EP2886258A1

EP2886258A1 - Eintreibgerät

Info

Publication number: EP2886258A1
Application number: EP13198044.3A
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: AU2014365251A1; WO2015091113A1; AU2014365251B2; CN105939818A; US20160311098A1; EP3083154A1; RU2016129038A; EP3083154B1; CN105939818B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eintreibgerät, umfassend ein handgeführtes Gehäuse (1) mit einem darin aufgenommenen Kolbenglied (2) zur Übertragung von Energie auf ein einzutreibendes Befestigungselement, eine wechselbare Treibladung und eine zwischen der Treibladung und dem Kolbenglied (2) angeordnete Brennkammer (3), die sich bevorzugt um eine Zentralachse (A) erstreckt, und ein Stellglied (104), mittels dessen die von der Treibladung auf das Kolbenglied (2) übertragende Energie einstellbar veränderbar ist, wobei ein mit der Brennkammer (3) verbundener Abblaskanal (111) mittels eines bewegbaren Schiebers (105) des Stellglieds (104) freigegeben werden kann, wobei eine Startposition des Kolbenglieds (2) mittels des Schiebers (105) einstellbar veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Eintreibgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein System zum Eintreiben eines Befestigungselements in ein Werkstück gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.
Aus dem Stand der Technik sind handgeführte Eintreibgeräte mit Treibladungen bekannt, bei denen nach der Zündung einer pyrotechnischen Ladung die resultierenden Brenngase in einer Brennkammer expandieren. Hierdurch wird ein Kolben als Energieübertragungsmittel beschleunigt und treibt ein Befestigungsmittel in ein Werkstück ein. Grundsätzlich ist dabei ein möglichst optimiertes, rückstandsfreies und reproduzierbares Abbrennen der Ladung gewünscht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Ladung im Regelfall Partikel wie etwa Pulverkörner, Fasern oder Ähnliches umfasst, die nach einem Zünden zunächst vor einer Flammenfront her getrieben werden.
US 6,321,968 B1 beschreibt ein Eintreibgerät mit einer Treibladung, bei dem die Brennkammer mittels einer gelochten Scheibe in eine obere Teilkammer und eine untere Teilkammer separiert ist. Pulverkörner der Treibladung sind dabei größer als die Löcher der Scheibe. Somit werden die Pulverkörner zunächst in einem zentralen Ausstoßbereich auf die gelochten Bereiche der Trennscheibe beschleunigt, wo sie aufgrund der Dimensionierung der Löcher der Trennscheibe zurückgehalten werden, so dass eine Verbrennung der Pulverkörner überwiegend in der oberen Teilkammer stattfindet. In Fig. 10 ist eine Abwandlung gezeigt, bei der eine Treibladung ohne Kartusche eingesetzt wird. Bei dieser Variante ist bauartbedingt kein die Zentralachse einschließender Ausstoßbereich in der oberen Teilkammer vorgesehen, der sich zwischen der Treibladung und einem zentralen Bereich der Trennscheibe erstreckt. Der Ausstoßbereich in dem Beispiel nach Fig. 10 schließt daher die Zentralachse der Brennkammer nicht ein, sondern ist ringförmig um einen zentralen Stempel der Brennkammer angeordnet. Dabei erfolgt die Zündung der kartuschenfreien Ladung an einem oberen Ende des zentralen Stempels.
Die US 6,321,968 B1 zeigt zudem eine Verstellbarkeit eines Totraumvolumens, um die Eintreibenergie des Gerätes verstellbar zu verändern. Hierzu kann ein ventilartiger Schieber in zu einer Eintreibachse senkrechter Richtung verstellt werden. Dabei weist die Brennkammer auch in geschlossener Stellung des Schiebers einen Totraum auf, der als Ausnehmung in einer Seitenwand der Brennkammer ausgebildet ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Eintreibgerät anzugeben, das eine effektive Einstellung einer Eintreibenergie bei gegebener Treibladung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Eintreibvorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Möglichkeit, eine Startposition des Kolbenglieds mittels des Schiebers einstellbar zu verändern, kann zusätzlich zu der Wirkung des Abblaskanals eine Reduzierung der Eintreibenergie erfolgen. Dabei wird das Kolbenglied durch denselben Schieber, der den Abblaskanal ansteuert, gegenüber einer hintersten Position definiert vorgestellt. In einer derart vorgestellten Position wird gegenüber einer hintersten Position des Kolbenglieds ein größeres Ausgangsvolumen der Brennkammer geschaffen. Ferner wird durch die Vorstellung der verbleibende Beschleunigungsweg des Kolbenglieds verkürzt.
Unter einer Eintreibenergie wird im Sinne der Erfindung die Bewegungsenergie des auf ein gegebenes Befestigungsmittel auftreffenden Kolbenglieds bei gegebener Treibladung verstanden. Bei Vorgabe dieser Randbedingungen ist es durch das Stellglied ermöglicht, die resultierende Eintreibenergie für das Befestigungsmittel einstellbar zu verändern.
Ein Kolbenglied im Sinne der Erfindung ist jedes Mittel, das durch die Zündung der Ladung mit Bewegungsenergie beaufschlagt wird, wobei die Bewegungsenergie letztlich auf das Befestigungsmittel übertragen wird. Häufig ist das Kolbenglied als insbesondere zylindrischer Kolben ausgeführt. In dem Kolbenboden können Aussparungen oder andere Strukturen vorgesehen sein, die eine Verwirbelung und gleichmäßige Expansion der Brenngase weiter begünstigen.
Unter einem Befestigungselement im Sinne der Erfindung wird allgemein jede eintreibbare Verankerung, wie zum Beispiel Nagel, Bolzen oder Schraube, verstanden.
Eine Zentralachse im Sinne der Erfindung ist eine zu der Bewegung des Befestigungselements zumindest parallele Achse, die insbesondere durch eine Mitte der Brennkammer verläuft.
Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schieber parallel zu der Achse bewegbar, wodurch eine einfache und effektive mechanische Realisierung ermöglicht ist. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Schieber quer zu der Achse, bevorzugt senkrecht zu der Achse, bewegbar.
Bevorzugt ist dabei ein Austrittsquerschnitt eines Abblaskanals je nach Stellung des Schiebers veränderbar einstellbar. Unter einem Abblaskanal im Sinne der Erfindung wird ein Kanal verstanden, mittels dessen die Verbrennungsgase der Treibladung in die Umgebung oder in ein sonstiges großes Volumen, zum Beispiel einen Gasspeicher für eine Kolbenrückführung, abgeleitet werden. Hierdurch lässt sich je nach Querschnitt des Abblaskanals ein besonders großer und schneller Druckverlust der Brennkammer erzielen.
Allgemein vorteilhaft ist dabei ein Zusatzvolumen der Brennkammer durch eine Verstellung des Schiebers kontinuierlich oder schrittweise einstellbar. Unter einem Zusatzvolumen der Brennkammer wird ein geschlossenes Volumen verstanden, dass zusätzlich zu einem minimalen Volumen der der Brennkammer vorgesehen ist. Ein Zusatzvolumen im engeren Sinne der Erfindung ist dabei ein der Brennkammer hinzugefügtes Volumen, das durch eine Vorstellung des Kolbenglieds relativ zu einer hintersten Position erzeugt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bereits mit Beginn einer Verstellung des Schiebers aus einer geschlossenen Position einerseits das Kolbenglied vorgestellt und andererseits ein Teilquerschnitt des Abblaskanals freigegeben.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, dass mittels einer Verstellung des Schiebers ausgehend von einer geschlossenen Position zunächst ein zunehmendes Zusatzvolumen der Brennkammer eingestellt wird, und dass bei weiterer Verstellung des Schiebers der Abblaskanal freigegeben wird. Hierdurch kann eine besonders günstige Regelcharakteristik bei besonders großer Breite der Energieverstellung erzielt werden. Insbesondere kann auch für große Bereiche einer Energieverstellung ein zumindest annähernd linearer Zusammenhang zwischen einem Verstellweg des Schiebers und der Reduzierung der Eintreibenergie erreicht werden. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform wird zunächst der Abblaskanal und bei weiterer Verstellung des Schiebers ein zunehmendes Zusatzvolumen der Brennkammer freigegeben.
Bei einer allgemein vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Brennkammer mittels eines mehrere Durchbrechungen aufweisenden Trennglieds in eine erste, an die Treibladung angrenzende Teilkammer und zumindest eine zweite, an das Kolbenglied angrenzende Teilkammer unterteilt, wobei in der ersten Teilkammer ein Ausstoßbereich für die Treibladung vorgesehen ist, der sich zwischen der Treibladung und einem zentralen Bereich des Trennglieds erstreckt. Der Ausstoßbereich schließt bevorzugt die Zentralachse ein, das heißt die Zentralachse verläuft durch den Ausstoßbereich.
Besonders bevorzugt ist dabei der Ausstoßbereich an dem zentralen Bereich des Trennglieds durch eine geschlossene Oberfläche des Trennglieds begrenzt. Durch das Vorsehen der geschlossenen Oberfläche in dem zentralen Bereich des Trenngliedes werden Partikel der Ladung, die nach dem Zünden in die Brennkammer ausgestoßen werden, zunächst unbeschadet ihrer Größe reflektiert oder umgelenkt, bevor sie mit einer der Durchbrechungen in Kontakt kommen. Auf diesem geänderten Weg können die Partikel sich dann gleichmäßig in der oberen Teilkammer verteilen, während sie von einer Flammenfront erfasst und ebenfalls entzündet werden.
Insgesamt wird hierdurch eine gute und möglichst vollständige Verbrennung der Treibladung gewährleistet. Dies gilt insbesondere, wenn die Eintreibenergie durch das Stellglied auf einen kleinen Wert justiert ist und daher große Zusatzvolumina und/oder Abblasöffnungen auf den Verbrennungsvorgang der Treibladung einwirken.
Ein Ausstoßbereich im Sinne der Erfindung ist ein prismatischer, meist zylindrischer Raumbereich, dessen Querschnitt durch eine in die Brennkammer gerichtete Oberfläche der zündenden Ladung definiert ist und der sich senkrecht zu der Oberfläche erstreckt. Wenn die Treibladung in Form einer Kartusche bereitgestellt wird, so ist die Oberfläche der Ladung hier als die Austrittsfläche der geöffneten Kartusche definiert. In diesem Fall ist der Ausstoßbereich im Wesentlichen zylindrisch geformt. Sein Durchmesser entspricht dem Innendurchmesser des Kartuschenlagers an dessen Ausgang Richtung Kolbenglied.
Die Zentralachse im Sinne der Erfindung verläuft als Schwerpunktlinie durch den Ausstoßbereich. Regelmäßig, aber nicht notwendig fällt die Zentralachse mit einer Bewegungsachse des Kolbenglieds zusammen.
Ein Trennglied im Sinne der Erfindung ist jede Struktur, durch die die Brennkammer in zwei Teilkammern geteilt ist. Bevorzugt verläuft das Trennglied quer zu der Zentralachse. Es kann zum Beispiel als mehrfach durchbohrte Scheibe ausgebildet sein.
Der zentrale Bereich des Trenngliedes ist bevorzugt nicht durchbrochen, so dass zumindest ein erheblicher Teil der zunächst ausgestoßenen Partikel sich innerhalb des Ausstoßbereichs durch die erste Brennkammer gegen den zentralen Bereich bewegt, ohne zunächst durch das Trennglied in die zweite Teilkammer einzutreten.
Bevorzugt ist die geschlossene Oberfläche des zentralen Bereichs größer als eine Schnittfläche des Trennglieds mit dem Ausstoßbereich.
Bei allgemein bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat der zentrale Bereich des Trennglieds eine Vertiefung. Durch diese Vertiefung kann eine besonders gute Rückstreuung der umgelenkten Partikel und Verwirbelung Brenngase in der ersten Teilkammer erfolgen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Vertiefung dabei als napfartig geformte Aussparung in dem Trennglied ausgebildet. Dies begünstigt eine Streuung und Verwirbelung in besonderem Maße.
Zur weiteren Verbesserung der Streuung und Verwirbelung ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem zentralen Bodenbereich der Aussparung ein aufragender Vorsprung ausgebildet. Der Vorsprung kann zum Beispiel kegelförmig sein.
Alternativ oder ergänzend ist es vorgesehen, dass die Vertiefung einen sich nach unten verringernden Durchmesser aufweist, was ebenfalls eine gute Verteilung von Pulverkörnern und Brenngasen bewirkt.
Im Interesse einer optimalen Wirkung der Vertiefung auf einen Großteil der Treibladung ist es bevorzugt vorgesehen, dass ein maximaler, senkrecht zu der Zentralachse erstreckter Durchmesser der Vertiefung nicht weniger als 80% eines maximalen, senkrecht zu der Achse erstreckten Durchmessers einer Öffnung der Treibladung beträgt. Besonders bevorzugt ist der Durchmesser der Vertiefung größer als der Durchmesser der Öffnung der Treibladung.
Ebenso ist es zur Verbesserung der verwirbelnden Wirkung der Vertiefung bevorzugt vorgesehen, dass eine in Richtung der Achse gemessene, maximale Tiefe der Vertiefung nicht weniger als 30%, besonders bevorzugt nicht weniger als 50%, eines senkrecht zu der Achse gemessenen, maximalen Durchmessers der Vertiefung beträgt.
Allgemein vorteilhaft ist zwischen zwei benachbarten Durchbrechungen jeweils ein Steg vorgesehen ist, wobei Brenngase der Treibladung von dem Ausstoßbereich zunächst radial nach außen zwischen die Stege strömen, bevor sie nach einer Umlenkung die Durchbrechungen in axialer Richtung durchströmen. Hierdurch wird die Umlenkung und Verwirbelung der Brenngase noch weiter optimiert, und ein ungewünschtes Eintreten von großen Pulverkörnern in die Durchbrechungen wird weiter verringert.
Allgemein bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass die Durchbrechungen des Trennglieds einen Querschnitt aufweisen, der größer ist als ein maximaler Querschnitt von Partikeln der Treibladung. Dies verhindert ein Zusetzen der Durchbrechungen mit Verbrennungsrückständen. Durch die weiteren Merkmale der Erfindung wird trotz relativ großer Durchbrechungen ein Eintritt von großen Pulverkörnern in die zweite Teilkammer weitgehend vermieden.
Im Interesse einer einfachen Montage und Wartung ist das Trennglied bevorzugt mittels eines an ihm ausgebildeten Außengewindes in die Brennkammer eingeschraubt.
Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass im Regelbetrieb bei gleicher Treibladung eine mittels des Stellglieds einstellbare maximale Eintreibenergie wenigstens dem zweifachen einer mittels des Stellglieds einstellbaren minimalen Eintreibenergie entspricht. Bevorzugt beträgt die maximale Eintreibenergie wenigstens dem 2,5-fachen der minimalen Eintreibenergie. In vorteilhafter Detailgestaltung betragen die minimale Eintreibenergie nicht mehr als 150 Joule und die maximale Eintreibenergie nicht weniger als 250 Joule. Insgesamt kann hierdurch ein besonders universeller Einsatz des Eintreibgerätes ermöglicht werden, ohne dass eine Mehrzahl von Treibladungen verschiedener Stärke je nach Anwendungsfall bereit gehalten werden müssen.
Allgemein kann eine zumindest teilweise automatische Einstellung der Eintreibenergie mittels einer elektronischen Gerätesteuerung erfolgen. Hierzu notwendige Vorgaben, zum Beispiel über Art und Dimensionierung des Werkstücks, können dabei durch eine Bedienperson vorgenommen werden. Alternativ oder ergänzend können sensorische Informationen, zum Beispiel über die Art des eingelegten Befestigungsmittels, Verwendung finden.
Die Aufgabe der Erfindung wird für ein System zum Eintreiben eines Befestigungselements in ein Werkstück zudem durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst. Dabei ermöglicht ein erfindungsgemäßes Eintreibgerät, einen großen Bereich von Eintreibenergien mit nur einer Treibladung abzudecken. Entsprechend kann auf das Anbieten anderer Treibladungen zum Betrieb des Gerätes verzichtet werden.
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 teilweise Schnittansicht einer Brennkammer eines erfindungsgemäßen Eintreibgerätes mit geschlossenem Schieber.
Fig. 1a: zeigt das Eintreibgerät aus Fig. 1 mit vollständig geöffnetem Schieber.
Fig. 2: zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Eintreibgerätes.
Fig. 3: zeigt eine räumliche Schnittansicht einer Brennkammer eines Eintreibgerätes mit einem Trennglied.
Fig. 4: zeigt eine räumliche Detailansicht der Brennkammer aus Fig. 3.
Fig. 5: zeigt eine räumliche Ansicht eines Trennglieds der Brennkammer aus Fig. 3.
Fig. 6: zeigt eine räumliche Ansicht einer Brennkammer mit einem zweiten Ausführungsbeispiels eines Trennglieds.
Fig. 7: zeigt eine räumliche Ansicht einer Brennkammer mit einem dritten Ausführungsbeispiel eines Trennglieds.
Fig. 8: zeigt eine räumliche Ansicht einer Brennkammer mit einem vierten Ausführungsbeispiel eines Trennglieds.

Eine erfindungsgemäße Eintreibvorrichtung umfasst ein handgeführtes Gehäuse, in dem ein Kolbenglied in Form eines Kolbens 2 aufgenommen ist. Eine Oberfläche 2a des Kolbens 2 begrenzt eine Brennkammer 3, in der sich die Verbrennungsgase einer pyrotechnischen Ladung ausdehnen, um den Kolben 2 zu beschleunigen. Die pyrotechnische Ladung ist fest, bevorzugt pulverförmig. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist die pyrotechnische Ladung flüssig oder gasförmig.
Der so mit Bewegungsenergie beaufschlagte Kolben 2 trifft mit seinem Kolbenschaft auf ein Befestigungselement, das hierdurch in ein Werkstück eingetrieben wird.
Die Ladung ist vorliegend in einer Kartusche aus Metallblech aufgenommen. Die Kartusche hat einen Aufschlagzünder und wird vor der Zündung über eine entsprechende Lademechanik in ein Kartuschenlager 4 eingesetzt.
Kartusche und Kartuschenlager sind bevorzugt rotationssymmetrisch um eine Zentralachse A ausgebildet. Die Zentralachse A ist in den vorliegenden Beispielen zugleich eine Mittelachse der Brennkammer 3 und des Kolbens 2.
Die Brennkammer 3 ist zwischen einer kreisförmigen Öffnung 4a des Kartuschenlagers 4 und der Oberfläche 2a des Kolbens 2 angeordnet. Bei einer möglichen Detailgestaltung ist in dem Kolben 2 eine ringförmige Mulde 2b ausgebildet, die zu einer besseren Verwirbelung der Brenngase beiträgt und einen Teil der Brennkammer 3 darstellt.
Die Brennkammer 3 hat vorliegend eine Seitenwand 101, die als Rotationsfläche einer Parallele um die Zentralachse A, also als Innenzylinder, ausgebildet ist. Zudem hat die Brennkammer 3 eine Bodenfläche 102, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse A erstreckt ist.
Zur einstellbaren Veränderung einer von dem Kolbenglied 2 bei gegebener Treibladung aufgenommenen Bewegungsenergie, und somit zur Veränderung einstellbaren Veränderung einer Eintreibenergie des Befestigungsmittels, ist ein Stellglied 104 vorgesehen. Das Stellglied 104 umfasst eine zu der Brennkammer parallele Ausnehmung 103, in der ein Schieber 105 geführt ist. Das Stellglied 104 umfasst zudem eine Mechanik zur Verstellung einer Position des Schiebers 105 (nicht dargestellt). Der Schieber ist in Fig. 1 bis Fig. 2 zur besseren Übersicht mit einer Schraffur versehen.
Der Schieber 105 ist der Ausnehmung 103 in einem die Brennkammer einschließenden Gehäuse aufgenommen. In dieser Ausnehmung ist der Schieber 103 parallel zu der Zentralachse A in seiner Position verstellbar. Hierzu kann an einem hinteren Ende des Schiebers 105 zum Beispiel ein Außengewinde angeformt sein (nicht dargestellt). Das Außengewinde kann dann in einem Innengewinde eines in axialer Richtung abgestützten, drehbar gelagerten Zahnrads laufen. Durch einen Antrieb des Zahnrads kann der Schieber 105 durch die Gewindedrehung in der axialen Richtung verstellt werden. Die Ausführung der den Schieber 105 verstellenden Mechanik ist beliebig.
Die Verstellung des Schiebers kann je nach Anforderungen manuell, zum Beispiel über ein nicht gezeigtes Stellrad, erfolgen. Es kann sich aber auch um eine Verstellung mittels eines elektrischen Aktuators handeln. Dabei kann eine zumindest teilweise automatische Einstellung der Eintreibenergie mittels einer elektronischen Gerätesteuerung erfolgen. Hierzu notwendige Vorgaben, zum Beispiel über Art und Dimensionierung des Werkstücks, können dabei durch eine Bedienperson vorgenommen werden. Alternativ oder ergänzend können sensorische Informationen, zum Beispiel über die Art des eingelegten Befestigungsmittels, Verwendung finden.
Die Ausnehmung 103 ist über eine Durchbrechung 106 mit der Brennkammer 3 verbunden. In Eintreibrichtung führt ein Kanal 107 parallel zu der Brennkammer nach vorne.
Der Schieber 105 füllt die Ausnehmung 103 aus und ragt mit einem senkrecht zu der Achse A vorragendem Zapfen 108 durch die Durchbrechung 106 in die Brennkammer 3 hinein. Der Zapfen 108 ragt zudem über einen Rand eines Bodens 2a des Kolbenglieds 2 vor, so dass das Kolbenglied 2 in einer Bewegung entgegen der Eintreibrichtung an dem Zapfen 108 des Schiebers 105 anschlägt. Hierdurch ist eine hintere Position bzw. Ausgangsposition des Kolbeglieds 2 vor dem Eintriebvorgang durch die Stellung des Schiebers 105 mit dem Zapfen 108 definiert.
Der Schieber hat zudem eine nach vorne offene, axial erstreckte Bohrung 109 mit einer seitlichen Öffnung 110, die in Richtung der Durchbrechung 106 orientiert ist.
Je nach Stellung des Schiebers 105 überdeckt die seitliche Öffnung 110 gar nicht, teilweise oder maximal mit der Durchbrechung 106. Hierdurch kann das Volumen der Brennkammer 3 über einen einstellbar veränderlichen Querschnitt mit der Bohrung 109 und dem Kanal 107 verbunden werden.
Die Öffnung 110, die Bohrung 109 und der Kanal 107 bilden daher bei entsprechender Stellung des Schiebers insgesamt einen Abblaskanal 111 aus. Nach einer Zündung der pyrotechnischen Treibladung können die expandierenden Gase teilweise in den Abbaslkanal je nach dessen Öffnungszustand entweichen. Hierdurch wird die letztlich vom Kolbenglied 2 aufgenommene Bewegungsenergie bzw. die Eintreibenergie verringert.
Der Abblaskanal 111 mündet vorliegend in einem nicht dargestellten Gaskanal an einer der Brennkammer 3 vorgelagerten Führung des Kolbenglieds 2. Diese endet auf bekannte Weise in einem Speicherraum (nicht dargestellt). Mittels der im Speicherraum gesammelten Verbrennungsgase wird das Kolbenglied 2 auf bekannte Weise am Ende des Eintreibvorgangs in die Ausgangsposition zurückbewegt. Bei alternativen Ausgestaltungen kann der Abblaskanal 111 auch unmittelbar in die Atmosphäre münden.
Bei vollständig geschlossenem Schieber 105 (siehe Fig. 1) liegt in dem Ausgangszustand des Kolbenglieds 2 eine Bodenfläche 2a des Kolbenglieds 2 an der Bodenfläche 102 der Brennkammer 3 an. Dies bedeutet einen maximalen Beschleunigungsweg des Kolbenglieds, ein minimales Ausgangsvolumen der Brennkammer zum Zeitpunkt der Ladungszündung und einen vollständig geschlossenen Abblaskanal 111. Insgesamt wird hierdurch eine maximale Eintreibenergie erreicht.
Wird der Schieber ausgehend von der geschlossenen Position weiter verschoben, so wird die Ausgangsposition des Kolbenglieds 2 vorgestellt. Dies führt zu einem größeren Brennkammervolumen und einer kleineren Beschleunigungsstrecke des Kolbenglieds 2. Ferner wird ein Druckaufbau in der Brennkammer 3 durch ein teilweises Öffnen des Abblaskanals 111 verringert. Insgesamt wird hierdurch die erreichte Eintreibenergie des Kolbenglieds 2 reduziert.
In der vollständig geöffneten Position des Schiebers 105 gemäß Fig. 1a liegt ein maximal geöffneter Abblaskanal 111 und eine maximale Vorstellung des Kolbenglieds 2 vor. Hierdurch wird ein kleinst möglicher Wert der Eintreibenergie bei gegebener Treibladung erzielt.
In dem Beispiel nach Fig. 1 und Fig. 1a ist der Schieber so ausgestaltet, dass der Abblaskanal sich bereits mit Beginn der Schieberbewegung öffnet. Somit ist jeder Kolbenvorstellung auch eine Öffnung des Abblaskanals zugeordnet.
Im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 ist nur die geschlossene Position des Schiebers 105 gezeigt. Bei diesem Beispiel ist die Öffnung 110 des Schiebers 105 versetzt angeordnet. Dabei kann zunächst eine Verstellung des Schiebers 105 um einen ersten Hub H erfolgen, bei der der Abblaskanal 111 geschlossen bleibt, aber bereits eine Vorstellung des Kolbenglieds 2 erfolgt. Erst bei Überschreiten dieses Hubs H beginnt die kontinuierliche Öffnung des Abblaskanals 111. Hierdurch kann insgesamt eine besonders feine Einstellung der Eintreibenergie erfolgen.
Bei einer nicht dargestellten Variante kann es auch vorgesehen sein, dass der Schieber 105 zunächst den Abblaskanal öffnet und erst im weiteren Verlauf eine Kolbenvorstellung bewirkt. Dies kann durch einen entsprechenden Leerweg des Zapfens 108 vor Erreichen des maximal zurückgestellten Kolbenglieds 2 realisiert werden.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft optimierte Ausgestaltungen der Brennkammer des Eintreibgerätes mittels eines Trennglieds. Obwohl in den Zeichnungen Fig. 3 bis Fig. 8 kein Stellglied zur Veränderung der Eintreibenergie dargestellt ist, können die Ausgestaltungen der Brennkammer mit Trennglied je nach Anforderungen mit jedem der vorstehend beschriebenen Gestaltungen eines Stellglieds 104 kombiniert werden.
Die Brennkammer 3 ist quer zu der Zentralachse A durch ein Trennglied 5 unterteilt. Auf der Seite des Kartuschenlagers 4 befindet sich eine erste Teilkammer 3a der Brennkammer, und auf der Seite des Kolbens 2 befindet sich eine zweite Teilkammer 3b der Brennkammer 3.
In den gezeigten Abbildungen Fig. 3 bis Fig. 8 ist der Kolben maximal zurückgefahren, so dass die zweite Teilkammer 3b zum Zeitpunkt der Zündung nur die Mulde 2b und allenfalls einen schmalen Spalt zwischen dem Kolben 2 und dem Trennglied 5 umfasst.
Das Trennglied 5 ist vorliegend als ein mittels eines Außengewindes 7 in die Brennkammer 3 einschraubbares Bauteil ausgebildet. Das Trennglied kann aber auch einstückig mit dem Rest der Brennkammer ausgebildet sein oder auf sonstige Weise als separates Bauteil mit der Brennkammer verbunden sein.
Das Trennglied 5 hat mehrere Durchbrechungen 6, die vorliegend als Bohrungen ausgeführt sind, die parallel zu der Achse A verlaufen. Die Durchbrechungen 6 sind um einen zentralen Bereich 8 des Trennglieds 5 angeordnet, der eine geschlossene und nicht durchbrochene Oberfläche aufweist. Der kleinste Durchmesser des zentralen, nicht durchbrochenen Bereichs 8 in einer zu der Achse A senkrechten Ebene ist um etwa 35% größer als ein Durchmesser der nach dem Zünden geöffneten Kartusche. Dieser entspricht vorliegend etwa dem Durchmesser einer brennkammerseitigen Öffnung des Kartuschenlagers bzw. einer in die Brennkammer gerichteten Oberfläche der pyrotechnischen Ladung.
Vorliegend wird idealisierend angenommen, dass die Brenngase und mit ihnen ausgestoßene Pulverkörner, Ladungspartikel oder Ähnliches zunächst parallel zu der Zentralachse in die Brennkammer eintreten. Zumindest unmittelbar nach der Zündung und über eine gewisse Länge bewegt sich die expandierende Ladung daher überwiegend in einem prismatischen Ausstoßbereich entlang der Zentralachse, dessen Umfang durch den Umriss der Oberfläche der Ladung definiert ist. Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen der Erfindung liegen sämtliche der Durchbrechungen 6 des Trennglieds außerhalb einer Schnittfläche des Ausstoßbereichs mit der Oberfläche des Trennglieds. Der Ausstoßbereich ist entsprechend der kreisrunden Kartuschenöffnung als Zylinder ausgebildet.
In dem zentralen Bereich 8 des Trennglieds 5 ist ferner eine Vertiefung 9 ausgebildet. Die Vertiefung 9 verläuft rotationssymmetrisch um die Zentralachse A. Sie ist napfartig ausgeformt und hat einen flachen Boden 9a. Ein Durchmesser der Vertiefung 9 verjüngt sich von einem größten Durchmesser d an ihrem oberen Rand auf einen kleinsten Durchmesser auf der Höhe des Bodens 9a. Die Wände der Vertiefung 9 haben sowohl geneigte als auch gerade Abschnitte. Die maximale Tiefe der Vertiefung 9 beträgt vorliegend etwa 60% des größten Durchmessers d.
In der Ebene des oberen Randes der Vertiefung 9 erstreckt sich die geschlossene Oberfläche des zentralen Bereiches 8 bis zu einer Abstufung 10. Die Abstufung 10 steigt von der Oberfläche des zentralen Bereiches 8 in axialer Richtung bis zu einem Dach der Brennkammer 3. das Trennglied 5 ist vorliegend mit der Abstufung 10 gegen das Dach gepresst. Dies wird durch entsprechendes Einschrauben des Trennglieds 5 in die Brennkammer 3 erreicht.
Die Abstufung 10 bildet zwischen benachbarten Durchbrechungen 6 jeweils Stege 11 aus, die radial nach innen gerichtet sind. Entsprechend verbleiben radial gerichtete Kanäle 12 zwischen den Stegen 11, durch die die Brenngase und Ladungspartikel von dem zentralen Bereich 8 zunächst radial auswärts strömen und dann in die Durchbrechungen 6 umgelenkt werden.
Die Erfindung funktioniert nun in Bezug auf das Trennglied wie folgt:
Nach Zünden der Kartusche werden noch unverbrannte Partikel vor einer Front aus Brenngasen durch die vordere Kartuschenöffnung in die erste Teilkammer 3a geschleudert. Diese teilweise noch unverbrannte Ladung trifft nach kurzer Strecke in die napfartige Vertiefung 9 des geschlossenen zentralen Bereichs 8 des Trennglieds 5. Dort erfolgt eine Streuung und Verwirbelung der Pulverkörner und Brenngase, wobei die Pulverkörner sich weiter entzünden und verbrennen. Dieses reagierende und expandierende Gemisch tritt in überwiegend radialer Richtung zwischen den Stegen 11 durch und wird in die Durchbrechungen 6 umgelenkt.
Beim Durchströmen der Durchbrechungen 6 sind die Partikel der Ladung bereits überwiegend verbrannt, so dass weder in den Durchbrechungen noch in der nachfolgenden, zweiten Teilkammer 3b größere unverbrannte Ladungsreste vorhanden sind. Dies verhindert ungünstige Ablagerungen und/oder ein Verstopfen der Durchbrechungen 6. Zugleich wird eine kontrollierte und gleichmäßige Expansion der Brenngase in der zweiten Teilkammer begünstigt, so dass eine optimale Beschleunigung des Kolbens 2 erfolgt.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten, zweiten Ausführungsbeispiel eines Trennglieds ist eine andere Formgebung der Vertiefung 9 vorgesehen. Wie im ersten Beispiel ist die Vertiefung als napfartige Aussparung ausgebildet, wobei aber die Wände der Vertiefung stärker und durchgehend geneigt sind.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Trennglieds ist die Formgebung der Vertiefung 9 überwiegend wie im Beispiel nach Fig. 6. Zusätzlich ist über dem Boden der Vertiefung ein aufragender, kegelförmiger Vorsprung 13 ausgebildet. Durch den kegelförmigen Vorsprung 13 erfolgt eine starke Streuung und Verwirbelung der Brenngase.
Bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Trennglieds hat die Vertiefung 9 keinen ebenen Boden, sondern weist insgesamt einen annähernd parabelförmigen Querschnitt auf. Eine solche Formgebung ist besonders gut zur Vermeidung von Ablagerungen geeignet.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten, beispielhaften Formgebungen der Vertiefung 9 beschränkt ist.
Insgesamt wird durch ein vorstehend beschriebenes Eintreibgerät in Verbindung mit einer Treibladung und einer Auswahl von Befestigungsmitteln ein System zum Eintreiben eines Befestigungselements in ein Werkstück bereit gestellt. Dabei umfasst das System eine Mehrzahl von verschiedenen Befestigungsmitteln, wobei zur Abdeckung eines vollständigen Bereichs von Eintreibenergien nur eine Art von Treibladung erforderlich ist.
Die auf das Kolbenglied übertragene Eintreibenergie erstreckt sich bei Verwendung derselben Treibladung von einer minimalen Eintreibenergie von 90 Joule bis zu einer maximalen Eintreibenergie von 325 Joule.

Claims

Eintreibgerät, umfassend
ein handgeführtes Gehäuse mit einem darin aufgenommenen Kolbenglied (2) zur Übertragung von Energie auf ein einzutreibendes Befestigungselement,
eine insbesondere wechselbare Treibladung und
eine zwischen der Treibladung und dem Kolbenglied (2) angeordnete Brennkammer (3), die sich insbesondere um eine Zentralachse (A) erstreckt,
und ein Stellglied (104), mittels dessen die von der Treibladung auf das Kolbenglied (2) übertragende Energie einstellbar veränderbar ist, wobei ein mit der Brennkammer (3) verbundener Abblaskanal (111) mittels eines bewegbaren Schiebers (105) des Stellglieds (104) freigegeben werden kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Startposition des Kolbenglieds (2) mittels des Schiebers (105) einstellbar veränderbar ist.
Eintreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (105) parallel zu der Achse (A) bewegbar ist, wobei insbesondere ein Austrittsquerschnitt des Abblaskanals (111) je nach Stellung des Schiebers (105) veränderbar einstellbar ist.
Eintreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (105) quer, insbesondere senkrecht, zu der Achse (A) bewegbar ist, wobei insbesondere ein Austrittsquerschnitt des Abblaskanals (111) je nach Stellung des Schiebers (105) veränderbar einstellbar ist.
Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzvolumen der Brennkammer (3) durch eine Verstellung des Schiebers (105) einstellbar ist.
Eintreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Verstellung des Schiebers (105) ausgehend von einer geschlossenen Position zunächst ein zunehmendes Zusatzvolumen der Brennkammer eingestellt wird, und dass bei weiterer Verstellung des Schiebers (105) der Abblaskanal (111) freigegeben wird.
Eintreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dass mittels einer Verstellung des Schiebers (105) ausgehend von einer geschlossenen Position zunächst der Abblaskanal (111) freigegeben wird, und dass bei weiterer Verstellung des Schiebers (105) ein zunehmendes Zusatzvolumen (112, 113) der Brennkammer (3) freigegeben wird.
Eintreibgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Verstellung des Schiebers (105) ausgehend von einer geschlossenen Position gleichzeitig beginnend ein zunehmendes Zusatzvolumen (112, 113) der Brennkammer (3) und der Abblaskanal (111) freigegeben werden.
Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennkammer (3) mittels eines mehrere Durchbrechungen (6) aufweisenden Trennglieds (5) in eine erste, an die Treibladung angrenzende Teilkammer (3a) und zumindest eine zweite, an das Kolbenglied (2) angrenzende Teilkammer (3b) unterteilt ist,
wobei in der ersten Teilkammer (3a) ein insbesondere die Zentralachse (A) einschließender Ausstoßbereich für die Treibladung vorgesehen ist, der sich zwischen der Treibladung und einem zentralen Bereich (8) des Trennglieds (5) erstreckt.
Eintreibgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausstoßbereich an dem zentralen Bereich (8) des Trennglieds (5) durch eine geschlossene Oberfläche des Trennglieds (5) begrenzt ist.
Eintreibgerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Bereich (8) des Trennglieds (5) eine Vertiefung (9) aufweist.
Eintreibgerät, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Regelbetrieb bei gleicher Treibladung eine mittels des Stellglieds einstellbare maximale Eintreibenergie wenigstens dem zweifachen einer mittels des Stellglieds einstellbaren minimalen Eintreibenergie entspricht.
Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Eintreibenergie nicht mehr als 150 Joule und die maximale Eintreibenergie nicht weniger als 250 Joule betragen.
System zum Eintreiben eines Befestigungselements in ein Werkstück, umfassend ein Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Mehrzahl von verschiedenen Befestigungsmitteln, wobei das System zur Abdeckung eines vollständigen Bereichs von Eintreibenergien nur Treibladungen mit im Wesentlichen gleicher Treibladungsenergie umfasst.