WO1998023413A1 - System zum setzen von bolzen - Google Patents

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WO1998023413A1
WO1998023413A1 PCT/EP1997/006428 EP9706428W WO9823413A1 WO 1998023413 A1 WO1998023413 A1 WO 1998023413A1 EP 9706428 W EP9706428 W EP 9706428W WO 9823413 A1 WO9823413 A1 WO 9823413A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
bolt
centering
cone
pin
Prior art date
Application number
PCT/EP1997/006428
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd Kellner
Original Assignee
Gerd Kellner
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gerd Kellner filed Critical Gerd Kellner
Publication of WO1998023413A1 publication Critical patent/WO1998023413A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25C—HAND-HELD NAILING OR STAPLING TOOLS; MANUALLY OPERATED PORTABLE STAPLING TOOLS
    • B25C1/00—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices
    • B25C1/08—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure
    • B25C1/10—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure generated by detonation of a cartridge
    • B25C1/12—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure generated by detonation of a cartridge acting directly on the bolt
    • B25C1/123—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure generated by detonation of a cartridge acting directly on the bolt trigger operated

Definitions

  • the invention relates to a system for setting bolts, nails, pins or similar fasteners according to the preamble of claim 1
  • Such systems mentioned at the outset are used primarily in the form of bolt-setting devices for shooting in special nails or bolts, in particular into hard substrates, such as steel or concrete, in order to fasten structural elements, such as profiled sheets or shuttering panels, directly to the respective substrate also from direct installation
  • Such devices must in particular meet the regulations of the Physikaiisch-Technischen Bundesweg (PTB) in Braunschweig / Germany
  • Such a bolt setting device is known, for example, from the German utility model DE-G 89 15 510 6 of the applicants.
  • DE-G 89 15 510 6 German utility model
  • FIG. 1 the essential components and the principle functioning of a bolt known from the prior art and in particular from DE-G 89 15 510 6 are intended - setters are explained and described
  • a bolt-setting device 1 provided with a magazine 3 essentially consists of a device housing 2 and a piston guide sleeve 5, a driving piston 6 and a pin guide 8.
  • the bolt 9 to be set here provided with a bolt head 9 1 and a one-piece sabot (guide part) 4 automatically fed into the pin guide 8 via the butt surface 7 of a drive piston shaft 10 connected to the drive piston 6, the fastening element 9 is driven in.
  • the device 1 is made ready for firing via the end face 11 of the pin guide 8 by the pressure movement via the piston guide sleeve 5 by not described in more detail, a cartridge chamber 12 in the rear part of the piston guide housing 5 is placed over a ready propellant powder cartridge and a firing pin spring is tensioned. After the trigger has been released, the cartridge is fired and the driving piston 6 is moved forward 14 driven
  • a bolt-setting device with the above-mentioned magazine for the automatic feeding of the fastener is disclosed, for example, in DE 37 02 364 A1.
  • the fastening elements are loaded into the bolt guide via a magazine which can be attached to the device housing.
  • the function of this device is basically analogous to that with the aid of Figure 1 described
  • FIGS. 1 and 7 versions of threaded bolts with corresponding driving pistons are made.
  • the threaded bolt with its thread sits in a suitable guide with a conical bottom, as is customary in blind holes.
  • the conical end of the bore is not used for centering, since the entire threaded part of the threaded bolt is inserted in a form-fitting manner.
  • it is also not possible to transmit larger forces since the sleeve surrounding the threaded bolt would inevitably widen in the area of the cone.
  • the rear threads were unusable become
  • guide means are also provided on the rear end of the threaded bolt, which in FIG - Examples are shown
  • a central, cylindrical projection 46 is provided at the front end 3 of the thrust piece (piston)
  • the cylindrical center projection 47 is attached to the rear end of the threaded bolt itself
  • Such a centering projection is conical behind the thread and is positively received together with the thread by the corresponding recess in the front end of the thrust piece (piston).
  • This centering device thus relates exclusively to the actual, pure driving-in process of the threaded bolt, but not to the axial alignment of a fastening element which is not correctly positioned axially
  • the respective threaded bolt is always set due to the recess in the piston skirt so that the thread remains above the fastening material.
  • a so-called head-flush setting in which the end face of the bolt head is flush with the surface of the fastening material, for example in the case of formwork panels Wood etc. is not possible
  • FIGS. 8A to 8C show results of 3D simulation calculations for setting a bolt 9 in a homogeneous material 14, as is customary with conventional bolt-setting tools 1.
  • the bolt 9 with the flat rear end face 9.2 is set by only 1 °, ie deflected by 1 ° from the right angle to the flat surface of the material 14.
  • the bolt 9 would lie with its longitudinal axis exactly on the axis of symmetry of the piston 6 or piston skirt 10 and perpendicular to the material surface.
  • the piston skirt 10 which also has a flat abutment surface 7, presses the bolt 9 without a free flight path, i.e. with no distance between the pin tip and the material surface at the beginning of the setting process, at an initial speed of 50 m / s in the material 14.
  • the computer calculations show a rapid increase in the position during the penetration of the pin 9 into the material 14 (FIG. 8B).
  • FIG. 8C shows an early onset of the pin 9 can be seen (FIG. 8C), the lattice structure in the area of penetration showing that the pin 9 is deformed asymmetrically in the tip area.
  • these processes lead to insufficient setting performance.
  • they demonstrate the need for axial alignment and the exact guidance of the bolt 9 during the dynamic setting process.
  • the bolt for example if it does not allow a centering part in the central area, it may also be expedient to center it on the piston skirt side by means of a corresponding outer centering ring.
  • the corresponding centering forces must be relatively small in order to avoid deformation of the bolt head surface.
  • the conical design of part of the abutting surface of the piston shaft ensures that the bolt is centered both at the beginning of the acceleration phase - with play between the contact between the piston shaft and the bolt head and the impact of the bolt on the material - and during the entire setting process.
  • the geometry of the rear end face of the bolt can be freely selected within certain limits. It is only necessary to ensure that there is a sufficiently large area for the axial transmission of the driving force.
  • the system according to the invention can in principle be used in all common and conceivable bolt-setting devices.
  • An essential feature of the centering means proposed here is that even if the tip of the fastening element deviates from the axis during driving, there is no damage to the piston area by allowing the fastening means to deflect or rotate during the setting process.
  • an opening angle of the conical geometry of the centering part of the piston butt surface of approximately 90 ° is particularly suitable for centering the pin.
  • the driving piston shaft is fastened in the driving piston so that it can be exchanged, so that a set of different pistons can be used for the bolt-setting tool for different bolts to be set.
  • FIG. 1 A bolt gun in section
  • FIG. 2A 2D computer simulation for transmitting a larger driving force 19 by means of a flat force transmission surface 22 and a conical centering surface 21 on the bolt 9;
  • FIG. 2B 2D computer simulation for the transmission of a greater driving force 19 by means of conical centering surfaces 20 on the bolt 9;
  • FIG. 3A shows a force diagram to explain the forces transmitted from the piston to the bolt in the dynamic centering phase;
  • FIG. 3B shows a force diagram to explain the forces transmitted from the piston to the pin in the dynamic centering phase, taking friction into account;
  • FIG. 4A system piston / pin with inner centering via truncated cone 23;
  • FIG. 4B system piston / pin with inner centering via ball segment 25;
  • Figure 7A system piston / pin with piston shaft 10.1 and bore 32;
  • FIG. 7B system piston / pin with piston shaft 10.2 and attachment piece 33 with bore 32.1;
  • FIGS. 2A and 2B show the results from the 2D computer simulations.
  • piston skirt diameter 1 1 mm
  • Impact speed 40 m / s
  • Material strength of the piston 1200 MPa
  • Rear diameter of the bolt 8 mm
  • the maximum stresses that occur when the bolt 9 is set - in this case the highest stresses occur - determine the required areas in the area perpendicular to the setting direction in order to avoid plastic flow of the material or an expansion of the conical area
  • the force diagram of FIG. 3A illustrates the forces from the piston shaft 10 of the driving piston 6, which abuts in the direction of the arrow 19, on the pushed pin 9.
  • the piston shaft 10 is guided in the pin guide 8 and has a flat abutment surface 22 for transmitting the driving force 19 to the plane Bolt rear face. '12 1 on, and a Zentrierflache 26 of conical geometry with an opening angle ( ⁇ ) 27
  • the entire arrangement of piston skirt 10 and pin guide 8 is rotationally symmetrical about axis 28.
  • the centering pin 18 of the bolt 9 has a flat end face 29 and its longitudinal axis 28.1 is deflected from the axis of symmetry 28 or forms an angle with it.
  • the cross section of the bolt 9 is either also rotationally symmetrical or has a regular outline, such as a regular triangle. In principle, this can also apply to the centering pin 18. This is particularly important if a torque is to be exerted on the bolt after the setting process. This applies mutatis mutandis in the event that the bolt contains a center hole.
  • the impact force on the piston skirt 10 is denoted by P.
  • the transferable total force F during the dynamic centering process can in turn be broken down into a force component F ⁇ parallel to the axis of symmetry 28 of the arrangement and into a radial force component F y perpendicular thereto.
  • the force component F x drives the bolt 9 parallel to the axis of symmetry 28 through the fastening material 13 into the setting surface 14, the force component F y returns the bolt 9 to a centered position in which the longitudinal axis 28.1 of the bolt 9 and the axis of symmetry 28 of the arrangement coincide .
  • the starting position is shown in each case, in which the axes of symmetry 28 or 28.1 of piston skirt 10 and pin 9 are still at a distance or enclose an angle and the flat surface 22 has not yet been placed on the flat surface 22.1.
  • the driving force 19 is transmitted primarily after the dynamic centering over the flat surfaces 22 and 22.1.
  • FIGS. 4A and 4B show two examples of a flat abutting surface 22 with a centering device of the piston skirt 10 (piston 6) and an inner cone 26 as a conical centering part.
  • the piston shaft 10 of FIG. 4A has an exact and complete inner cone 26 and drives a bolt 9 which has a bolt head 9.1 with a central truncated cone 23.
  • an inner cone 26.1 in the form of a truncated cone can also be used.
  • a piston shaft 10 drives a bolt 9 with a boice head 9.1 and a ball section 25 as a centering device on the bolt side. Due to the spherical section 25 on the bolt head 9.1, the bolt is only touched by the inner cone 26.1 of the piston skirt 10.
  • the material elasticity alone in the dynamic setting process generally ensures that even with slight tilting and thus line contact, sufficient contact surfaces are built up. A sufficient centering force is then ensured by the conical surface 26.1 on the piston side.
  • the bolt head 9.1 or the bolt 9 In the case of a piston skirt 10 with an inner cone 26 or 26.1, the bolt head 9.1 or the bolt 9 must have a regular or rotationally symmetrical cross section. In order to be able to be gripped by the inner cone 26 or 26.1 of the piston skirt 10, the centering part 23 or 25 of the bolt head 9.1 should have a smaller opening angle than the inner cone 26 or 26.1. An optimal centering effect of the system is achieved with a conical centering surface 26 or 26.1 of the centering part in the piston skirt 10 and a conical design of the centering part 23 on the Boizenkopf 9.1.
  • a second group of possible embodiments of the centering part of the piston butt surface 7 forms the outer cone shape 31, as shown as an example in FIG. 5 as a central truncated cone 31.1.
  • the cone angle 27.1 of the outer truncated cone 31.1 is again preferably 90 °.
  • the general considerations regarding the inner cone 25 of the piston skirt 10 that apply to the piston / pin system according to the invention apply correspondingly to the outer cone 31.
  • boizen heads 9.1 with sufficiently deep, central recesses must be selected in accordance with the central outer cone frustum 31.1 of the centering device.
  • the opening angle 27.2 of the concave centering part in the bolt head 9.1 which can be designed as an inner truncated cone 31.2, should be somewhat larger than the cone angle of the outer truncated cone 31.1 on the piston skirt 10.
  • An optimal centering effect is achieved with a conical centering part 31.1 on the piston skirt 10 and a conical design of the centering part 31.2 in the bolt head 9.1 - preferably with an opening angle of approximately 90 ° in each case.
  • FIG. 6 Another arrangement similar to FIG. 4A is shown in FIG. 6.
  • a short cylindrical pin 24 is arranged on the bolt head 9.1, which ensures the centering effect via a balancing centering surface 30 and the inner cone 26 in the driving piston shaft 10.
  • the centering element In the event that torque is to be applied to the bolt side via the concave or convex centering element in the bolt head, the centering element must be designed accordingly. This can e.g. B. over more flat, rotationally symmetrical shapes occur like triangles, quadrangles or hexagons or via star-shaped or other symmetrical shapes.
  • the described centering functions are also guaranteed if, for. B. the centering part in the bolt head is designed as a bore with a thread or as a hexagon socket. In this case, a cone (corresponding to Fig. 5) or a short pin engaging in the bore on the piston side would ensure centering.
  • the mass of the driving piston 6 or piston shaft 10.1 and thus the stresses occurring during the setting process can also be changed.
  • the speed profile during the setting process can also be optimally adjusted using this additional variation parameter.
  • such central bores 32 can prove to be advantageous if they are to accommodate a pin or the like, for example.
  • the bolt head 9.1 could have a cylindrical fixing pin (pin) on its end face 22.1, which can correspond to the central bore 32 on the piston shaft 10.1. This causes an almost centered position of the bolt 9 before the start of the actual setting process and during a possible acceleration phase (free flight distance before setting) or when the piston skirt 10 strikes the Bolt head, for example in magazine 3, thus facilitating the subsequent continuous centering.
  • FIG. 7B it can be very advantageous for practical use to provide the striking part of the piston skirt 10.2 with an attachment element 33, as shown in FIG. 7B.
  • This can consist of a material that is optimally adapted to the stresses prevailing there, for example a highly hard sintered steel or hard metal.
  • the connection between piston shaft 10.2 and attachment element 33 can, for. B. by means of screws, soldering or gluing.
  • This element 33 can also contain a bore 32.1.
  • the above-described piston / pin system according to the present invention is basically suitable for all conventional and conceivable pin-setting devices, as are exemplarily shown in FIG. 1 and described in the introduction part.
  • piston shafts 10 are particularly suitable for centering for different bolt designs 9, it is advantageous to equip the respective bolt-actuating device 1 with an optionally interchangeable set of different pistons 6 or piston shafts 10. It is conceivable, for example, to connect the piston shaft 10 firmly but detachably, for example by screwing or by means of a bayonet lock, to the driving piston 6 and to design the bolt-actuating device 1 in such a way that the piston 6 can be made easily accessible to the user.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein System zum Setzen von Bolzen, Nägeln oder dergleichen Befestigungselemente (9), bestehend aus einem Bolzensetzgerät (1) mit einem in einer Kolbenführungshülse (5) geführten Kolben (6, 10) und einer Bolzenführung (8) zur Aufnahme der zu setzenden Befestigungselemente (9) vorgeschlagen, bei dem die Stoßfläche (7) des Kolbenschaftes (10) und/oder die hintere Stirnfläche (9.2) des Befestigungselementes (9) mit einer axial dynamisch ausrichtenden und während des daran anschließenden Eintreibvorgangs kontinuierlich wirkenden Zentriereinrichtung in konischer Form nach innen oder nach außen in Kombination mit einer die Eintreibkraft im wesentlichen übertragenden bzw. aufrechterhaltenden und zur Stoßrichtung in erster Näherung senkrechten Fläche (22, 22.1) versehen ist und die Geometrie der hinteren Stirnfläche (9.2) des Bolzens (9) in bestimmten Grenzen frei gewählt werden kann. Der Öffnungswinkel (27) der konischen Zentriereinrichtung (26) der Kolbenstoßfläche (7) wird dabei vorteilhafterweise zu etwa 90° gewählt.

Description

Beschreibung
System zum Setzen von Bolzen
Die Erfindung betrifft ein System zum Setzen von Bolzen, Nageln, Stiften oder dergleichen Befestigungsmitteln nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1
Solche eingangs genannten Systeme werden vor allem in Form von Bolzen- setzgeraten zum Einschießen von Spezialnageln oder Bolzen insbesondere in harte Untergrunde, wie Stahl oder Beton, benutzt, um Bauelemente, wie beispielsweise Profilbleche oder Verschalungsplatten, direkt auf dem jeweiligen Untergrund zu befestigen Man spncht deshalb auch von einer Direktmontage Zusätzlich zu den Ansprüchen an eine einfache Bedienung und Handhabbarkeit müssen solche Gerate insbesondere den Vorschriften der Physikaiisch-Tecn- nischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig / Deutschland genügen
Ein solches Bolzensetzgerat ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-G 89 15 510 6 der Anmeldeπn bekannt Anhand von Figur 1 sollen die wesentlichen Bestandteile und die prinzipielle Funktionsweise eines aus dem Stand der Technik und insbesondere aus der DE-G 89 15 510 6 bekannten Bol- zensetzgerates erklart und beschrieben werden
Ergänzend zu der in der DE-G 89 15 510 6 angegebenen Figur 1 und entsprechend der im Vordergrund stehenden automatischen Zuführung des Befestigungsmittels aus einem Magazin ist die entsprechende Vorrichtung zusatzlich eingezeichnet
Ein mit einem Magazin 3 versehenes Bolzensetzgerat 1 besteht im wesentlichen aus einem Gerategehause 2 und einer Kolbenfuhrungshulse 5, aus einem Treibkolben 6 und einer Bolzenfuhrung 8 Der zu setzende Bolzen 9, hier mit einem Bolzenkopf 9 1 und einem einteiligen Sabot (Fuhrungsteil) 4 versehen wird in die Bolzenfuhrung 8 automatisch zugeführt Über die Stoßflache 7 eines mit dem Treibkoiben 6 verbundenen Treibkolbenschaftes 10 wird das Befestigungselement 9 eingetrieben Beim Bolzensetzen wird das Gerat 1 über die Stirnflache 11 der Bolzenfuhrung 8 durch die Andruckbewegung über die Kol- benfuhrungshuise 5 schußfertig gemacht, indem in nicht naher beschriebener Weise ein Patronenlager 12 im rückwärtigen Teil der Kolbenfuhrungshuise 5 über eine bereitstehende Treibladungspulverkartusche gestülpt und eine Schlagbolzenfeder gespannt wird Nach Auslosen des Abzuges wird die Kartusche abgefeuert und der Treibkolben 6 nach vorne bewegt Der Bolzen 9 wird dadurch in das Befestigungsmateπal 13 bzw den Setzuntergrund 14 getrieben
Ein Bolzensetzgerat mit dem oben genannten Magazin zur automatischen Zuführung des Befestigungsmittels ist beispielsweise in der DE 37 02 364 A1 offenbart Bei dieser Ausfuhrung werden die Befestigungselemente über ein an dem Gerategehause anbringbares Magazin in die Bolzenfuhrung geladen Die Funklionsweise ist bei diesem Gerat prinzipiell analog der anhand von Figur 1 beschriebenen
Zum besseren Herausstellen der der Erfindung zugrunde liegenden Idee und zur Abgrenzung gegenüber bereits vorhandenen Systemen ist es zweckmäßig, bei den Befestigungselementen 9 zwischen solchen zu unterscheiden die in ihrer technischen Ausgestaltung über Fuhrungsteile (Sabots) in der Fuhrungshulse positioniert sind, und solchen, die entweder mittels Fuhrungsscheibe und Bolzenteller gefuhrt werden bzw auf der Kolbenstangenseite in entsprechende Bohrungen bzw Sacklocher bundig zur Schlagflache eingesetzt werden Das in Figur 1 gezeigte Prinzip eines einteiligen bolzenfuhrenden Elementes 4 eignet sich n besonderer Weise für eine halb- bzw vollautomatische Zufuhrung der Befestigungsmittel Für ein breites Anwendungsgebiet mit unterschiedlichen Boizenlangen ist dabei davon auszugehen, daß der Bolzenkopf 9 1 beim Auslo- sen des Setzvorgangs weder bundig zur Stoßflache 7 sitzt, noch axial einwandfrei (100%) ausgerichtet ist Im folgenden werden vier Patentschriften zum Stand der Technik kommentiert, bei denen der Bolzenkopf grundsätzlich bundig zur Stoßflache, meist mittels einer speziellen Vorrichtung, positioniert wird
In der Patentschrift US 36 90 536 werden insbesondere in den Figuren 1 und 7 Ausfuhrungen zu Gewindebolzen mit entsprechenden Treibkolben gemacht In Fig 7 sitzt der Gewindebolzen mit seinem Gewinde in einer passenden Fuhrung mit konischem Boden, wie er bei Sacklochbohrungen üblich ist Das kegelige Ende der Bohrung dient nicht der Zentrierung, da der gesamte Gewmdeteil des Gewindebolzens formschlussig eingesetzt ist In der dargestellten Ausfuhrung ist auch das Übertragen größerer Kräfte nicht möglich, da es unweigerlich zu Aufweitungen der den Gewindebolzen umfassenden Hülse im Bereich des Ko- nusses käme Außerdem wurden die hinteren Gewindegange unbrauchbar werden
Eine ähnliche Anordnung ist in der Patentschrift DE-GM 18 72 698 gezeigt Hier wird offenbart, daß ein Verankerungsstift (Gewindebolzen) unter möglichst genauer Zentπerung seines vorderen und rückwärtigen Endes genau axial eingetrieben wird und daß die auf ihn einwirkenden Schubkräfte zentrisch und axial auf das rückwärtige Ende des Stiftes einwirken Um dies zu erreichen, wird das vordere Stiftende zweckmäßig mittels einer auf den Gewindebolzen aufgeschobenen Lochscheibe 19 zentπert In Kombination mit dieser auf den Gewindebolzen aufgezogenen Lochscheibe 19 sind am rückwärtigen Enαe des Gewindebolzens ebenfalls Fuhruπgsmittel vorgesehen, die in Fig 5 in zwei Ausfuhruπgs- beispielen dargestellt sind Bei der einen Darstellung ist am Stirnende 3 des Schubstucks (Kolben) ein zentraler, zylindrischer Ansatz 46 vorgesehen wahrend bei der anderen Darstellung der zylindrische Zentπeransatz 47 am rückwärtigen Ende des Gewindebolzens selbst angebracht ist In den Fig 1 ist ein derartiger Zentrieransatz hinter dem Gewinde kegelig ausgebildet und wird zu- sammen mit dem Gewinde formschlussig von der entsprechenden Ausnehmung im Stirnende des Schubstucks (Kolben) aufgenommen Aus der Abbildung 5 geht hervor daß der Gewindebc Izen in seinem hinteren Teil in etwa dem Durcnmesser der Bolzenfuhrung (Kolbenschaft) entspricht Bei den zylindπ- schen zentralen Zentrierzapfen ha adelt sich dann um formschlussige Einπch- tungen, die lediglich ein Ausweichen des Gewindebolzens aus der Achse wahrend des EmtreiDens verhindern sollen
Diese Zentπereinπchtung bezieht sich somit ausschließlich auf den eigentlichen, reinen Eintreibvorgang des Gewindebolzens, nicht jedoch auf die axiale Aus- πchtung eines nicht einwandfrei axial positionierten Befestigungselementes
Die sowohl in der Patentschrift US 36 90 536 als auch bei der hier diskutierten Patentschπft DE-GM 18 72 698 vorgesehene, vordere Scheibe zur Fuhrung des Befestiguπgselementes erfordert unbedingt eine weitere, hintere Fuhrung, die in beiden Fallen durch ein Gewindeteil wahrgenommen wird Ein Zentπeren z B eines nicht einwandfrei axial positionierten Setzelementes zu Beginn des Vorganges ist also nicht vorgesehen und nach den gezeigten Ausfuhrungen auch nicht möglich
in der Patentschrift DE-GM 66 07 258 ist der zu befestigende Bolzen besonders tief in eine entsprechende Bohrung im Kolben eingeführt Er wird damit lediglich wahrend des Eintreibens über die Bohrung fixiert Dieses System ist gegenüber auftretenden lateralen Kräften wahrend des Eintreibens besonders anfällig Auch können wegen der sehr geringen Heckflache des Bolzens keine größeren Setzkrafte übertragen werden
Bei den bisher offenbarten Bolzensetzgeraten wird der jeweilige Gewindebolzen aufgrund der Ausnehmung im Kolbenschaft immer so gesetzt, daß das Gewinde oberhalb vom Befestigungsmatenal bleibt Ein sogenanntes kopfbundiges Setzen, bei der die Stirnflache des Bolzenkopfes mit der Oberfläche des Befesti- guπgsmaterials abschließt, z B bei Schalungsplatten aus Holz etc ist so nicht möglich
In der Patentschrift DE-GM 19 69 094 ist eine Kolben-Bolzen-Anordnung gezeigt, bei der die axiale Fuhrung des zu setzenden Bolzens über einen balligen Bolzenkopf und eine auf den Bolzen aufgesetzte Zentrierscheibe erfolgt Eine solche Anordnung wird weitgehend von allen marktgängigen Bolzens ?tzgeraten verwendet Ein dynamisches Zentπeren wahrend der Beschleunigu'igsphase des Setzelementes ist dadurch jedoch nicht möglich. Dies führt des öfteren zum Ausknicken des zu setzendes Bolzens, insbesondere, wenn der Setzwiderstand zu hoch ist und der Bolzenkopf oberhalb des Befestigungsmaterials zum Stillstand kommt.
Die in diesen Patentschriften dargestellten Lösungen setzten mehrheitlich entweder kurze Setzwege in homogene Werkstoffe voraus oder bedingen relativ geringe Lateralkräfte, damit bei den vorgesehenen langen und formschlüssigen Führungen keine unzulässigen Verformungen bzw. keine Ausbrüche iπsbeson- dere auf der Kolbenseite erfolgen.
Danach kann für alle bekannten Systeme zum Bolzensetzen übereinstimmend analysiert werden, daß insbesondere die technische Ausführung der Verbindung zwischen treibendem Kolben und dem zu beschleunigenden Bolzen beliebigen Typs und beliebiger Kopfform den Anforderungen eines einwandfreien Zentrie- rens des Befestigungselementes nach der Zuführung und in Ergänzung dazu auch beim anschließenden Eintreibvorgang nicht gerecht wird.
Bei den nicht fest durch Ausnehmungen im Kolbenschaft eingesetzten Bolzen- köpfen, auf die oben bereits eingegangen wurde, liegt dies vor allem daran, daß dem Zusammenspiel zwischen der Dynamik der Energieübertragung und dem Einfluß auch kleiner axialer Abweichungen nicht in ausreichendem Maße Rechnung getragen wird. Dieser Umstand führt bei technisch anspruchsvolleren Setzvorgängen regelmäßig zu einer erheblichen Verminderung der Setzleistung bzw. schränkt diese ein. Insbesondere bei relativ harten Werkstoffen, wie Beton oder Stahl, besonders aber bei Setzuntergründen mit inhomogenem Aufbau bzw. mit Einschlüssen (Kiesel), kann dies zu einem völligen Versagen, zum Beispiel durch Aufweitungen im Bereich der Kontaktfiächen und dadurch bedingt, zum Knicken oder Abgleiten des Bolzens führen. Weiterhin wird bei den meisten Ausführungsformen die äußere Kolbenfläche besonders belastet, was in der Regel zu Aufstauchungen und Kolbenausbrüchen bereits nach kurzer Betriebszeit führt. Die Figuren 8A bis 8C zeigen Ergebnisse von 3D - Simuiationsrechnungen für das Setzen eines Bolzens 9 in einem homogenen Werkstoff 14, wie er mit herkömmlichen Bolzensetzgeräten 1 üblich ist. In der Ausgangsstellung von Figur 8A ist der Bolzen 9 mit planer rückseitiger Stirnfläche 9.2 um lediglich 1° ange- stellt, d.h. um 1 ° aus dem rechten Winkel zur ebenen Oberfläche des Werkstoffes 14 ausgelenkt. In optimaler Position würden der Bolzen 9 mit seiner Längsachse exakt auf der Symmetrieachse des Kolbens 6 bzw. Kolbenschaftes 10 und senkrecht zur Werkstoffoberfläche liegen.
Der Kolbenschaft 10 mit ebenfalls planer Stoßfiäche 7 drückt den Bolzen 9 ohne freie Flugstrecke, d.h. ohne Abstand zwischen Bolzenspitze und Werkstoffoberfläche zu Beginn des Setzvorgangs, mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 50 m/s in den Werkstoff 14. Die Computerberechnungen zeigen ein rasches Anwachsen der Anstellung während des Eindringens des Bolzens 9 in den Werk- Stoff 14 (Figur 8B). Außerdem ist ein früh einsetzendes Abknicken des Bolzens 9 zu erkennen (Figur 8C), wobei der Gitterstruktur im Bereich des Eindringens zu entnehmen ist, daß der Bolzen 9 im Spitzenbereich asymmetrisch deformiert wird. Diese Vorgänge führen grundsätzlich zu ungenügenden Setzleistungen. Gleichzeitig belegen sie die Notwendigkeit einer axialen Ausrichtung und des exakten Führens des Bolzens 9 während des dynamischen Setzvorganges.
Auch geringe Anstellungen des Bolzens 9 führen beim Eindringen der Spitze des Bolzens 9 in insbesondere spröde Materialien, wie Beton und andere, zu großen Abweichungen beim Setzen. Dies kann dazu führen, daß über das seitli- ehe Ausweichen des Bolzens 9 Teile des Setzgrundes (Kiesel) mit zum Teil erheblichen Geschwindigkeiten herausgelöst werden. Außerdem haben Versuche gezeigt, daß auch der Bolzen selbst durch sein Ausweichen aus der Achse im Setzmaterial mit erheblicher Geschwindigkeit abgleiten oder seitlich aus der Setzseite austreten kann. Dadurch wird die Arbeitssicherheit stark beeinträch- tigt.
Weiterhin ist bei der Notwendigkeit einer größeren Eintreibkraft eine entsprechend große Kraftübertragungsfläche erforderlich. Hier haben Computer-Simu- latioπsrechnungen bestätigt, daß konische oder sonstige zur Bewegungsrich- tung des Bolzens geneigte Stoßflächen bei der Übertragung größerer Setzkräfte auch bei hochwertigen Materialien zu unzulässig hohen Lateralspannungen im Kolben führen. Da die zur dynamischen Ausrichtung erforderlichen Rückstellkräfte im Vergleich zu der Eintreibkraft klein sind, ist eine Trennung der Funktio- nen axiales Ausrichten und Übertragen der Eintreibkraft besonders vorteilhaft bzw. angezeigt. Aus geometrischen Überlegungen folgt, daß es dabei besonders sinnvoll ist, den zentrierenden Teil zentral vorzusehen und die verbleibende äußere Riπgfläche zur Übertragung der Hauptkraft einzusetzen.
Bei besonderen Ausgestaltungen des Bolzens, beispielsweise wenn dieser im zentralen Bereich keinen Zentrierteil zuläßt, kann es auch sinnvoll sein, über einen entsprechenden äußeren Zentrierring auf der Kolbenschaftseite zu zentrieren. Die entsprechenden Zentrierkräfte müssen aber zur Vermeidung von Verformungen der Bolzenkopfläche relativ klein sein.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Setzen von Bolzen vorzusehen, das die oben genannten Nachteile vermeidet, eine dynamische Zentrierung des Befestigungselementes sicherstellt und dessen optimale Ausrichtung und anschließende Führung während des gesamten Setzvorganges bei gleichzeitiger Sicherstellung einer großen Eintreibkraft gewährleistet.
Dieses Ziel wird durch die Merkmaie des Patentanspruchs 1 erreicht.
Die konische Ausgestaltung eines Teils der stoßenden Fläche des Kolben- Schaftes gewährleistet ein Zentrieren des Bolzens sowohl zu Beginn der Beschleunigungsphase - bei einem Spiel zwischen der Kontaktierung von Kolbenschaft und Bolzenkopf und dem Auftreffen des Bolzens auf den Werkstoff - als auch während des gesamten Setzvorgangs. Dies schließt sowohl ein Rückstellen von nicht genau axial positionierten Bolzen, als auch das Vermeiden eines Abweichens aus der Achse während des Eintreibens des Bolzens ein. Die Geometrie der hinteren Stirnfläche des Bolzens kann dabei in bestimmten Grenzen frei gewählt werden. Es ist lediglich darauf zu achten, daß eine ausreichend große Fläche zur axialen Übertragung der Eintreibkraft vorhanden ist. Das erfindungsgemäße System ist prinzipiell in allen gängigen und denkbaren Bolzensetzgeräten einsetzbar.
Ein wesentliches Merkmal der hier vorgeschlagenen Zentriermittel besteht darin, daß auch bei einer Abweichung der Spitze des Befestigungselementes aus der Achse während des Eintreibens dadurch keine Schäden im Kolbenbereich auftreten, indem ein Ausweichen bzw. eine Drehbewegung des Befestigungsmittels während des Setzvorgangs zulassen wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Öffnungswinkel der konischen Geometrie des zentrierenden Teils der Kolbenstoßfläche von etwa 90° besonders für das Zentrieren des Bolzens geeignet.
In einer besonderen Weiterbildung ist der Treibkolbenschaft im Treibkolben wahlweise austauschbar befestigt, so daß für das Bolzensetzgerät ein Satz von verschiedenen Kolben für unterschiedliche zu setzende Bolzen verwendet werden kann.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der übrigen Uπteransprüche.
Anhand der Figuren werden im folgenden verschiedene Ausführungsformen und das Grundkonzept des erfindungsgemäßen Systems näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Ein Bolzensetzgerät im Schnitt ;
Figur 2A 2D-Computersimulation für das Übertragen einer größeren Eintreibkraft 19 mittels planer Kraftübertragungsfläche 22 und konischer Zentrierfläche 21 auf den Bolzen 9; Figur 2B 2D-Computersimuiation für das Übertragen einer größeren Eintreibkraft 19 mittels konischer Zentrierfläc'ne 20 auf den Bolzen 9; Figur 3A ein Kräftediagramm zur Erläuterung der vom Kolben auf den Bolzen übertragenen Kräfte in der dynamischen Zentrierphase;
Figur 3B ein Kräftediagramm zur Erläuterung der vom Kolben auf den Bolzen übertragenen Kräfte in der dynamischen Zentrierphase unter Berücksichtigung von Reibung;
Figur 4A System Kolben/Bolzen mit Innenzentrierung über Kegelstumpf 23; Figur 4B System Kolben/Bolzen mit Innenzentrierung über Ku- gelsegment 25;
Figur 5 System Kolben/Boizen mit Außenzentrierung über Kegelstumpf 31.1;
Figur 6 System Kolben/Bolzen mit Innenzentrierung über eine ballige Fläche 30;
Figur 7A System Kolben/Bolzen mit Kolbenschaft 10.1 und Bohrung 32;
Figur 7B System Kolben/Bolzen mit Kolbenschaft 10.2 und Aufsatzstück 33 mit Bohrung 32.1; Figur 8A/B/C 3D-Computersimulation für das Setzen eines um 1 ° angestellten Bolzens ohne Zentriervorrichtung mit einem herkömmiichen Bolzensetzgerät.
Die Figuren 2A und 2B zeigen die Ergebnisse von den 2D-Computersimu- lationen. Gegenübergestellt werden die Daten der Kombination einer zentralen, dynamisch wirkenden Zentriereinrichtung mittels konischer Zentrierfläche 21 und planer Kraftübertragungsfläche 22 (Fig. 2A) und eine Lösung, bei der sowohl das Zentrieren als auch die Übertragung der axialen Stoßkraft 19 über einen Konus 20 erfolgt (Fig. 2B).
Für die Simuiationsrechnungen wurden folgende Daten gewählt: Kolbenschaftdurchmesser = 1 1 mm; Stoßgeschwindigkeit = 40 m/s; Materialfestigkeit des Kolbens = 1200 MPa; Heckdurchmesser des Bolzens = 8 mm,
Materialfestigkeit des Bolzens = 2000 MPa
Bei dem in Fig. 2B gezeigten Beispiel treten bereits plastische Dehnungen von über 5 % auf Die Verteilung der insbesondere im Kolbenschaft 10 auftretenden hohen Spannungen zeigt, daß bei einer konischen Gesamtlosung sehr rasch unzulässig hohe Lateralspannungen auftreten, die zu einer plastischen Verformung bis hin zu einer Zerstörung im Bereich der konischen Stoßflache 20 des Kolbenschaftes 10 fuhren Da zudem noch der Kolbenschaft 10 in der Hülse 8 gefuhrt ist, wird damit auch die Funktion des gesamten Bolzensetzgerates stark beeinträchtigt
Demgegenüber liegen die Spannungswerte beim in Fig 2A gezeigten Beispiel noch im zulassigen Rahmen Außerdem können sie bei dieser Losung durch Veränderung der planen Flache am Bolzenheck sehr einfach an die jeweils erforderlichen, zulassigen Spannungen angepaßt werden
Die maximal auftretenden Belastungen beim Setzen des Bolzens 9 - hierbei treten die höchsten Spannungen auf - bestimmen die benotigten Flachen im zur Setzrichtung senkrechten Bereich, um ein plastisches Fließen des Materials oder eine Aufweitung des konischen Bereiches zu vermeiden
Anhand der Figuren 3A und 3B soil das Grundkonzept der Erfindung naher erläutert werden Im Anschluß daran werden anhand der Figuren 4 bis 7B bei- spielhaft bestimmte Ausfuhrungsformen des erfindungsgemaßen Systems beschrieben
Das Kraftediagramm von Figur 3A veranschaulicht die Kräfte vom in Richtung des Pfeiles 19 stoßenden Kolbenschaft 10 des Treibkolbens 6 auf den gestoße- nen Bolzen 9 Der Kolbenschaft 10 ist in der Bolzenfuhrung 8 gefuhrt und weist eine plane Stoßflache 22 zur Übertragung der Eintreibkraft 19 auf die plane Bolzenheckflache .'12 1 auf, sowie eine Zentrierflache 26 von konischer Geometrie mit einem Öffnungswinkel (α ) 27 Die gesamte Anordnung aus Kolbenschaft 10 und Bolzenführung 8 ist zur Achse 28 rotatioπssymmetrisch. Der Zentrierzapfen 18 des Bolzens 9 besitzt bei diesem Beispiel eine plane Stirnfläche 29 und seine Längsachse 28.1 ist aus der Symmetrieachse 28 ausgelenkt bzw. schließt einen Winkel mit dieser ein. Der Querschnitt des Bolzens 9 ist entweder ebenfalls rotationssymmetrisch oder besitzt einen regelmäßigen Umriß wie beispielsweise ein regelmäßiges Vieieck. Dies kann grundsätzlich auch für den Zentrierzapfen 18 gelten. Besonders wichtig ist dies für den Fall, wenn im Anschluß an den Setzvorgang auf den Bolzen noch ein Drehmoment ausgeübt werden soll. Dies gilt sinngemäß auch für den Fall, daß der Bolzen eine Zentrierbohrung enthält.
Im Kräftediagramm für die Zentrierphase zu Beginn des Setzvorgangs ist die Stoßkraft am Kolbenschaft 10 mit P bezeichnet. Wie aus Figur 3A zu entnehmen ist, kann die Stoßkraft P in eine Normalkomponente FN = P * sin (α/2) und eine Tangentialkomponente FT = P *cos (α/2) zerlegt werden.
Im Kräftediagramm von Figur 3B ist zusätzlich zur Normalkomponente FN der Stoßkraft P die Reibungskraft R eingezeichnet, die ebenfalls auf den gestoßenen Bolzen 9 durch den Kolbenschaft 10 übertragen wird. Die beiden Kräfte FN und R addieren sich zur übertragbaren Gesamtkraft F, für die gilt:
F = (FN 2 + R2) = FN * V (1 + μ2); μ = tan (ß).
Die übertragbare Gesamtkraft F während des dynamischen Zentriervorgangs läßt sich ihrerseits zerlegen in eine Kraftkomponente Fχ parallel zur Symmetrieachse 28 der Anordnung und in eine radiale, dazu senkrechte Kraftkomponente Fy. Die Kraftkomponente Fx treibt den Bolzen 9 parallel zur Symmetrieachse 28 durch das Befestigungsmaterial 13 in den Setzuntergrund 14, die Kraftkomponente Fy stellt den Bolzen 9 zurück in eine zentrierte Stellung, in der die Längsachse 28.1 des Bolzens 9 und die Symmetrieachse 28 der Anordnung zusammenfallen.
Ein wichtiges Ergebnis der analytischen Berechnungen für die beiden Kraftkomponenten Fx und Fy - die der Einfachheit und Kürze halber hier nicht näher aus- geführt werden sollen - ist, daß die Reibung R zwischen Kolbenschaft 10 und Bolzen 9 bei diesen Betrachtungen auch bei großen Reibungskoeffizienten nur eine vemachlässigbare Rolle spielt, so daß sich näherungsweise ergibt:
Fx = P/2 • (1 - cos (α)) und Fy = P/2 * sin (α).
Die Voraussetzung dafür ist ein ausreichend starres Verhalten der Stoßfläche 7 des stoßenden Kolbenschaftes 10, wobei der Bolzen 9 im Prinzip beliebig ausgebildet sein kann. Für die Reibung zweier Stahlflächen gilt beispielsweise μ = 0,15, so daß obige Formeln eine gute Näherung darstellen.
Weiter ergibt die analytische Betrachtung dieses Problems ein Optimum der Rückstellkraft Fy für einen Öffnungswinkel 27 von α = 90° (Innenkonus) und α = 270° (Außenkonus). Dann gilt Fy=0,35 * P.
Im Gegensatz dazu ergibt sich für eine plane Stoßfläche 7 des Kolbenschaftes, d.h. für α = 180°, keine Kraftkomponente der Rückstellkraft (Fy = 0).
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, daß der Reibungseinfluß zwischen Kolbenschaft 10 und Bolzen 9 in praktisch allen technisch denkbaren Fällen vernachlässigt werden kann und ein Öffnungswinkel 27 des Koπusses 26 der Kolbenstoßfläche 7 von α = 90° optimal ist.
Die oben dargelegten Überlegungen und Zusammenhänge gelten entsprechend auch für den Fall, daß die Führung über einen äußeren Zeπtrierring erreicht werden soll.
Insbesondere bei der in der Praxis auch bei sorgfältiger Zuführung des Bolzens 9 vorherrschenden, relativ kleinen Schräglage des Bolzens 9 in der Größenordnung von 1 Grad oder weniger - die aber für Verkantungen und damit verbundene Ausbrüche am Kolbenschaft 10 und für die Einleitung von Knickvorgängen und damit Versagen des Bolzens 9 absolut ausreichend sind - stellt die konische Zentrierfläche 26 den Bolzen 9 vollständig in seine zentrische Symmetrieposition zurück, so daß die Eintreibkraft 19 über die plane Flächen 22 bzw. 22.1 optimal übertragen werden kann. Bei allen anderen denkbaren Formen geht die Rückstellkraft Fy gerade bei diesen kleinen Achsabweichungen rasch gegen Null. Dieser Umstand kann für die praktische Anwendung von entscheidender Bedeutung sein.
Im folgenden sollen nun verschiedene Ausführungsformen des Systems Kolbenschaft 10 - Bolzen 9 beschrieben werden, wie sie sich gemäß den oben dargelegten Überlegungen ergeben.
Dargestellt ist jeweils die Ausgangsposition, bei der die Symmetrieachsen 28 bzw. 28.1 von Kolbenschaft 10 und Bolzen 9 noch einen Abstand haben bzw. einen Winkel einschließen und ein Aufsetzen der planen Fläche 22 auf die plane Fläche 22.1 noch nicht erfolgt ist. In allen gezeigten Beispielen wird die Eintreibkraft 19 hauptsächlich nach erfolgter dynamischer Zentrierung über die planen Flächen 22 und 22.1 übertragen.
In den Figuren 4A und 4B sind zwei Beispiele für eine plane Stoßfläche 22 mit Zentriereinrichtung des Kolbenschaftes 10 (Kolben 6) und Innenkonus 26 als konischem Zentrierteil dargestellt. Der Kolbenschaft 10 von Figur 4A besitzt ei- nen exakten und vollständigen innenkonus 26 und treibt einen Bolzen 9, der einen Bolzenkopf 9.1 mit einem zentralen Kegelstumpf 23 aufweist.
An Stelle des spitzen Innenkonusses 26 kann auch ein Innenkonus 26.1 in der Form eines Kegelstumpfes verwendet werden. Im Beispiel von Figur 4B treibt ein solcher Kolbeπschaft 10 einen Bolzen 9 mit einem Boizenkopf 9.1 und einem Kugelabschnitt 25 als bolzenseitiger Zentriereiπrichtung. Aufgrund des Kugelabschnittes 25 auf dem Bolzenkopf 9.1 wird der Bolzen vom Innenkonus 26.1 des Kolbenschaftes 10 nur tangiert. Es bilden sich zwar, statisch gesehen, keine Kontaktflächen zwischen Kolbenschaft 10 und Bolzen 9, aber allein die Mate- rialelastizität sorgt beim dynamischen Setzvorgang in der Regel auch bei leichtem Verkanten und damit einer Linienberührung für den Aufbau ausreichender Kontaktflächen. Durch die konische Fläche 26.1 auf der Kolbenseite ist dann eine ausreichende Zentrierkraft sichergestellt. Bei einem Kolbenschaft 10 mit innenkonus 26 oder 26.1 muß der Bolzenkopf 9.1 bzw. der Bolzen 9 einen regelmäßigen oder rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisen. Um vom Innenkonus 26 oder 26.1 des Kolbenschaftes 10 erfaßt werden zu können, sollte das Zentrierteil 23 oder 25 des Bolzenkopfes 9.1 einen kleineren Öffnungswinkel als der Innenkonus 26 bzw. 26.1 aufweisen. Eine optimale zentrierende Wirkung des Systems wird bei konischer Zentrierfläche 26 bzw. 26.1 des Zentrierteils im Kolbenschaft 10 und konischer Ausführung des Zentrierteils 23 am Boizenkopf 9.1 erreicht.
Eine zweite Gruppe von möglichen Ausführungsformen des Zentrierteils der Kolbenstoßfläche 7 bildet die Außenkegelform 31 , wie beispielhaft in Figur 5 als zentraler Kegeistumpf 31.1 dargestellt. Der Kegelwinkel 27.1 des Außenkegelstumpfes 31.1 beträgt wiederum vorzugsweise 90°.
Die zu dem erfindungsgemäßen System Kolben/Bolzen angestellten allgemeinen Überlegungen zum Innenkonus 25 des Kolbenschaftes 10 gelten entsprechend für den Außenkegel 31. Insbesondere müssen entsprechend dem zentralen Außenkegelstumpf 31.1 der Zentriereinrichtung Boizenköpfe 9.1 mit genügend tiefen, zentralen Ausnehmungen ausgewählt werden. Der Öffnungswin- kel 27.2 des konkaven Zentrierteils im Bolzenkopf 9.1, das als Innenkegel- stumpf 31.2 ausgebildet sein kann, sollte etwas größer als der Kegelwinkel des Außenkegelstumpfes 31.1 am Kolbenschaft 10 sein. Eine optimale zentrierende Wirkung wird mit einem konischen Zentrierteil 31.1 am Kolbenschaft 10 und konischer Ausführung des Zentrierteils 31.2 im Bolzenkopf 9.1 - vorzugsweise mit einem Öffnungswinkel von jeweils etwa 90° - erreicht.
Eine weitere zur Figur 4A ähnliche Anordnung ist in Figur 6 gezeigt. Hier ist am Bolzenkopf 9.1 ein kurzer zylindrischer Zapfen 24 angeordnet, der über eine baliige Zentrierfläche 30 und den Innenkonus 26 im Treibkolbenschaft 10 die zentrierende Wirkung gewährleistet.
Für den Fall, daß auf der Bolzenseite über das konkave oder konvexe Zentrierelement im Bolzenkopf noch ein Drehmoment aufgebracht werden soll, ist das Zentriereiement entsprechend auszugestalten. Dies kann z. B. über mehr- flächige, rotationssymmetrische Formen geschehen wie Dreieck, Vier- oder Sechseck oder über sternförmige oder sonstige symmetrische Formgebungen.
Die beschriebenen Zentrierfunktionen sind auch dann gewährleistet, wenn z. B. das Zentrierteil im Bolzenkopf als Bohrung mit Gewinde oder als Innensechs- kant ausgebildet ist. In diesem Falle würde ein Kegel (entsprechend Fig. 5) oder ein in die Bohrung greifender kurzer Zapfen auf der Kolbenseite das Zentrieren sicherstellen.
Die hier vorgeschlagene Art des dynamischen axialen Ausrichtens und des sich daran übergangslos anschließenden, kontinuierlich zentrierenden Setzens ermöglicht grundsätzlich auch das Einbringen von zentralen, zylindrischen Bohrungen 32 im Kolbenschaft 10.1, ohne daß dadurch eine Einschränkung der Funktionsfähigkeit und der Setzleistung eintritt, wie dies in Figur 7A dargestellt ist.
2D-Computersimulationen haben gezeigt, daß durch das Einbringen einer zentralen Bohrung 32 bei der Beschleunigung des Bolzens 9 keine nennenswerte Erhöhungen der Spannungen sowohl beim Bolzen 9 als auch im Kolben 6 bzw. Kolbenschaft 10.1 auftreten. Simuliert wurde beispielsweise ein Kolbenschaftdurchmesser 10.1 von 11 mm mit einer Bohrung 32 von 3 mm.
Über derartige Bohrungen 32 im Kolben 6 bzw. Kolbenschaft 10.1 können zum Beispiel auch die Masse des Treibkolbens 6 bzw. Kolbenschaftes 10.1 und da- mit die auftretenden Spannungen beim Setzvorgang verändert werden. Auch läßt sich das Geschwindigkeitsprofil beim Setzvorgang durch diesen zusätzlichen Variationsparameter optimal anpassen. Weiterhin können sich derartige zentrale Bohrungen 32 als günstig erweisen, wenn diese beispielsweise einen Stift o.a. aufnehmen sollen. Beispielsweise könnte der Bolzeπkopf 9.1 an seiner Stirnfläche 22.1 einen zylindrischen Fixierstift (Zapfen) besitzen, der mit der zentralen Bohrung 32 am Kolbenschaft 10.1 korrespondieren kann. Dies bewirkt eine nahezu zentrierte Position des Bolzens 9 vor dem Beginn des eigentlichen Setzvorgangs und während einer möglichen Beschleunigungsphase (freie Flugstrecke vor dem Setzen) bzw. beim Auftreffen des Kolbenschaftes 10 auf den Bolzenkopf, z.B. im Magazin 3 und erleichtert so die nachfolgende kontinuierliche Zentrierung.
Weiterhin kann es für die praktische Anwendung sehr vorteilhaft sein, den auf- schlagenden Teil des Kolbenschaftes 10.2 mit einem Vorsatzelement 33 zu versehen, wie in Fig. 7B dargestellt. Dieses kann aus einem Werkstoff bestehen, der den dort herrschenden Beanspruchungen optimal angepaßt ist, beispielsweise ein hochharter Sinterstahl oder Hartmetall. Die Verbindung zwischen Kolbenschaft 10.2 und Vorsatzelement 33 kann z. B. mittels Schrauben, Löten oder Kleben erfolgen. Auch dieses Element 33 kann wiederum eine Bohrung 32.1 enthalten.
Das oben beschriebene System Kolben/Bolzen gemäß der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich für alle herkömmlichen und denkbaren Bolzensetzgeräte geeignet, wie sie beispielhaft in Figur 1 dargestellt und im Einleitungsteii beschrieben sind.
Da für verschiedene Bolzenausführungen 9 unterschiedliche Kolben 6 bzw. Kolbenschäfte 10 für die Zentrierung besonders geeignet sind, ist es vorteilhaft, das jeweilige Bolzensetzgerät 1 mit einem wahlweise austauschbaren Satz von verschiedenen Kolben 6 bzw. Kolbenschäften 10 auszustatten. Es ist beispielsweise denkbar, den Kolbenschaft 10 fest, aber lösbar, zum Beispiel durch Ver- schrauben oder durch Bajonettverschluß mit dem Treibkolben 6 zu verbinden und das Bolzensetzgerät 1 so zu konstruieren, daß der Kolben 6 für den Nutzer leicht zugänglich gemacht werden kann.
Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich auch weitere Varianten des Systems und Ausführungsformen von Kolben und Bolzen denkbar, die oben nicht erwähnt wurden. Entscheidend ist die im wesentlichen konische Grund- form der Zeπtriereinrichtung der Koibenstoßfiäche mit entsprechend kurzen und damit gegen Verkanten unkritischen Führungen, wobei der Öffnungswinkel des Konusses vorzugsweise etwa 90° beträgt, in Verbindung mit der zum Aufbringen ausreichender Setzkräfte notwendigen planen Flächen. Es sei abschließend nochmals darauf hingewiesen, daß die Konstellation konische Kolbenstoßfläche/konischer Boizenkopf für den Zentrierteil grundsätzlich das Optimum darstellt, auch wenn der Bolzen 9 prinzipiell in bestimmten Grenzen beliebig ausgebildet sein kann.

Claims

Patentansprüche
1. System zum Setzen von Bolzen, Nägeln, Stiften oder dergleichen Befesti- gungsmitteln (9), bestehend im wesentlichen aus einem Bolzensetzgerät (1) mit einem geführten Kolben (6, 10) und einer manuellen bzw. automatischen Zuführung für das Befestigungsmittel (9), wobei die Stoßfläche (7) des Kolbens (6, 10) gegen die zugeordnete Stirnfläche (9.2) des Befestigungsmittels (9) wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die die Eintreibkraft im wesentlichen übertragende bzw. aufrecht erhaltende und zur Stoßrichtung in erster Näherung senkrechte plane Fläche (22) der Stoßfläche (7) des Kolbenschaftes (10) mit einer axial dynamisch ausrichtenden und während des daran anschließenden Eintreibvorgangs kontinuierlich wirkenden konvexen oder konkaven Zentriereinrichtung versehen ist und das Befesti- gungsmittel (9) bzw. sein Kopf (9.1) an seiner Stirnfläche (9.2) mit einer entsprechenden planen Stoßfläche (22.1) und konkaven oder konvexen Zentriereinrichtung geometrisch korrespondiert.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die plane Fläche (22) der Stoßfläche (7) des Kolbenschaftes (10) einen nach innen oder nach außen verlaufenden konisch geformten zentralen Bereich aufweist, während die zugeordnete plane Fläche (22.1) der Stirnfläche (9.2) des Befestigungseiements (9) rotatioπssymmetrisch oder im Querschnitt regelmäßig ist und in dem zentralen Bereich konisch nach außen oder nach innen oder konkav oder konvex geformt ist.
3. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßfläche (7) des Kolbenschaftes (10) einen nach innen oder nach außen verlaufenden konisch geformten äußeren Ringbereich aufweist, während die zugeordnete Stirnfläche (9.2) des Befestigungseiements (9) rotationssymmetrisch oder im Querschnitt regelmäßig ist und in dem äußeren Ringbereich konisch nach außen oder nach innen oder konkav oder konvex geformt ist.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Stoßfläche (22) des Kolbenschaftes (10) mit einem Innenkonus (26) oder Innenkegelstumpf (26.1 ) versehen ist.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnuπgswinkel (27) vom Innenkonus (26) oder Innenkegelstumpf (26.1) etwa 90° beträgt.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Stoßfläche (22) des Kolbenschaftes (10) mit einem zentralen Zentrierzapfen versehen ist.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenzentrierzapfen ein Kegelstumpf (31) ist.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenzentrierkörper eine ballige oder kugelige Oberfläche besitzt.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Kolbenzentrierzapfens abgerundet sind.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des Kolbenzentrierzapfens etwa 90° beträgt.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Stoßfläche (22) des Kolbenschaftes (10) einen achsensymmetrischen äußeren konischen Zentrierring aufweist.
12. System nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kegeiwinkel des äußeren Zentrierrings des Kolbenschaftes (10) etwa 90° beträgt.
13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Stoßfläche (22.1) des Bolzenkopfes (9.1) mit einem Innenkonus oder innenkegelstumpf (31.2) versehen ist.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel vom Innenkonus oder Innenkegelstumpf (31.2) etwa 90° beträgt.
15. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Stoßfläche (22.1) des Bolzenkopfes (9.1) einen zentralen Zentrierzapfen aufweist.
16. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boizenzentrierzapfen ein Kegelstumpf (23) ist.
17. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boizenzentrierkörper eine ballige (30) oder kugelige Oberfläche (25) besitzt.
18. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Bolzenzentrierzapfens (23) abgerundet sind.
19. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des Bolzenzentrierzapfens (23) etwa 90° beträgt.
20. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (9.2) des Bolzenkopfes (9.1) einen achsensymmetrischen äußeren konischen Ring aufweist.
2 . System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des äußeren Zentrierrings des Boizenkopfes (9.1) etwa 90° beträgt.
22. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenkonus bzw. der Außenkonus des Zentrierteils der pianen Boizen- stoßfiäche (22.1 ) ein rotationssymmetrisches, mehrflächiges Element darstellt.
23. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des konkaven Zentrierteils von Kolbenschaft (10) oder Bolzenkopf (9.1) geringfügig größer ist als der Öffnungswinkel des geometrisch korrespondierenden, konvexen Zentrierteils von Bolzenkopf (9) bzw. Kolbenschaft (10).
24. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrierteil in der Stirnfläche (9.2) am Bolzen eine Bohrung mit Gewinde oder ein Innensechskaπt darstellt.
25 System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionen des Kolbeπschaftes (10) auf der den Bolzen antreibenden
Seite von einem Vorsatzeiement (33) wahrgenommen werden.
27. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenschaft (10) oder das Vorsatzelement (33) eine zentrale Bohrung (32, 32.1) aufweisen.
28. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boizenkopf (9.1) an seiner Stirnfläche (9.2) einen zentralen zylindrischen Zapfen oder Fixierstift aufweist.
29. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) oder Teile des Kolbens (10) wahlweise austauschbar im Bolzensetzgerät (1) montiert sind.
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