellte axiale Position zurückbewegt werden.
Das Kolbenlagerteil 10 weist außerdem einen Abströmkanal 30 auf. Ein erstes Ende 31 des Abströmkanals 30 mündet in den Arbeitsraum 28 und ein zweites Ende 32 des Abströmkanals 30 mündet in die Umgebung. Ein als Regulierstift 34 ausgebildetes Regulierelement 33 weist ein Außengewinde auf und mittels eines Innengewindes an dem Kolbenlagerteil 10 und eines außenseitigen Regulierrades 35 kann der Regulierstift 34 in axialer Richtung bewegt werden, sodass dadurch der Abströmkanal 30 vollständig oder teilweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Nach der Zündung der Kartusche 15 mit dem Pulver bewegt sich der Kolben 6 in axialer Richtung gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach links und nach einer geringfügigen axialen Bewegung wird von dem Kolben 6 das erste Ende 31 des Abströmkanals 30 geöffnet, sodass dadurch bei einem wenigstens teilweise geöffneten Abströmkanal 30 aufgrund der Position des Regulierstifts 34 Gas aus dem Arbeitsraum 28 ausströmen kann. Mittels des Regulierstifts 34 kann somit zusätzlich eine Feinsteuerung der Setzenergie ausgeführt werden. Je mehr Gas aus dem Arbeitsraum 28 durch den Abströmkanal 30 aufgrund der zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnittsfläche des Abströmkanales 30 an dem Regulierstift 34 ausgeleitet wird, desto geringer ist die Setzenergie des Setzgerätes 1 und umgekehrt.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen System 4 wesentliche Vorteile verbunden. Die Kolben 6 weisen an der Arbeitsbegrenzungsfläche 7 Aussparungen 8, 9 mit einem unterschiedlichen Volumen auf. Dadurch kann durch die Anordnung der unterschiedlichen Kolben 6 in dem Setzgerät 1 das Totraumvolumen des Setzgeräts 1 wesentlich verändert werden und dadurch auch die Setzenergie, da je größer das Totraumvolumen des Setzgeräts 1 ist, desto kleiner die Setzenergie ist und umgekehrt. Die erforderlichen unterschiedlichen Setzkräfte für unterschiedliche Setzgegenstände 2 können somit mit Kartuschenstreifen 16 mit Kartuschen 15 mit einer identischen Menge an Pulver zur Verfügung gestellt werden. Der Benutzer des erfindungsgemäßen Systems 4 benötigt somit nur noch eine Einheitskartusche 15 bzw. Einheitskartuschenstreifen 16 mit einer identischen Menge an Pulver in den Kartuschen 15 und muss damit nicht mehr unterschiedliche Kartuschenstreifen 16 vorhalten. Lediglich durch die unterschiedlichen Kolben 6 kann somit die Setzenergie des Setzgeräts 1 wesentlich verändert werden. Die Feinsteuerung der Setzenergie erfolgt mittels des Regulierstifts 34 an dem Setzgerät 1.

Claims

System (4) mit einem pulverkraftbetriebenen Setzgerät (1), das Setzgerät (1) umfassend
- eine Kolbenführung (5),

- einen Kolben (6),

- eine Kartuschenaufnahme (38) für eine Kartusche (15) mit Pulver als Brennstoff,

- einen Arbeitsraum (28), welcher mit der Kartuschenaufnahme (38) fluidleitend verbunden ist, und von der Kolbenführung (5) und einer Arbeitsbegrenzungsfläche (7) des Kolbens (6) begrenzt ist,

- eine Einrichtung (17), z. B. einen Kolbenschaft (18), zum Einbringen eines Setzelementes (19) in einen Setzgegenstand (2) aufgrund des Druckes von Gas in dem Arbeitsraum (28), so dass die Einrichtung (17) mit Verbrennungskraft betreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das System (4) in Ergänzung zu dem Setzgerät (1) wenigstens einen zusätzlichen Kolben (6) mit einer unterschiedlichen Geometrie an der Arbeitsbegrenzungsfläche (7) als wenigstens ein anderer Kolben (6) umfasst, so dass bei einer Anordnung eines, insbesondere nur eines, der unterschiedlichen Kolben (6) in dem Setzgerät (1) das Setzgerät (1) ein unterschiedliches Totraumvolumen an dem Arbeitsraum (28) aufweist, um eine unterschiedliche Setzenergie, insbesondere bei Kartuschen (15) mit einer identischen Pulvermenge, zu erhalten.
System nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kolben (6) an der Arbeitsbegrenzungsfläche (7) Aussparungen (8, 9) mit einem unterschiedlichen Volumen aufweisen.
System nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich das Volumen der Aussparungen (8, 9) an zwei unterschiedlichen Kolben (6) um wenigstens 20%, 40%, 60%, 100% oder 200% unterscheidet
und/oder
sich das Totraumvolumen des Setzgerätes (1) mit den unterschiedlichen Kolben (6) um wenigstens 20%, 40%, 60%, 100% oder 200% unterscheidet.
System nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aussparungen (8, 9) an den Kolben (6) als zentrische axiale Aussparungen (8) oder seitliche radiale Aussparungen (9) ausgebildet sind.
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abströmkanal (30) an einem ersten Ende (31) in den Arbeitsraum (28) mündet und ein zweites Ende (32) des Abströmkanales (30) in einen Abgaskolbenrückführkanal (13) und/oder in die Umgebung mündet und eine Querschnittsfläche des Abströmkanales (30) mit einem Regulierelement (33), insbesondere einem Regulierstift (34), veränderbar ist, so dass keine oder unterschiedliche Gasmengen aus dem Arbeitsraum (28) durch den Abströmkanal (30) ableitbar sind als Abblasregulierung für eine unterschiedliche Setzenergie.
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kartuschenaufnahme (38) als eine konische Bohrung (39) ausgebildet ist und die Kartuschenaufnahme (38) mit einer Verbindungsbohrung (40) mit einem Kolbenaufnahmeraum (28) an der Kolbenführung (5) verbunden ist.
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kolbenaufnahmeraum (41) an der Kolbenführung (5) von einem Trennelement (24) mit einer Vielzahl von Öffnungen (27) mit einem Brennraum (29) verbunden ist.
System nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Trennelement (24) als eine Lochplatte (26) ausgebildet ist und/oder
der Brennraum (29) von der Verbindungsbohrung (40) und vorzugsweise der Kartuschenaufnahme (38) gebildet ist.
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Setzgerät (1) des Systems (4) eine Abgaskolbenrückführung mit einem Abgaskolbenrückführkanal (13) und einem Rückführkolben (12) umfasst.
System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mit dem System (4) ein Verfahren gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 12 bis 15 ausführbar ist
und/oder
das Setzelement (19) als ein Nagel (20) oder ein Bolzen ausgebildet ist
und/oder
das Setzgerät (1) des Systems (4) ein Magazin (21) zur Lagerung einer Vielzahl von Setzelementen (19) umfasst und/oder
das Setzgerät (1) des Systems (4) eine Steuereinheit (25) umfasst und/oder
der Arbeitsraum (28) von der Arbeitsbegrenzungsfläche (7) des beweglichen Kolbens (6) begrenzt ist und mit dem Kolben (6) die Setzenergie auf die Einrichtung (17) aufbringbar ist.
Verfahren zum Setzen eines Setzelementes (19) in einen
Setzgegenstand (2), insbesondere mit einem System (4) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
- Setzen des Setzelementes (19) in den Setzgegenstand (2), z. B. eine Betondecke, in dem ein Brennstoff in einer Kartusche (15) gezündet wird, aufgrund des Brennvorganges des Brennstoffes in einem Arbeitsraum (28) die Temperatur und der Druck des Gases in dem Arbeitsraum (28) erhöht wird und eine Setzenergie von dem Gas in dem Arbeitsraum (28) auf eine Arbeitsbegrenzungsfläche (7) eines Kolbens (6) aufgebracht wird und diese Setzenergie auf das Setzelement (19) übertragen wird, so dass aufgrund dieser Setzenergie das Setzelement (19) in den Setzgegenstand (2) eingebracht wird,

- die Setzenergie gesteuert und/oder geregelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Setzenergie gesteuert und/oder geregelt wird, indem Kolben (6) mit einer unterschiedlichen Geometrie an der Arbeitsbegrenzungsfläche (7) in dem Setzgerät (1) angeordnet werden, so dass das Setzgerät (1) ein unterschiedliches Totraumvolumen an dem Arbeitsraum (28) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
Kolben (6) mit unterschiedlichen Aussparungen (8, 9) in dem Setzgerät (1) angeordnet werden, so dass die unterschiedlichen Totraumvolumina des Arbeitsraumes (28) sich um wenigstens 20%, 40%, 60%, 100% oder 200% unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gas durch einen Abströmkanal (30) abgeleitet wird, um die Setzenergie zu reduzieren, insbesondere eine gesteuerte unterschiedliche Gasmenge durch den Abströmkanal (30) abgeleitet wird, um eine gesteuerte unterschiedliche Setzenergie zu erhalten.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach jedem Setzen je eines Setzelementes (19) eine andere Kartusche (15), insbesondere mit einem Mechanismus, an einer Kartuschenaufnahme (38) angeordnet wird.