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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät, wie beispielsweise ein Setzgerät zum Eintreiben von Befestigungselementen in einen Untergrund.The present invention relates to a tool, such as a setting tool for driving fastening elements into a substrate.
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Derartige Arbeitsgeräte weisen oft einen Arbeitskolben auf, welcher dafür vorgesehen ist, sich entlang einer Arbeitsachse zu bewegen. Angetrieben wird der Arbeitskolben von einem Antrieb, welcher den Arbeitskolben beschleunigt. Die WO 2018/104406 A1 beschreibt einen Antrieb, welcher einen elektrischen Kondensator, einen an dem Arbeitskolben angeordneten Kurzschlussläufer und eine Erregerspule aufweist, welche bei einer Schnellentladung des Kondensators mit Strom durchflossen wird und ein Magnetfeld erzeugt, um den Arbeitskolben zu beschleunigen.Tools of this type often have a working piston which is intended to move along a working axis. The working piston is driven by a drive which accelerates the working piston. The WO 2018/104406 A1 describes a drive which has an electrical capacitor, a squirrel-cage rotor arranged on the working piston and an excitation coil through which current flows when the capacitor is rapidly discharged and generates a magnetic field in order to accelerate the working piston.
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Setzgeräte weisen üblicherweise eine Aufnahme für ein Befestigungselement auf, aus welcher heraus ein darin aufgenommenes Befestigungselement entlang einer Arbeitsachse in den Untergrund befördert wird. Das Arbeitselement wird hierfür von dem Antrieb entlang der Arbeitsachse auf das Befestigungselement zu angetrieben. Aus der US 6,830,173 B2 ist ein Setzgerät mit einem Antrieb bekannt, welcher einen elektrischen Kondensator und eine Spule aufweist.Setting tools usually have a receptacle for a fastening element, from which a fastening element received therein is conveyed into the ground along a working axis. For this purpose, the working element is driven by the drive along the working axis towards the fastening element. From the US 6,830,173 B2 a setting tool with a drive is known which has an electrical capacitor and a coil.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Setzgerät der vorgenannten Art bereitzustellen, bei dem ein hoher Wirkungsgrad und/oder eine gute Setzqualität gewährleistet ist.The object of the present invention is to provide a setting tool of the aforementioned type in which a high degree of efficiency and / or a good setting quality is guaranteed.
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Die Aufgabe ist gelöst bei einem vorzugsweise handgeführten Arbeitsgerät zum Bearbeiten eines Untergrunds, aufweisend einen Stator und einen Arbeitskolben, welcher dafür vorgesehen ist, sich relativ zu dem Stator entlang einer Arbeitsachse zu bewegen und auf ein Befestigungselement zu treffen, um das Befestigungselement in den Untergrund einzutreiben, weiterhin aufweisend einen Antrieb, welcher dafür vorgesehen ist, den Arbeitskolben entlang der Arbeitsachse auf den Untergrund zu anzutreiben, wobei der Antrieb einen Kolbenspulenkondensator und eine an dem Arbeitskolben angeordnete Kolbenspule aufweist, wobei die Kolbenspule elektrisch mit dem Kolbenspulenkondensator verbindbar ist, um bei einer Schnellentladung des Kolbenspulenkondensators mit Strom durchflossen zu werden und ein Magnetfeld zu erzeugen, welches den Arbeitskolben relativ zu dem Stator beschleunigt. Bevorzugt stösst das Magnetfeld den Stator ab. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Schaltkreislauf umfasst, mittels dessen die Schnellentladung ausgelöst und/oder die Kolbenspule elektrisch mit dem Kolbenspulenkondensator verbunden wird.The object is achieved with a preferably hand-held tool for working on a subsurface, having a stator and a working piston which is provided to move relative to the stator along a working axis and to hit a fastening element in order to insert the fastening element into the subsurface to drive, further comprising a drive which is provided to drive the working piston along the working axis onto the ground, the drive having a piston coil capacitor and a piston coil arranged on the working piston, the piston coil being electrically connectable to the piston coil capacitor in order to achieve a Fast discharge of the piston coil capacitor with current flowing through it and generating a magnetic field which accelerates the working piston relative to the stator. The magnetic field preferably repels the stator. An advantageous embodiment is characterized in that the drive comprises a circuit by means of which the rapid discharge is triggered and / or the piston coil is electrically connected to the piston coil capacitor.
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Unter einem Kondensator im Sinne der Erfindung ist ein elektrisches Bauelement zu verstehen, welches elektrische Ladung und die damit verbundene Energie in einem elektrischen Feld speichert. Insbesondere weist ein Kondensator zwei elektrisch leitende Elektroden auf, zwischen denen sich das elektrische Feld aufbaut, wenn die Elektroden elektrisch unterschiedlich geladen werden. Unter einem Befestigungselement im Sinne der Erfindung ist beispielsweise ein Nagel, ein Stift, eine Klammer, ein Clip, ein Bolzen, insbesondere Gewindebolzen oder dergleichen zu verstehen.A capacitor in the sense of the invention is to be understood as an electrical component which stores electrical charge and the associated energy in an electrical field. In particular, a capacitor has two electrically conductive electrodes, between which the electric field builds up when the electrodes are electrically charged differently. A fastening element in the context of the invention is to be understood as meaning, for example, a nail, a pin, a clamp, a clip, a bolt, in particular a threaded bolt or the like.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Statorspulenkondensator und eine an dem Stator angeordnete Statorspule aufweist, wobei die Statorspule elektrisch mit dem Statorspulenkondensator verbindbar ist, um bei einer Schnellentladung des Statorspulenkondensators mit Strom durchflossen zu werden und ein Magnetfeld zu erzeugen, welches den Arbeitskolben relativ zu dem Stator beschleunigt, bevorzugt den Arbeitskolben abstösst. Bevorzugt weist die Kolbenspule eine Kolbenspulenachse und die Statorspule eine Statorspulenachse auf, wobei die Kolbenspulenachse und die Statorspule parallel zueinander orientiert sind und bevorzugt zusammenfallen. Besonders bevorzugt werden die Kolbenspule und die Statorspule bei der Schnellentladung des Kolbenspulenkondensators und des Statorspulenkondensators gegensinnig mit Strom durchflossen, um einander entgegengesetzte Magnetfelder zu erzeugen. Ebenfalls bevorzugt sind der Kolbenspulenkondensator und der Statorspulenkondensator identisch, wobei die Kolbenspule und die Statorspule besonders bevorzugt elektrisch seriell zueinander verschaltet sind.An advantageous embodiment is characterized in that the drive has a stator coil capacitor and a stator coil arranged on the stator, the stator coil being electrically connectable to the stator coil capacitor in order to be flowed through with current in the event of a rapid discharge of the stator coil capacitor and to generate a magnetic field which the Working piston accelerated relative to the stator, preferably pushing off the working piston. The piston coil preferably has a piston coil axis and the stator coil has a stator coil axis, the piston coil axis and the stator coil being oriented parallel to one another and preferably coinciding. Particularly preferably, during the rapid discharge of the piston coil capacitor and the stator coil capacitor, current flows through the piston coil and the stator coil in opposite directions in order to generate opposing magnetic fields. The piston coil capacitor and the stator coil capacitor are likewise preferably identical, the piston coil and the stator coil being particularly preferably connected electrically in series with one another.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stator zwei elektrische Statorkontakte aufweist und der Arbeitskolben zwei jeweils an einem der elektrischen Statorkontakte gleitende elektrische Kolbenkontakte aufweist, um die Kolbenspule elektrisch mit dem Kolbenspulenkondensator zu verbinden. Bevorzugt weisen die elektrischen Statorkontakte jeweils eine Kontaktschiene und die elektrischen Kolbenkontakte jeweils eine Kontaktbürste oder einen Schleifring auf oder umgekehrt, das heisst die elektrischen Kolbenkontakte weisen jeweils eine Kontaktschiene und die elektrischen Statorkontakte jeweils eine Kontaktbürste oder einen Schleifring auf. Bevorzugt sind die elektrischen Statorkontakte und/oder die elektrischen Kolbenkontakte bezüglich der Arbeitsachse radial innerhalb der Statorspule und/oder der Kolbenspule angeordnet.An advantageous embodiment is characterized in that the stator has two electrical stator contacts and the working piston has two electrical piston contacts each sliding on one of the electrical stator contacts in order to electrically connect the piston coil to the piston coil capacitor. Preferably wise the electrical stator contacts each have a contact bar and the electrical piston contacts each have a contact brush or a slip ring or vice versa, that is, the electrical piston contacts each have a contact bar and the electrical stator contacts each have a contact brush or a slip ring. The electrical stator contacts and / or the electrical piston contacts are preferably arranged radially within the stator coil and / or the piston coil with respect to the working axis.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stator einen Statorrahmen aus einem weichmagnetischen Material aufweist, welcher die Statorspule umgibt und sich bezüglich der Arbeitsachse in einer umlaufenden Richtung erstreckt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben einen Kolbenrahmen aus einem weichmagnetischen Material aufweist, welcher die Kolbenspule umgibt und sich bezüglich der Arbeitsachse in einer umlaufenden Richtung erstreckt. Bevorzugt besteht der Statorrahmen und/oder der Kolbenrahmen aus einem Metall oder einer Legierung. Besonders bevorzugt besteht der Statorrahmen und/oder der Kolbenrahmen aus einem Stahl, beispielsweise aus einem Stahl mit einem Eisenanteil von mindestens 95% und/oder mit einem Siliziumgehalt von zwischen 1% und 3%.An advantageous embodiment is characterized in that the stator has a stator frame made of a soft magnetic material which surrounds the stator coil and extends in a circumferential direction with respect to the working axis. Another advantageous embodiment is characterized in that the working piston has a piston frame made of a soft magnetic material which surrounds the piston coil and extends in a circumferential direction with respect to the working axis. The stator frame and / or the piston frame preferably consists of a metal or an alloy. Particularly preferably, the stator frame and / or the piston frame consists of a steel, for example a steel with an iron content of at least 95% and / or with a silicon content of between 1% and 3%.
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Unter einem weichmagnetischen Material im Sinne der Erfindung ist ein Material zu verstehen, welches eine hohe magnetische Sättigungsflussdichte und insbesondere eine kleine Koerzitivfeldstärke aufweist und somit ein das Material durchsetzendes Magnetfeld verstärkt. Insbesondere weist das weichmagnetische Material des Statorrahmens und/oder des Kolbenrahmens eine Sättigungsflussdichte von mindestens 1,0 T, bevorzugt mindestens 1,3 T, besonders bevorzugt mindestens 1,5 T, auf. Unter einem elektrisch leitenden Material im Sinne der Erfindung ist ein Material zu verstehen, welches eine hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist, so dass ein das Material durchsetzendes Magnetfeld in dem Material Wirbelströme erzeugt. Ein weichmagnetisches und/oder elektrisch leitendes Material besteht bevorzugt aus einem ferromagnetischen Material, besonders bevorzugt aus einem ferromagnetischen Metall, beispielsweise Eisen, Kobalt, Nickel, oder einer Legierung mit einem oder mehreren ferromagnetischen Metallen als Hauptbestandteil.A soft magnetic material in the context of the invention is to be understood as a material which has a high magnetic saturation flux density and in particular a small coercive field strength and thus strengthens a magnetic field penetrating the material. In particular, the soft magnetic material of the stator frame and / or the piston frame has a saturation flux density of at least 1.0 T, preferably at least 1.3 T, particularly preferably at least 1.5 T. An electrically conductive material in the context of the invention is to be understood as a material which has a high specific electrical conductivity, so that a magnetic field penetrating the material generates eddy currents in the material. A soft magnetic and / or electrically conductive material preferably consists of a ferromagnetic material, particularly preferably a ferromagnetic metal, for example iron, cobalt, nickel, or an alloy with one or more ferromagnetic metals as the main component.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgerät als Setzgerät zum Eintreiben von Befestigungselementen in einen Untergrund ausgebildet ist, aufweisend eine Aufnahme, welche dafür vorgesehen ist, ein Befestigungselement aufzunehmen, wobei der Arbeitskolben dafür vorgesehen ist, ein in der Aufnahme aufgenommenes Befestigungselement entlang der Arbeitsachse in den Untergrund zu befördern, und wobei der Antrieb dafür vorgesehen ist, den Arbeitskolben entlang der Arbeitsachse auf das Befestigungselement zu anzutreiben.An advantageous embodiment is characterized in that the tool is designed as a setting tool for driving fastening elements into a substrate, having a receptacle which is provided for receiving a fastening element, the working piston being provided for a fastening element received in the receptacle along the To convey the working axis into the ground, and wherein the drive is provided to drive the working piston along the working axis onto the fastening element.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt.The invention is illustrated in several exemplary embodiments in the drawings.
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Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Arbeitsgerät in einem Längsschnitt,
- Fig. 2
- eine Antrieb-Arbeitskolben-Einheit eines Arbeitsgeräts,
- Fig. 3
- einen Antrieb eines Arbeitsgeräts,
- Fig. 4
- eine Auftragung einer Antriebskraft über eine Zeit, und
- Fig. 5
- eine Auftragung einer Antriebskraft über einen Weg eines Arbeitskolbens.
Show it: - Fig. 1
- a working device in a longitudinal section,
- Fig. 2
- a drive / working piston unit of an implement,
- Fig. 3
- a drive of an implement,
- Fig. 4
- a plot of driving force over time, and
- Fig. 5
- a plot of a driving force over a travel of a working piston.
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In Fig. 1 ist ein Arbeitsgerät 10 zum Bearbeiten eines nicht gezeigten Untergrunds in einem Längsschnitt dargestellt, welches als handgeführtes Setzgerät zum Eintreiben von Befestigungselementen in den Untergrund ausgebildet ist. Das Arbeitsgerät 10 weist eine als Bolzenführung ausgebildete Aufnahme 20 auf, in welcher ein als Nagel ausgebildetes Befestigungselement 30 aufgenommen ist, um entlang einer Arbeitsachse A in den Untergrund eingetrieben zu werden (in Fig. 1 nach links). Für eine Zuführung von Befestigungselementen zu der Aufnahme umfasst das Arbeitsgerät 10 ein Magazin 40, in welchem die Befestigungselemente einzeln oder in Form eines Befestigungselementestreifens 50 magaziniert aufgenommen sind und nach und nach in die Aufnahme 20 transportiert werden. Das Magazin 40 weist dafür ein nicht näher bezeichnetes federbeaufschlagtes Vorschubelement auf.In Fig. 1 a working device 10 for processing a subsurface, not shown, is shown in a longitudinal section, which is designed as a hand-operated setting device for driving fastening elements into the subsoil. The work device 10 has a receptacle 20 designed as a bolt guide, in which a fastening element 30 designed as a nail is received in order to be driven into the ground along a work axis A (in Fig. 1 to the left). For feeding fastening elements to the receptacle, the working device 10 comprises a magazine 40 in which the fastening elements are received individually or in the form of a fastening element strip 50 and are gradually transported into the receptacle 20. For this purpose, the magazine 40 has a spring-loaded feed element which is not designated in any more detail.
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Das Arbeitsgerät 10 weist einen Arbeitskolben 60 auf, welcher einen Kolbenteller 70 und eine Kolbenstange 80 umfasst. Der Arbeitskolben 60 ist dafür vorgesehen, das Befestigungselement 30 aus der Aufnahme 20 heraus entlang der Arbeitsachse A in den Untergrund zu befördern. Hierbei ist der Arbeitskolben 60 mit seinem Kolbenteller 70 in einem Führungszylinder 95 entlang der Arbeitsachse A geführt. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Arbeitskolben von zwei, drei oder mehr Führungselementen, beispielsweise Führungsstangen entlang der Arbeitsachse geführt. Der Arbeitskolben 60 wird seinerseits von einem Antrieb 65 angetrieben, welcher einen Schaltkreislauf 200 und einen Kondensator 300 umfasst. Der Schaltkreislauf 200 ist dafür vorgesehen, eine elektrische Schnellentladung des zuvor aufgeladenen Kondensators 300 herbeizuführen und den dabei fliessenden Entladestrom dem Antrieb 65 zuzuführen.The working device 10 has a working piston 60 which comprises a piston plate 70 and a piston rod 80. The working piston 60 is provided for conveying the fastening element 30 out of the receptacle 20 along the working axis A into the ground. Here, the working piston 60 with its piston plate 70 is guided in a guide cylinder 95 along the working axis A. In the exemplary embodiments not shown, the working piston is guided along the working axis by two, three or more guide elements, for example guide rods. The working piston 60 is in turn driven by a drive 65 which comprises a switching circuit 200 and a capacitor 300. The circuit 200 is provided to bring about a rapid electrical discharge of the previously charged capacitor 300 and to feed the discharge current flowing in the process to the drive 65.
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Das Arbeitsgerät 10 umfasst weiterhin ein Gehäuse 110, in welchem der Antrieb 65 aufgenommen ist, einen Griff 120 mit einem als Abzug ausgebildeten Betätigungselement 130, einen als Akkumulator ausgebildeten elektrischen Energiespeicher 140, eine Steuereinheit 150, einen Auslöseschalter 160, einen Anpressschalter 170, einen an dem Antrieb 65 angeordneten Temperatursensor 180 und elektrische Verbindungsleitungen 141, 161, 171, 181, 201, 301, welche die Steuereinheit 150 mit dem elektrischen Energiespeicher 140, dem Auslöseschalter 160, dem Anpressschalter 170, dem Temperatursensor 180, dem Schaltkreislauf 200 beziehungsweise dem Kondensator 300 verbinden. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen wird das Arbeitsgerät 10 anstelle des elektrischen Energiespeichers 140 oder zusätzlich zu dem elektrischen Energiespeicher 140 mittels eines Netzkabels mit elektrischer Energie versorgt. Die Steuereinheit umfasst elektronische Bauteile, vorzugsweise auf einer Platine miteinander zu einem oder mehreren Steuerstromkreisen verschaltet, insbesondere einen oder mehrere Mikroprozessoren.The working device 10 further comprises a housing 110 in which the drive 65 is accommodated, a handle 120 with an actuating element 130 designed as a trigger, an electrical energy store 140 designed as an accumulator, a Control unit 150, a trigger switch 160, a pressure switch 170, a temperature sensor 180 arranged on the drive 65 and electrical connecting lines 141, 161, 171, 181, 201, 301, which connect the control unit 150 to the electrical energy store 140, the release switch 160, the pressure switch 170, the temperature sensor 180, the circuit 200 and the capacitor 300, respectively. In the exemplary embodiments not shown, the working device 10 is supplied with electrical energy by means of a power cable instead of the electrical energy store 140 or in addition to the electrical energy store 140. The control unit comprises electronic components, preferably interconnected on a circuit board to form one or more control circuits, in particular one or more microprocessors.
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Wenn das Arbeitsgerät 10 an einen nicht gezeigten Untergrund (in Fig. 1 nach links) angepresst wird, betätigt ein nicht näher bezeichnetes Anpresselement den Anpressschalter 170, welcher dadurch mittels der Verbindungsleitung 171 ein Anpresssignal an die Steuereinheit 150 überträgt. Davon ausgelöst leitet die Steuereinheit 150 einen Kondensator-Aufladevorgang ein, bei welchem elektrische Energie mittels der Verbindungsleitung 141 von dem elektrischen Energiespeicher 140 zu der Steuereinheit 150 und mittels der Verbindungsleitungen 301 von der Steuereinheit 150 zu dem Kondensator 300 geleitet wird, um den Kondensator 300 elektrisch aufzuladen. Die Steuereinheit 150 umfasst hierzu einen nicht näher bezeichneten Schaltwandler, welcher den elektrischen Strom aus dem elektrischen Energiespeicher 140 in einen geeigneten Ladestrom für den Kondensator 300 umwandelt. Wenn der Kondensator 300 aufgeladen und der Arbeitskolben 60 in seiner in Fig. 1 dargestellten setzbereiten Position ist, befindet sich das Arbeitsgerät 10 in einem setzbereiten Zustand. Dadurch, dass die Aufladung des Kondensators 300 erst durch das Anpressen des Arbeitsgeräts 10 an den Untergrund bewirkt wird, ist zur Erhöhung der Sicherheit von umstehenden Personen ein Setzvorgang nur dann ermöglicht, wenn das Arbeitsgerät 10 an den Untergrund angepresst ist. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen leitet die Steuereinheit den Kondensator-Aufladevorgang bereits bei einem Einschalten des Arbeitsgeräts oder bei einem Abheben des Arbeitsgeräts von dem Untergrund oder bei Beendigung eines vorausgegangenen Eintreibvorgangs ein.If the implement 10 is attached to a subsurface (not shown in FIG Fig. 1 to the left) is pressed, a pressing element (not shown) actuates the pressing switch 170, which thereby transmits a pressing signal to the control unit 150 by means of the connecting line 171. Triggered by this, the control unit 150 initiates a capacitor charging process in which electrical energy is conducted by means of the connecting line 141 from the electrical energy store 140 to the control unit 150 and by means of the connecting lines 301 from the control unit 150 to the capacitor 300 to electrically connect the capacitor 300 to charge. For this purpose, the control unit 150 comprises a switching converter, not shown in more detail, which converts the electrical current from the electrical energy store 140 into a suitable charging current for the capacitor 300. When the capacitor 300 is charged and the working piston 60 is in its in Fig. 1 is ready-to-set position shown, the implement 10 is in a ready-to-set state. Because the charging of the capacitor 300 is only brought about by pressing the implement 10 against the ground, a setting process is only possible to increase the safety of bystanders if the implement 10 is pressed against the ground. In the exemplary embodiments not shown, the control unit initiates the capacitor charging process as soon as the implement is switched on or when the implement is lifted from the ground or when a previous driving process is terminated.
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Wenn bei setzbereitem Arbeitsgerät 10 das Betätigungselement 130 betätigt wird, beispielsweise durch Ziehen mit dem Zeigefinger der Hand, welche den Griff 120 umgreift, betätigt das Betätigungselement 130 den Auslöseschalter 160, welcher dadurch mittels der Verbindungsleitung 161 ein Auslösesignal an die Steuereinheit 150 überträgt. Davon ausgelöst leitet die Steuereinheit 150 einen Kondensator-Entladevorgang ein, bei dem in dem Kondensator 300 gespeicherte elektrische Energie mittels des Schaltkreislaufs 200 von dem Kondensator 300 zu dem Antrieb 65 geleitet wird, indem der Kondensator 300 elektrisch entladen wird.When the actuating element 130 is actuated when the implement 10 is ready to be set, for example by pulling with the index finger of the hand that grips the handle 120, the actuating element 130 actuates the trigger switch 160, which thereby transmits a trigger signal to the control unit 150 via the connecting line 161. Triggered by this, the control unit 150 initiates a capacitor discharge process, in which the electrical energy stored in the capacitor 300 is carried out by means of the circuit 200 from FIG the capacitor 300 is conducted to the drive 65 in that the capacitor 300 is electrically discharged.
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Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Schaltkreislauf 200 umfasst hierzu zwei Entladeleitungen 210, 220, welche den Kondensator 300 mit dem Antrieb 65 verbinden und von denen zumindest eine Entladeleitung 210 von einem normalerweise geöffneten Entladeschalter 230 unterbrochen ist. Der Schaltkreislauf 200 bildet mit dem Antrieb 65 und dem Kondensator 300 unter Umständen einen elektrischen Schwingkreis. Ein Hin- und Herschwingen dieses Schwingkreises und/oder ein negatives Aufladen des Kondensators 300 wirkt sich unter Umständen negativ auf einen Wirkungsgrad des Antriebs 65 aus, lässt sich aber mit Hilfe einer Freilaufdiode 240 unterbinden. Die Entladeleitungen 210, 220 sind mittels an einer der Aufnahme 20 zugewandten Stirnseite 360 des Kondensators 300 angeordneter elektrischer Kontakte 370, 380 des Kondensators 300 elektrisch mit jeweils einer auf einer Trägerfolie 330 angeordneten Elektrode 310, 320 des Kondensators 300 verbunden, beispielsweise durch Verlöten, Verschweissen, Verschrauben, Verklemmen oder Formschluss. Der Entladeschalter 230 eignet sich vorzugsweise zum Schalten eines Entladestroms mit hoher Stromstärke und ist beispielsweise als Thyristor ausgebildet. Ausserdem haben die Entladeleitungen 210, 220 einen geringen Abstand zueinander, damit ein von ihnen induziertes parasitäres Magnetfeld möglichst gering ist. Beispielsweise sind die Entladeleitungen 210, 220 zu einer Sammelschiene ("Bus Bar") zusammengefasst und mit einem geeigneten Mittel, beispielsweise einem Halter oder einer Klammer, zusammengehalten. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Freilaufdiode elektrisch parallel zu dem Entladeschalter geschaltet. Bei weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist keine Freilaufdiode in dem Schaltkreis vorgesehen.The in Fig. 1 For this purpose, the schematically illustrated circuit 200 comprises two discharge lines 210, 220 which connect the capacitor 300 to the drive 65 and of which at least one discharge line 210 is interrupted by a normally open discharge switch 230. The circuit 200 forms an electrical oscillating circuit with the drive 65 and the capacitor 300 under certain circumstances. Oscillation of this resonant circuit and / or negative charging of the capacitor 300 may have a negative effect on the efficiency of the drive 65, but can be prevented with the aid of a freewheeling diode 240. The discharge lines 210, 220 are electrically connected to an electrode 310, 320 of the capacitor 300 arranged on a carrier film 330 by means of electrical contacts 370, 380 of the capacitor 300 arranged on an end face 360 of the capacitor 300 facing the receptacle 20, for example by soldering, welding , Screwing, clamping or form fit. The discharge switch 230 is preferably suitable for switching a discharge current with a high current intensity and is designed, for example, as a thyristor. In addition, the discharge lines 210, 220 are at a small distance from one another so that a parasitic magnetic field induced by them is as small as possible. For example, the discharge lines 210, 220 are combined to form a bus bar and are held together with a suitable means, for example a holder or a clamp. In exemplary embodiments that are not shown, the freewheeling diode is connected electrically in parallel with the discharge switch. In further exemplary embodiments not shown, no freewheeling diode is provided in the circuit.
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Zur Einleitung des Kondensator-Entladevorgangs schliesst die Steuereinheit 150 mittels der Verbindungsleitung 201 den Entladeschalter 230, wodurch ein Entladestrom des Kondensators 300 mit hoher Stromstärke durch den Antrieb 65 fliesst, welcher den Arbeitskolben 60 auf die Aufnahme 20 sowie das darin aufgenommene Befestigungselement 30 zu antreibt. Sobald die Kolbenstange 80 des Arbeitskolbens 60 auf einen nicht näher bezeichneten Kopf des Befestigungselements 30 trifft, wird das Befestigungselement 30 von dem Arbeitskolben 60 in den Untergrund eingetrieben. Überschüssige Bewegungsenergie des Arbeitskolbens 60 wird von einem Bremselement 85 aus einem federelastischen und/oder dämpfenden Material, beispielsweise Gummi oder einem Elastomer, aufgenommen, indem sich der Arbeitskolben 60 mit seinem Kolbenteller 70 gegen das Bremselement 85 bewegt und von diesem bis zu einem Stillstand abgebremst wird. Danach wird der Arbeitskolben 60 von einer nicht näher bezeichneten Rückstellvorrichtung in die setzbereite Position zurückgestellt.To initiate the capacitor discharge process, the control unit 150 closes the discharge switch 230 by means of the connecting line 201, whereby a high-intensity discharge current of the capacitor 300 flows through the drive 65, which drives the working piston 60 towards the receptacle 20 and the fastening element 30 received therein. As soon as the piston rod 80 of the working piston 60 hits a head of the fastening element 30, which is not designated in any more detail, the fastening element 30 is driven into the ground by the working piston 60. Excess kinetic energy of the working piston 60 is absorbed by a braking element 85 made of a resilient and / or damping material, for example rubber or an elastomer, in that the working piston 60 moves with its piston plate 70 against the braking element 85 and is braked by it to a standstill . After that the working piston 60 is returned to the ready-to-set position by an unspecified reset device.
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In Fig. 2 ist eine Antrieb-Arbeitskolben-Einheit 400 eines Arbeitsgeräts, beispielsweise des in Fig. 1 gezeigten Arbeitsgeräts 10 dargestellt. Die Antrieb-Arbeitskolben-Einheit 400 ist entlang einer Arbeitsachse 401 längs aufgeschnitten dargestellt und umfasst einen teilweise gezeigten Antrieb 410, einen Arbeitskolben 420 und einen Stator 430. Der Arbeitskolben 420 weist einen Kolbenteller 421 und eine Kolbenstange 422 auf und ist dafür vorgesehen, sich relativ zu dem Stator 430 entlang der Arbeitsachse 401 zu bewegen. Der Antrieb 410 ist dafür vorgesehen, den Arbeitskolben 420 entlang der Arbeitsachse 401 anzutreiben. Hierzu umfasst der Antrieb 410 einen nicht gezeigten Kolbenspulenkondensator und eine an dem Arbeitskolben 420 angeordnete Kolbenspule 440 auf. Die Kolbenspule 440 ist elektrisch mit dem Kolbenspulenkondensator verbindbar, um bei einer Schnellentladung des Kolbenspulenkondensators mit Strom durchflossen zu werden und ein Magnetfeld zu erzeugen, welches eine abstossende Kraft zwischen der Kolbenspule 440 und dem Stator 430 bewirkt und den Arbeitskolben 420 relativ zu dem Stator 430 beschleunigt. Die abstossende Kraft zwischen der Kolbenspule 440 und dem Stator 430 wird beispielsweise dadurch bewirkt, dass das von der Kolbenspule 440 erzeugte Magnetfeld den Stator 430 durchsetzt und in dem Stator 430 einen elektrischen Strom induziert, welcher seinerseits ein Magnetfeld erzeugt, welches dem von der Kolbenspule 440 erzeugten Magnetfeld entgegengesetzt ist. Der Stator 430 besteht dazu aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, Eisen oder eine Legierung davon, welches die Arbeitsachse ringförmig umschliesst. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen weist der Stator einen Rahmen und einen an dem Rahmen angeordneten, bevorzugt an dem Rahmen befestigten Ringleiter mit hoher elektrischer Leitfähigkeit auf, welcher die Arbeitsachse ringförmig umschliesst.In Fig. 2 is a drive / working piston unit 400 of an implement, for example the one in Fig. 1 working device 10 shown. The drive / working piston unit 400 is shown cut away along a working axis 401 and comprises a partially shown drive 410, a working piston 420 and a stator 430. The working piston 420 has a piston plate 421 and a piston rod 422 and is intended to be relatively to move the stator 430 along the working axis 401. The drive 410 is provided to drive the working piston 420 along the working axis 401. For this purpose, the drive 410 comprises a piston coil capacitor (not shown) and a piston coil 440 arranged on the working piston 420. The piston coil 440 can be electrically connected to the piston coil capacitor so that current flows through it in the event of a rapid discharge of the piston coil capacitor and to generate a magnetic field which causes a repulsive force between the piston coil 440 and the stator 430 and accelerates the working piston 420 relative to the stator 430 . The repulsive force between the piston coil 440 and the stator 430 is brought about, for example, in that the magnetic field generated by the piston coil 440 penetrates the stator 430 and induces an electric current in the stator 430, which in turn generates a magnetic field similar to that of the piston coil 440 generated magnetic field is opposite. For this purpose, the stator 430 consists of an electrically conductive material, such as copper, iron or an alloy thereof, which surrounds the working axis in a ring. In exemplary embodiments that are not shown, the stator has a frame and a ring conductor which is arranged on the frame and preferably fastened to the frame and has high electrical conductivity and which surrounds the working axis in a ring.
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Darüber hinaus umfasst der Antrieb 410 einen nicht gezeigten Statorspulenkondensator und eine an dem Arbeitskolben 420 angeordnete Statorspule 450. Die Statorspule 450 ist elektrisch mit dem Statorspulenkondensator verbindbar, um bei einer Schnellentladung des Statorspulenkondensators mit Strom durchflossen zu werden und ein Magnetfeld zu erzeugen, welches eine abstossende Kraft zwischen der Statorspule 450 und dem Arbeitskolben 420 bewirkt und den Arbeitskolben 420 von dem Stator 430 weg beschleunigt. Die abstossende Kraft zwischen der Statorspule 450 und dem Arbeitskolben wird beispielsweise dadurch bewirkt, dass das von der Statorspule 450 erzeugte Magnetfeld dem von der Kolbenspule 440 erzeugten Magnetfeld entgegengesetzt ist. Die Kolbenspule 440 und die Statorspule 450 werden hierzu bevorzugt gegensinnig und zeitlich überlappend, insbesondere gleichzeitig mit elektrischem Strom beaufschlagt, indem der Kolbenspulenkondensator und der Statorspulenkondensator entsprechend zeitlich aufeinander abgestimmt entladen werden, beispielsweise von einer nicht gezeigten Steuereinheit gesteuert. Die Kolbenspule 440 und die Statorspule 450 weisen jeweils eine Kolbenspulenachse beziehungsweise eine Statorspulenachse auf, welche mit der Arbeitsachse 401 zusammenfallen und somit parallel zueinander orientiert sind. Um den Arbeitskolben 420 in die in Fig. 2 gezeigte Ausgangsstellung zurückzubefördern, werden die Kolbenspule 440 und die Statorspule 450 bevorzugt gleichsinnig und zeitlich überlappend, insbesondere gleichzeitig mit elektrischem Strom beaufschlagt, so dass das von der Statorspule 450 erzeugte Magnetfeld und das von der Kolbenspule 440 erzeugte Magnetfeld gleichgerichtet sind. Dadurch wird eine anziehende Kraft zwischen der Statorspule 450 und dem Arbeitskolben 420 bewirkt und der Arbeitskolben 420 auf den Stator 430 zu beschleunigt.In addition, the drive 410 comprises a stator coil capacitor (not shown) and a stator coil 450 arranged on the working piston 420. The stator coil 450 can be electrically connected to the stator coil capacitor in order to have a current flowing through it in the event of a rapid discharge of the stator coil capacitor and to generate a magnetic field which is repulsive Force caused between the stator coil 450 and the working piston 420 and accelerating the working piston 420 away from the stator 430. The repulsive force between the stator coil 450 and the working piston is brought about, for example, in that the magnetic field generated by the stator coil 450 is opposite to the magnetic field generated by the piston coil 440. For this purpose, the piston coil 440 and the stator coil 450 are preferably in opposite directions and overlapping in time, in particular charged with electrical current at the same time, in that the piston coil capacitor and the stator coil capacitor are discharged in accordance with one another in a timed manner, for example controlled by a control unit, not shown. The piston coil 440 and the stator coil 450 each have a piston coil axis and a stator coil axis, which coincide with the working axis 401 and are thus oriented parallel to one another. To move the working piston 420 into the in Fig. 2 To convey back the starting position shown, the piston coil 440 and the stator coil 450 are preferably applied in the same direction and overlapping in time, in particular at the same time with electrical current, so that the magnetic field generated by the stator coil 450 and the magnetic field generated by the piston coil 440 are rectified. This causes an attractive force between the stator coil 450 and the working piston 420 and accelerates the working piston 420 onto the stator 430.
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In Fig. 3 ist ein Antrieb 510 eines Arbeitsgeräts, beispielsweise des in Fig. 1 gezeigten Arbeitsgeräts 10 dargestellt. Der Antrieb 510 ist entlang einer Arbeitsachse 501 längs aufgeschnitten dargestellt und ist dafür vorgesehen, einen Arbeitskolben 520 mit einem Kolbenteller 521 und einer Kolbenstange 522 entlang der Arbeitsachse 501 anzutreiben und relativ zu einem Stator 530 zu bewegen. Der Antrieb 510 umfasst einen Kondensator 560, einen Schaltkreislauf 570 mit einem Schalter 571, eine an dem Arbeitskolben 520 angeordnete Kolbenspule 540 und eine an dem Stator 530 angeordnete Statorspule 550. Die Kolbenspule 540 ist elektrisch mit dem Kondensator 560 verbindbar, um bei einer Schnellentladung des Kondensators 560 mit Strom durchflossen zu werden, so dass der Kondensator 560 einen Kolbenspulenkondensator darstellt. Ein Stromfluss durch die Kolbenspule 540 erzeugt dabei ein erstes Magnetfeld. Die Statorspule 550 ist ebenfalls elektrisch mit dem Kondensator 560 verbindbar, um bei einer Schnellentladung des Kondensators 560 mit Strom durchflossen zu werden, so dass der Kondensator 560 auch einen Statorspulenkondensator darstellt. Ein Stromfluss durch die Statorspule 550 erzeugt ein zweites Magnetfeld.In Fig. 3 is a drive 510 of an implement, for example the one in Fig. 1 working device 10 shown. The drive 510 is shown cut open along a working axis 501 and is provided for driving a working piston 520 with a piston plate 521 and a piston rod 522 along the working axis 501 and moving it relative to a stator 530. The drive 510 comprises a capacitor 560, a circuit 570 with a switch 571, a piston coil 540 arranged on the working piston 520 and a stator coil 550 arranged on the stator 530. The piston coil 540 can be electrically connected to the capacitor 560 in order to prevent the To be flowed through capacitor 560 with current, so that the capacitor 560 is a piston coil capacitor. A current flow through the piston coil 540 generates a first magnetic field. The stator coil 550 can also be electrically connected to the capacitor 560 in order to have a current flowing through it in the event of a rapid discharge of the capacitor 560, so that the capacitor 560 also represents a stator coil capacitor. A current flow through the stator coil 550 generates a second magnetic field.
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Eine Elektrode des Kondensators 560 ist mit einem Eingang des Schalters 571 elektrisch verbunden und gegenüber einer Gegenelektrode des Kondensators 560 aufladbar, welche mit einem ersten Massepotential 572, beispielsweise dem Minuspol eines elektrischen Akkumulators oder einer Batterie, elektrisch verbunden ist. Ein Ausgang des Schalters 571 ist mit einem Eingang der Statorspule 550 auf einer Innenseite der Statorspule 550 elektrisch verbunden, bevorzugt fest verdrahtet. Ein Ausgang der Statorspule 550 auf einer Aussenseite der Statorspule 550 ist mit einem als Kontaktbürste ausgebildeten ersten elektrischen Statorkontakt 531, welchen der Stator 530 aufweist, elektrisch verbunden, bevorzugt fest verdrahtet. Ein Eingang der Kolbenspule 540 auf einer Aussenseite der Kolbenspule 540 ist mit einem als Kontaktschiene ausgebildeten ersten Kolbenkontakt 541, welchen der Arbeitskolben 520 aufweist, elektrisch verbunden, bevorzugt fest verdrahtet. Der erste Kolbenkontakt 541 gleitet elektrisch leitend an dem ersten Statorkontakt 531 entlang, wenn sich der Arbeitskolben 520 entlang der Arbeitsachse 501 bewegt. Eine nicht gezeigte erste Feder belastet den ersten Statorkontakt 531 auf den ersten Kolbenkontakt 541 zu. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen belastet eine Feder zusätzlich oder alternativ den ersten Kolbenkontakt auf den ersten Statorkontakt zu.One electrode of the capacitor 560 is electrically connected to an input of the switch 571 and can be charged with respect to a counter electrode of the capacitor 560, which is electrically connected to a first ground potential 572, for example the negative pole of an electrical accumulator or a battery. An output of the switch 571 is electrically connected to an input of the stator coil 550 on an inside of the stator coil 550, preferably hard-wired. An output of the stator coil 550 on an outer side of the stator coil 550 is provided with a first one embodied as a contact brush electrical stator contact 531, which the stator 530 has, electrically connected, preferably hard-wired. An input of the piston coil 540 on an outer side of the piston coil 540 is electrically connected, preferably permanently wired, to a first piston contact 541 designed as a contact rail and which the working piston 520 has. The first piston contact 541 slides in an electrically conductive manner along the first stator contact 531 when the working piston 520 moves along the working axis 501. A first spring, not shown, loads the first stator contact 531 towards the first piston contact 541. In the case of exemplary embodiments that are not shown, a spring additionally or alternatively loads the first piston contact towards the first stator contact.
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Ein Ausgang der Kolbenspule 540 auf einer Innenseite der Kolbenspule 540 ist mit einem als Kontaktschiene ausgebildeten zweiten Kolbenkontakt 542, welchen der Arbeitskolben 520 aufweist, elektrisch verbunden, bevorzugt fest verdrahtet. Der zweite Kolbenkontakt 542 gleitet elektrisch leitend an einem zweiten Statorkontakt 532 entlang, wenn sich der Arbeitskolben 520 entlang der Arbeitsachse 501 bewegt. Der Stator 530 weist den zweiten Statorkontakt 532 auf, welcher als Kontaktbürste ausgebildet und mit einem zweiten Massepotential 573, das vorzugsweise identisch mit dem ersten Massepotential 572 ist, elektrisch verbunden ist. Eine nicht gezeigte zweite Feder belastet den zweiten Statorkontakt 532 auf den zweiten Kolbenkontakt 542 zu. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen belastet eine Feder zusätzlich oder alternativ den zweiten Kolbenkontakt auf den zweiten Statorkontakt zu. Die Kolbenkontakte 541, 542 kontaktieren die Statorkontakte 531, 532 nicht notwendigerweise während der gesamten Bewegung des Arbeitskolbens. Bei einigen Anwendungen ist eine Kontaktierung während der ersten 0,5 ms bis 1 ms, insbesondere während der ersten 0,6 ms ausreichend. Die Kolbenkontakte 541, 542 weisen eine Länge in Richtung der Arbeitsachse 501 auf, welche für einige Anwendungsgebiete etwa 10 mm bis 30 mm beträgt.An output of the piston coil 540 on an inner side of the piston coil 540 is electrically connected, preferably permanently wired, to a second piston contact 542 designed as a contact rail and which the working piston 520 has. The second piston contact 542 slides in an electrically conductive manner along a second stator contact 532 when the working piston 520 moves along the working axis 501. The stator 530 has the second stator contact 532, which is designed as a contact brush and is electrically connected to a second ground potential 573, which is preferably identical to the first ground potential 572. A second spring, not shown, loads the second stator contact 532 towards the second piston contact 542. In the exemplary embodiments not shown, a spring additionally or alternatively loads the second piston contact towards the second stator contact. The piston contacts 541, 542 do not necessarily contact the stator contacts 531, 532 during the entire movement of the working piston. In some applications, contacting during the first 0.5 ms to 1 ms, in particular during the first 0.6 ms, is sufficient. The piston contacts 541, 542 have a length in the direction of the working axis 501, which for some areas of application is approximately 10 mm to 30 mm.
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Die Kolbenkontakte 541, 542 sind starr mit dem übrigen Arbeitskolben 520 verbunden und bewegen sich mit dem übrigen Arbeitskolben 520 mit. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist der erste und/oder der zweite Statorkontakt als Schleifring ausgebildet. Bei weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist der erste und/oder der zweite Statorkontakt als Kontaktschiene und der erste beziehungsweise der zweite Kolbenkontakt als Kontaktbürste oder Schleifring ausgebildet. Der zweite Kolbenkontakt 542 und der zweite Statorkontakt 532 sind bezüglich der Arbeitsachse 501 radial innerhalb der Statorspule 550 und der Kolbenspule 540 angeordnet. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen sind zusätzlich oder alternativ der erste Kolbenkontakt und der erste Statorkontakt radial innerhalb der Statorspule und/oder der Kolbenspule angeordnet.The piston contacts 541, 542 are rigidly connected to the rest of the working piston 520 and move with the rest of the working piston 520. In the case of exemplary embodiments that are not shown, the first and / or the second stator contact is designed as a slip ring. In further exemplary embodiments not shown, the first and / or the second stator contact is designed as a contact bar and the first or the second piston contact is designed as a contact brush or slip ring. The second piston contact 542 and the second stator contact 532 are arranged radially inside the stator coil 550 and the piston coil 540 with respect to the working axis 501. In the case of exemplary embodiments that are not shown, the first piston contact and the first stator contact are additionally or alternatively arranged radially inside the stator coil and / or the piston coil.
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Die Schnellentladung des Kondensators 560 über die Kolbenspule 540 und die Statorspule 550 ist mittels des Schaltkreislaufs 570 auslösbar, indem der Schalter 571 bei elektrisch aufgeladenem Kondensator 560 geschlossen und die Kolbenspule 540 und die Statorspule 550 elektrisch mit dem Kondensator 560 verbunden werden. Der elektrische Strom fliesst dann von dem Kondensator 560 durch den Schalter 571, von innen nach aussen durch die Statorspule 550, durch den ersten Statorkontakt 531 und den ersten Kolbenkontakt 541, von aussen nach innen durch die Kolbenspule 540 und schliesslich durch den zweiten Kolbenkontakt 542 und den zweiten Statorkontakt 532 zum zweiten Massepotential 573.The rapid discharge of the capacitor 560 via the piston coil 540 and the stator coil 550 can be triggered by means of the circuit 570 in that the switch 571 is closed when the capacitor 560 is electrically charged and the piston coil 540 and the stator coil 550 are electrically connected to the capacitor 560. The electrical current then flows from the capacitor 560 through the switch 571, from the inside to the outside through the stator coil 550, through the first stator contact 531 and the first piston contact 541, from the outside inwards through the piston coil 540 and finally through the second piston contact 542 and the second stator contact 532 to the second ground potential 573.
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Die Kolbenspule 540 und die Statorspule 550 weisen jeweils eine Kolbenspulenachse beziehungsweise eine Statorspulenachse auf, welche mit der Arbeitsachse 501 zusammenfallen und somit parallel zueinander orientiert sind. Die Kolbenspule 540 und die Statorspule 550 sind gleichsinnig gewickelt und werden gegensinnig von dem elektrischen Strom durchflossen, so dass das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld zueinander entgegengesetzt sind. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Spulen gegensinnig gewickelt und werden gleichsinnig von dem elektrischen Strom durchflossen. Dadurch wird eine abstossende Kraft zwischen der Statorspule 550 und der Kolbenspule 540 und somit zwischen dem Stator 530 und dem Arbeitskolben 520 bewirkt, so dass der Arbeitskolben 520 relativ zu dem Stator 530 beschleunigt wird. Die Kolbenspule 540 und die Statorspule 550 sind elektrisch seriell zueinander verschaltet, werden also gleichzeitig von elektrischem Strom durchflossen, wobei eine Stromstärke des durch die Spulen 540, 550 fliessenden Stroms für die Kolbenspule 540 und die Statorspule 550 gleich ist. Vorzugsweise weisen die Kolbenspule 540 und die Statorspule 550 darüber hinaus gleich viele Spulenwindungen auf, so dass die von den Spulen 540, 550 erzeugten Magnetfelder gleich stark sind.The piston coil 540 and the stator coil 550 each have a piston coil axis and a stator coil axis, which coincide with the working axis 501 and are thus oriented parallel to one another. The piston coil 540 and the stator coil 550 are wound in the same direction and the electric current flows through them in opposite directions, so that the first magnetic field and the second magnetic field are opposite to one another. In the exemplary embodiments not shown, the coils are wound in opposite directions and the electric current flows through them in the same direction. This causes a repulsive force between the stator coil 550 and the piston coil 540 and thus between the stator 530 and the working piston 520, so that the working piston 520 is accelerated relative to the stator 530. The piston coil 540 and the stator coil 550 are electrically connected in series with one another, that is to say that electrical current flows through them at the same time, a current strength of the current flowing through the coils 540, 550 being the same for the piston coil 540 and the stator coil 550. In addition, the piston coil 540 and the stator coil 550 preferably have the same number of coil turns, so that the magnetic fields generated by the coils 540, 550 are equally strong.
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Der Arbeitskolben 520 weist einen Kolbenrahmen 525 auf, welcher vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material besteht, wie beispielsweise Eisen oder eine Legierung davon, beispielsweise Stahl. Der Kolbenrahmen 525 umgibt die Kolbenspule 540 und erstreckt sich bezüglich der Arbeitsachse 501 in einer umlaufenden Richtung. Dadurch wird das von der Kolbenspule 540 erzeugte zweite Magnetfeld im Bereich der Statorspule 550 verstärkt und die abstossende Kraft zwischen dem Stator 530 und dem Arbeitskolben 520 erhöht. Bevorzugt besteht der Kolbenteller 521 aus dem weichmagnetischen Material und bildet besonders bevorzugt den Kolbenrahmen. Ebenfalls bevorzugt besteht die Kolbenstange 522 aus dem weichmagnetischen Material und ist besonders bevorzugt einstückig mit dem Kolbenteller 521 verbunden, wodurch unter Umständen eine Steifigkeit und/oder mechanische Robustheit des Arbeitskolbens 520 erhöht ist. Der Stator 530 weist einen Statorrahmen 535 auf, welcher vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material besteht, wie beispielsweise Eisen oder eine Legierung davon, beispielsweise Stahl. Der Statorrahmen 535 umgibt die Statorspule 550 und erstreckt sich bezüglich der Arbeitsachse 501 in einer umlaufenden Richtung. Dadurch wird das von der Statorspule 550 erzeugte zweite Magnetfeld im Bereich der Kolbenspule 540 verstärkt und die abstossende Kraft zwischen dem Stator 530 und dem Arbeitskolben 520 erhöht.The working piston 520 has a piston frame 525, which preferably consists of a soft magnetic material, such as iron or an alloy thereof, for example steel. The piston frame 525 surrounds the piston coil 540 and extends in a circumferential direction with respect to the working axis 501. As a result, the second magnetic field generated by the piston coil 540 is strengthened in the area of the stator coil 550 and the repulsive force between the stator 530 and the working piston 520 is increased. The piston plate 521 is preferably made of the soft magnetic material and particularly preferably forms the piston frame. The piston rod 522 also preferably consists of the soft magnetic material and is particularly preferably connected in one piece to the piston head 521, which may increase the rigidity and / or mechanical robustness of the working piston 520. The stator 530 has a Stator frame 535, which preferably consists of a soft magnetic material, such as iron or an alloy thereof, for example steel. The stator frame 535 surrounds the stator coil 550 and extends in a circumferential direction with respect to the working axis 501. As a result, the second magnetic field generated by the stator coil 550 is strengthened in the area of the piston coil 540 and the repulsive force between the stator 530 and the working piston 520 is increased.
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In Fig. 4 ist eine Auftragung 600 einer von einem Antrieb auf einen Arbeitskolben übertragenen Antriebskraft über eine Zeit dargestellt. Ein Kraftverlauf 610 entspricht einem Antrieb mit einer an dem Arbeitskolben angeordneten Kolbenspule, welche ein Magnetfeld erzeugt, das in einem Stator oder einer vorzugsweise kurzgeschlossenen Statorspule ein gegensinniges Magnetfeld induziert. Eine Kraft wird während einer relativ kurzen Zeit übertragen. Um dennoch eine gewünschte Geschwindigkeit des Arbeitskolbens zu erreichen, ist eine relativ grosse Maximalkraft zu übertragen. Ein Kraftverlauf 620 entspricht einem Antrieb mit einer an dem Arbeitskolben angeordneten Kolbenspule, welche ein erstes Magnetfeld erzeugt, und einer an einem Stator angeordneten Statorspule, welche ein zu dem ersten Magnetfeld gegensinniges zweites Magnetfeld erzeugt. Eine Kraft wird während einer relativ langen Zeit übertragen. Um die gewünschte Geschwindigkeit des Arbeitskolbens zu erreichen, ist eine relativ kleine Maximalkraft ausreichend. Eine Fläche unter der Kurve des Kraftverlaufs 610, 620 ist dabei ein Mass für einen Impuls des Arbeitskolbens. Bei gleichem Impuls und somit, gleiche Kolbenmasse vorausgesetzt, gleicher Geschwindigkeit des Arbeitskolbens, also auch bei gleicher kinetischer Energie des Arbeitskolbens, ist die Fläche unter beiden Kurven gleich gross. Eine kleinere Maximalkraft hat den Vorteil, dass eine Belastung des Antriebs und eines den Antrieb aufweisenden Arbeitsgeräts reduziert ist.In Fig. 4 shows a plot 600 of a drive force transmitted from a drive to a working piston over time. A force profile 610 corresponds to a drive with a piston coil arranged on the working piston, which generates a magnetic field which induces a magnetic field in opposite directions in a stator or a preferably short-circuited stator coil. A force is transmitted in a relatively short time. In order to still achieve a desired speed of the working piston, a relatively large maximum force has to be transmitted. A force profile 620 corresponds to a drive with a piston coil arranged on the working piston, which generates a first magnetic field, and a stator coil arranged on a stator, which generates a second magnetic field in the opposite direction to the first magnetic field. A force is transmitted for a relatively long time. A relatively small maximum force is sufficient to achieve the desired speed of the working piston. An area under the curve of the force profile 610, 620 is a measure for an impulse of the working piston. With the same momentum and thus, assuming the same piston mass, the same speed of the working piston, i.e. also with the same kinetic energy of the working piston, the area under both curves is the same. A smaller maximum force has the advantage that the load on the drive and on an implement having the drive is reduced.
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In Fig. 5 ist eine Auftragung 700 einer von einem Antrieb auf einen Arbeitskolben übertragenen Antriebskraft über einen Weg des Arbeitskolbens entlang einer Arbeitsachse dargestellt. Ein Kraftverlauf 710 entspricht einem Antrieb mit einer an dem Arbeitskolben angeordneten Kolbenspule, welche ein Magnetfeld erzeugt, das in einem Stator ein gegensinniges Magnetfeld induziert. Eine Kraft wird während eines relativ kurzen Weges übertragen. Um dennoch eine gewünschte kinetische Energie des Arbeitskolbens zu erreichen, ist eine relativ grosse Maximalkraft zu übertragen. Ein Kraftverlauf 720 entspricht einem Antrieb mit einer an dem Arbeitskolben angeordneten Kolbenspule, welche ein erstes Magnetfeld erzeugt, und einer an einem Stator angeordneten Statorspule, welche ein zu dem ersten Magnetfeld gegensinniges zweites Magnetfeld erzeugt. Eine Kraft wird während eines relativ langen Weges übertragen. Um die gewünschte kinetische Energie des Arbeitskolbens zu erreichen, ist eine relativ kleine Maximalkraft ausreichend. Eine Fläche unter der Kurve des Kraftverlaufs 710, 720 ist dabei ein Mass für die kinetische Energie des Arbeitskolbens. Bei gleicher kinetischer Energie des Arbeitskolbens ist also die Fläche unter beiden Kurven gleich gross.In Fig. 5 a plot 700 of a drive force transmitted from a drive to a working piston over a path of the working piston along a working axis is shown. A force profile 710 corresponds to a drive with a piston coil which is arranged on the working piston and which generates a magnetic field which induces a magnetic field in opposite directions in a stator. A force is transmitted over a relatively short distance. In order to still achieve the desired kinetic energy of the working piston, a relatively large maximum force has to be transmitted. A force profile 720 corresponds to a drive with a piston coil arranged on the working piston, which generates a first magnetic field, and a stator coil arranged on a stator, which generates a second magnetic field in the opposite direction to the first magnetic field. A force is transmitted over a relatively long distance. A relatively small maximum force is sufficient to achieve the desired kinetic energy of the working piston. An area under the curve of the force profile 710, 720 is a measure of the kinetic energy of the Working piston. With the same kinetic energy of the working piston, the area under both curves is the same.
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Eine kleinere Maximalkraft hat den Vorteil, dass eine Belastung des Antriebs und eines den Antrieb aufweisenden Arbeitsgeräts reduziert ist. Ausserdem ist eine maximale Stromstärke reduziert, so dass unter Umständen günstigere elektronische Bauelemente für die Verschaltung der Spulen verwendbar sind. Weiterhin ist eine elektromagnetische Belastung eines Benutzers des Arbeitsgeräts reduziert, so dass eine leichte und/oder günstige Abschirmung unter Umständen ausreichend ist. Darüber hinaus ist ein Wirkungsgrad bei dem Antrieb mit einer Kolbenspule und einer Statorspule unter Umständen höher als bei dem Antrieb mit nur einer Spule, so dass auch eine abzuführende Abwärme reduziert ist. Im Übrigen ist es vorteilhaft, den Stromfluss durch die Spulen abzuschalten, beispielsweise durch Kurzschliessen, wenn die übertragene Kraft sehr klein wird. Dadurch werden unter Umständen unerwünschte elektrische Überschläge und/oder Funken zwischen den aneinander gleitenden elektrischen Kontakten reduziert oder vermieden.A smaller maximum force has the advantage that the load on the drive and on an implement having the drive is reduced. In addition, a maximum current strength is reduced, so that under certain circumstances cheaper electronic components can be used for interconnecting the coils. Furthermore, electromagnetic exposure to a user of the work device is reduced, so that light and / or inexpensive shielding may be sufficient under certain circumstances. In addition, the efficiency of the drive with a piston coil and a stator coil may be higher than that of the drive with only one coil, so that any waste heat to be dissipated is also reduced. In addition, it is advantageous to switch off the current flow through the coils, for example by short-circuiting, when the transmitted force is very small. As a result, undesired electrical flashovers and / or sparks between the electrical contacts sliding against one another may be reduced or avoided.
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Die Erfindung wurde anhand einer Reihe von in den Zeichnungen dargestellten und nicht dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander anwendbar, soweit sie sich nicht widersprechen. Es wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemässe Arbeitsgerät auch für andere Anwendungen einsetzbar ist, beispielsweise als Bohrhammer oder dergleichen.The invention has been described on the basis of a number of exemplary embodiments shown in the drawings and not shown. The individual features of the various exemplary embodiments can be used individually or in any combination with one another, provided they do not contradict one another. It is pointed out that the working device according to the invention can also be used for other applications, for example as a hammer drill or the like.
Tool 10 for working on a ground, in particular hand-held tool, in particular setting tool for driving fastening elements 30 into the ground, comprising a stator 430 and a working piston 420, which is intended to move relative to the stator along a working axis A and on the To hit the ground or a fastening element in order to drive the fastening element into the ground, further comprising a drive 65, which is provided to drive the working piston along the working axis onto the ground, the drive having a piston coil capacitor and a piston coil 440 arranged on the working piston having, wherein the piston coil can be electrically connected to the piston coil capacitor in order to be flowed through with a rapid discharge of the piston coil capacitor and to generate a magnetic field which accelerates the working piston relative to the stator and in particular repels the stator.