WO2019233849A1 - Setzgerät - Google Patents

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WO2019233849A1
WO2019233849A1 PCT/EP2019/063951 EP2019063951W WO2019233849A1 WO 2019233849 A1 WO2019233849 A1 WO 2019233849A1 EP 2019063951 W EP2019063951 W EP 2019063951W WO 2019233849 A1 WO2019233849 A1 WO 2019233849A1
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capacitor
setting
axis
driving
driving element
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PCT/EP2019/063951
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tilo Dittrich
Original Assignee
Hilti Aktiengesellschaft
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Priority to US17/051,660 priority patent/US11667022B2/en
Priority to JP2020567824A priority patent/JP2021525178A/ja
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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
    • B25C1/06—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by electric power

Definitions

  • the present invention relates to a setting device for driving fasteners into a substrate.
  • Such setting tools usually have a receptacle for a fastening element, from which a fastener received therein is conveyed along a setting axis into the ground.
  • a driving element is for this purpose driven by a drive along the setting axis to the fastener.
  • a setting device with a drive for a driving element is known.
  • the drive has an electrical capacitor and a coil.
  • the capacitor is discharged via the coil, whereby a Lorentz force acts on the driving element, so that the driving element is moved towards a nail.
  • the object of the present invention is to provide a setting device of the aforementioned type, in which a high efficiency and / or a good setting quality is ensured.
  • a setting tool for driving fasteners into a substrate comprising a receptacle, which is intended to receive a fastener, a driving element, which is intended to convey a recorded in the receiving fastener along a setting axis in the ground a drive which is provided for driving the driving element along the setting axis onto the fastening element, wherein the drive comprises an electric capacitor which is arranged on the setting axis or around the setting axis, preferably completely enclosing the setting axis.
  • the setting tool is preferably handheld used. Alternatively, the setting device can be used stationary or semi-stationary.
  • a capacitor in the sense of the invention is to be understood as meaning an electrical component which stores electrical charge and the energy associated therewith in an electric field.
  • a capacitor has two electrically conductive electrodes, between which the electric field builds up when the electrodes are electrically charged differently.
  • a fastener according to the invention for example, a nail, a pin, a clip, a clip, a bolt, in particular threaded bolt or the like to understand.
  • a preferred embodiment is characterized in that the capacitor is arranged axially offset with respect to the setting axis to the driving element and radially overlapping with the driving element.
  • the receptacle is arranged in front of the driving element and the capacitor behind the driving element.
  • a preferred embodiment is characterized in that the capacitor is arranged around the drive-in element.
  • a preferred embodiment is characterized in that the capacitor has a center of gravity, which is arranged substantially on the setting axis.
  • a preferred embodiment is characterized in that the capacitor comprises electrodes which are arranged on a carrier film wound around a winding axis.
  • the winding axis is oriented parallel to the setting axis.
  • the winding axis coincides with the setting axis.
  • An expansion of the capacitor in the direction of the winding axis is preferably at most 1.4 times, preferably at most 1.2 times, particularly preferably at most as large as an extension, for example a diameter, of the capacitor perpendicular to the winding axis.
  • the setting device comprises a damping element, via which the capacitor is mounted damped on the other setting device.
  • the damping element damps movements of the capacitor relative to the rest of the setting device along the setting axis.
  • the damping element is arranged on a receiving side facing the end of the capacitor.
  • the damping element covers the end face of the capacitor completely or substantially completely.
  • the drive comprises at least one electrical line leading away from the capacitor, which has a strain geometry for compensating relative movements between the capacitor and the rest of the setting device.
  • the expansion geometry preferably comprises a bow, a loop or a helix.
  • a preferred embodiment is characterized in that the drive comprises at least one electric line leading away from the capacitor, which is electrically connected to an electrode of the capacitor at an end face of the capacitor facing the receptacle.
  • the line is preferably soldered, welded or screwed to the electrode.
  • a preferred embodiment is characterized in that the capacitor has an internal resistance of less than 8 milliohms, preferably less than 6 milliohms, more preferably less than 4 milliohms.
  • a preferred embodiment is characterized in that the drive has a squirrel cage disposed on the squirrel cage and an excitation coil, which is traversed by a discharge of the capacitor with current and generates a magnetic field, which accelerates the driving element to the fastener.
  • Fig. 1 is a setting tool in a longitudinal section.
  • a hand-held setting tool 10 for driving fasteners in a substrate, not shown.
  • the setting tool 10 has a receptacle 20 designed as a bolt guide, in which a fastening element 30 embodied as a nail is received in order to be driven into the underground along a setting axis A (in FIG. 1 to the left).
  • the setting device 10 For a supply of fastening elements to the receptacle, the setting device 10 comprises a magazine 40 in which the fastening elements are accommodated individually or in the form of a fastener element strip 50 and are transported gradually into the receptacle 20.
  • the magazine 40 has for this purpose an unspecified spring-loaded feed element.
  • the setting device 10 has a drive-in element 60 which has a piston plate 70 and a piston rod 80 includes.
  • the driving-in element 60 is intended to transport the fastening element 30 out of the receptacle 20 along the setting axis A into the ground.
  • the driving element 60 is guided with its piston plate 70 in a guide cylinder 95 along the setting axis A.
  • the driving element 60 in turn is driven by a drive which comprises a squirrel cage 90 arranged on the piston plate 70, an excitation coil 100, a soft magnetic frame 105, a circuit 200 and a capacitor 300 with an internal resistance of 5 mOhm.
  • the short-circuit rotor 90 consists of a preferably annular, particularly preferably annular element with a low electrical resistance, for example copper, and is fastened on the side facing away from the receptacle 20 side of the piston plate 70 on the piston plate 70, for example, soldered, welded, glued, clamped or positively connected.
  • the piston plate itself is designed as a squirrel-cage rotor.
  • the circuit 200 is intended to cause a rapid electrical discharge of the previously charged capacitor 300 and to guide the discharge current flowing through it through the excitation coil 100, which is embedded in the frame 105.
  • the frame preferably has a saturation flux density of at least 1.0 T and / or an effective electrical conductivity of at most 10 6 S / m, so that a magnetic field generated by the exciter coil 100 amplifies from the frame 105 and suppresses eddy currents in the frame 105 become.
  • the driving element 60 with the piston plate 70 dips into an unspecified annular depression of the frame 105 in such a way that the squirrel-cage rotor 90 is arranged at a small distance with respect to the exciter coil 100.
  • an exciter magnetic field which is generated by a change in an electrical exciter current flowing through the excitation coil, passes through the squirrel cage rotor 90 and in turn induces an annular secondary electric current in the squirrel cage rotor 90.
  • This developing and thus changing secondary current in turn generates a secondary magnetic field, which is opposite to the excitation magnetic field, whereby the squirrel cage rotor 90 experiences a repelling of the excitation coil 100 Lorentz force, which drives the driving element 60 on the receptacle 20 and the fastener 30 received therein ,
  • the setting device 10 further comprises a housing 110, in which the drive is accommodated, a handle 120 with an actuating element 130 designed as a trigger, an electrical energy accumulator 140 designed as an accumulator, a control unit 150, a Trigger switch 160, a contact pressure switch 170, as a means disposed on the frame 105 temperature sensor 180 means for detecting a temperature of the excitation coil 100 and electrical connection lines 141, 161, 171, 181, 201, 301, which the control unit 150 with the electrical energy storage 140, the trigger switch 160, the pressure switch 170, the temperature sensor 180, the circuit 200 and the capacitor 300 connect.
  • the setting tool 10 is supplied instead of the electrical energy storage 140 or in addition to the electrical energy storage 140 by means of a power cable with electrical energy.
  • the control unit comprises electronic components, preferably interconnected on a circuit board to one or more control circuits, in particular one or more microprocessors.
  • an unspecified contact element actuates the contact pressure switch 170, which thereby transmits a contact signal to the control unit 150 by means of the connecting line 171.
  • the control unit 150 initiates a capacitor charging process in which electrical energy is conducted from the electrical energy storage 140 to the control unit 150 via the connection line 141 and from the control unit 150 to the condenser 300 via the connection lines 301 in order to charge the capacitor 300 ,
  • the control unit 150 comprises a switching converter (not designated in more detail) which converts the electric current from the electrical energy store 140 into a suitable charging current for the capacitor 300.
  • the setting tool 10 When the capacitor 300 is charged and the driving member 60 is in its set ready position shown in Fig. 1, the setting tool 10 is in a ready to be placed state. Characterized in that the charging of the capacitor 300 is effected only by the pressing of the setting device 10 to the ground, a setting process is only possible to increase the safety of bystanders when the setting tool 10 is pressed against the ground. In embodiments not shown, the control unit initiates the capacitor charging process already when the setting device is switched on or when the setting device is lifted off the ground or at the end of a preceding driving operation.
  • the actuating element 130 If the actuating element 130 is actuated when the setting tool 10 is ready for setting, for example by pulling with the index finger of the hand, which encompasses the handle 120, the actuating element 130 actuates the trigger switch 160, which thereby transmits a triggering signal to the control unit 150 via the connecting line 161. Triggered by this, the control unit 150 initiates a capacitor discharging operation in which The electrical energy stored in the capacitor 300 is conducted from the capacitor 300 to the excitation coil 100 by means of the circuit 200, by discharging the capacitor 300.
  • the circuit 200 shown schematically in FIG. 1 for this purpose comprises two discharge lines 210, 220 which connect the capacitor 300 to the exciter coil 200 and of which at least one discharge line 210 is interrupted by a normally open discharge switch 230.
  • the circuit 200 forms an electrical resonant circuit with the exciter coil 100 and the capacitor 300. A swinging back and forth of this resonant circuit and / or a negative charging of the capacitor 300 may have a negative effect on an efficiency of the drive, but can be prevented by means of a freewheeling diode 240.
  • the discharge lines 210, 220 are electrically connected by means of one of the receptacle 20 facing the end face 360 of the capacitor 300 electrical contacts 370, 380 of the capacitor 300, each with an electrode 310, 320 of the capacitor 300, for example by soldering, welding, screwing, jamming or form-fitting.
  • the discharge switch 230 is preferably suitable for switching a discharge current with high current and is designed, for example, as a thyristor.
  • the discharge lines 210, 220 have a small distance from one another, so that a parasitic magnetic field induced by them is as small as possible.
  • the discharge lines 210, 220 are combined into a bus bar and held together by a suitable means, for example a holder or a clamp.
  • the freewheeling diode is electrically connected in parallel to the discharge switch. In further embodiments, not shown, no free-wheeling diode is provided in the circuit.
  • the control unit 150 closes the discharge switch 230 by means of the connection line 201, whereby a discharge current of the capacitor 300 flows through the exciter coil 100 with high current intensity.
  • the rapidly increasing discharge current induces a field magnetic field, which passes through the squirrel-cage rotor 90 and induces in its squirrel-cage rotor 90, in turn, an annular secondary electric current.
  • This secondary current that builds up in turn generates a secondary magnetic field which is opposite to the excitation magnetic field, whereby the squirrel cage rotor 90 experiences a Lorentz force repelling the exciting coil 100, which drives the driving element 60 onto the receptacle 20 and the fastening element 30 received therein.
  • the capacitor 300 in particular its center of gravity, is arranged on the setting axis A behind the driving element 60, whereas the receptacle 20 is arranged in front of the driving element 60.
  • the capacitor 300 is thus arranged axially offset from the driving-in element 60 and radially overlapping with the driving-in element 60.
  • a short length of the discharge lines 210, 220 can be realized, as a result of which the resistances thereof can be reduced and thus an efficiency of the drive can be increased.
  • a small distance of a center of gravity of the setting device 10 to the setting axis A can be realized. As a result, tilting moments during a recoil of the setting device 10 during a driving operation are low.
  • the capacitor is arranged around the driving element around.
  • the electrodes 310, 320 are arranged on opposite sides on a carrier film 330 wound around a winding axis, for example by metallization of the carrier film 330, in particular vapor-deposited, the winding axis coinciding with the setting axis A.
  • the carrier foil with the electrodes is wound around the winding axis so that a passage remains along the winding axis.
  • the capacitor is arranged for example around the setting axis.
  • the carrier film 330 has a film thickness of between 2.5 ⁇ m and 4.8 ⁇ m for a charging voltage of the capacitor 300 of 1500 V, and a film thickness of, for example, 9.6 ⁇ m for a charging voltage of the capacitor 300 of 3000 V.
  • the carrier film is in turn composed of two or more individual films stacked on top of each other.
  • the electrodes 310, 320 have a sheet resistance of 50 ohms / n.
  • a surface of the capacitor 300 has the shape of a cylinder, in particular a circular cylinder whose cylinder axis coincides with the setting axis A.
  • a height of this cylinder in the direction of the winding axis is substantially as large as its diameter measured perpendicular to the winding axis. Due to a low ratio of height to diameter of the cylinder, a low internal resistance at relatively high capacity of the capacitor 300 and not least achieves a compact design of the setting device 10.
  • a low internal resistance of the capacitor 300 is also achieved by a large cross-section of the electrodes 310, 320, in particular by a high layer thickness of the electrodes 310, 320, wherein the effects of the layer thickness on a self-healing effect and / or a lifetime of the capacitor 300 are to be considered.
  • the capacitor 300 is damped by means of a damping element 350 mounted on the other setting tool 10.
  • the damping element 350 damps movements of the capacitor 300 relative to the rest of the setting device 10 along the setting axis A.
  • the damping element 350 is arranged on the end face 360 of the capacitor 300 and covers the end face 360 completely.
  • the electrical contacts 370, 380 protrude from the end face 360 and penetrate the damping element 350.
  • the damping element 350 has for this purpose in each case an exemption, through which the electrical contacts 370, 380 protrude.
  • the connecting lines 301 have to compensate for relative movements between the capacitor 300 and the other setting tool 10 each have a discharge and / or expansion loop, not shown.
  • a further damping element is arranged on the capacitor, for example on its end facing away from the receptacle end face.
  • the capacitor is then clamped between two damping elements, that is, the damping elements are applied to the capacitor with a bias voltage.
  • the connecting lines have a rigidity which decreases continuously with increasing distance from the capacitor.

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Abstract

Setzgerät zum Eintreiben von Befestigungselementen in einen Untergrund, aufweisend eine Aufnahme, welche dafür vorgesehen ist, ein Befestigungselement aufzunehmen, ein Eintreibelement, welches dafür vorgesehen ist, ein in der Aufnahme aufgenommenes Befestigungselement entlang einer Setzachse in den Untergrund zu befördern, einen Antrieb, welcher dafür vorgesehen ist, das Eintreibelement entlang der Setzachse auf das Befestigungselement zu anzutreiben, wobei der Antrieb einen elektrischen Kondensator umfasst, welcher auf der Setzachse oder um die Setzachse herum angeordnet ist.

Description

Setzgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Setzgerät zum Eintreiben von Befestigungselementen in einen Untergrund.
Derartige Setzgeräte weisen üblicherweise eine Aufnahme für ein Befestigungselement auf, aus welcher heraus ein darin aufgenommenes Befestigungselement entlang einer Setzachse in den Untergrund befördert wird. Ein Eintreibelement wird hierfür von einem Antrieb entlang der Setzachse auf das Befestigungselement zu angetrieben.
Aus der US 6,830,173 B2 ist ein Setzgerät mit einem Antrieb für ein Eintreibelement bekannt. Der Antrieb weist einen elektrischen Kondensator und eine Spule auf. Zum Antreiben des Eintreibelements wird der Kondensator über die Spule entladen, wodurch eine Lorentz-Kraft auf das Eintreibelement wirkt, so dass das Eintreibelement auf einen Nagel zu bewegt wird.
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.
Die Aufgabe ist gelöst bei einem Setzgerät zum Eintreiben von Befestigungselementen in einen Untergrund, aufweisend eine Aufnahme, welche dafür vorgesehen ist, ein Befestigungselement aufzunehmen, ein Eintreibelement, welches dafür vorgesehen ist, ein in der Aufnahme aufgenommenes Befestigungselement entlang einer Setzachse in den Untergrund zu befördern, einen Antrieb, welcher dafür vorgesehen ist, das Eintreibelement entlang der Setzachse auf das Befestigungselement zu anzutreiben, wobei der Antrieb einen elektrischen Kondensator umfasst, welcher auf der Setzachse oder um die Setzachse herum, bevorzugt die Setzachse vollständig umschliessend, angeordnet ist. Das Setzgerät ist dabei bevorzugt handgeführt einsetzbar. Alternativ ist das Setzgerät stationär oder halbstationär einsetzbar.
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.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator bezüglich der Setzachse axial versetzt zu dem Eintreibelement und radial überlappend mit dem Eintreibelement angeordnet ist. Bevorzugt ist in Richtung der Setzachse die Aufnahme vor dem Eintreibelement und der Kondensator hinter dem Eintreibelement angeordnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator um das Eintreibelement herum angeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator einen Schwerpunkt aufweist, welcher im Wesentlichen auf der Setzachse angeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator Elektroden umfasst, welche an einer um eine Wickelachse aufgewickelten Trägerfolie angeordnet sind. Bevorzugt ist die Wickelachse parallel zur Setzachse orientiert. Besonders bevorzugt fällt die Wickelachse mit der Setzachse zusammen. Bevorzugt ist eine Ausdehnung des Kondensators in Richtung der Wickelachse höchstens 1 ,4 Mal so gross, bevorzugt höchstens 1 ,2 Mal so gross, besonders bevorzugt höchstens so gross wie eine Ausdehnung, beispielsweise ein Durchmesser, des Kondensators senkrecht zur Wickelachse.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Setzgerät ein Dämpfelement umfasst, über welches der Kondensator gedämpft an dem übrigen Setzgerät gelagert ist. Bevorzugt dämpft das Dämpfelement Bewegungen des Kondensators relativ zum übrigen Setzgerät entlang der Setzachse. Ebenfalls bevorzugt ist das Dämpfelement an einer der Aufnahme zugewandten Stirnseite des Kondensators angeordnet. Besonders bevorzugt bedeckt das Dämpfelement die Stirnseite des Kondensators vollständig oder im Wesentlichen vollständig. Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zumindest eine von dem Kondensator wegführende elektrische Leitung umfasst, welche eine Dehnungsgeometrie zum Ausgleich von Relativbewegungen zwischen dem Kondensator und dem übrigen Setzgerät aufweist. Die Dehnungsgeometrie umfasst bevorzugt einen Bogen, eine Schlaufe oder eine Helix.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zumindest eine von dem Kondensator wegführende elektrische Leitung umfasst, welche an einer der Aufnahme zugewandten Stirnseite des Kondensators elektrisch mit einer Elektrode des Kondensators verbunden ist. Bevorzugt ist die Leitung mit der Elektrode verlötet, verschweisst oder verschraubt.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator einen Innenwiderstand kleiner als 8 mOhm, bevorzugt kleiner 6 mOhm, besonders bevorzugt kleiner 4 mOhm aufweist.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen an dem Eintreibelement angeordneten Kurzschlussläufer und eine Erregerspule aufweist, welche bei einer Entladung des Kondensators mit Strom durchflossen wird und ein Magnetfeld erzeugt, welches das Eintreibelement auf das Befestigungselement zu beschleunigt.
In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Setzgerät in einem Längsschnitt.
In Fig. 1 ist ein handgeführtes Setzgerät 10 zum Eintreiben von Befestigungselementen in einen nicht gezeigten Untergrund dargestellt. Das Setzgerät 10 weist eine als Bolzenführung ausgebildete Aufnahme 20 auf, in welcher ein als Nagel ausgebildetes Befestigungselement 30 aufgenommen ist, um entlang einer Setzachse A in den Untergrund eingetrieben zu werden (in Fig. 1 nach links). Für eine Zuführung von Befestigungselementen zu der Aufnahme umfasst das Setzgerät 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. Das Setzgerät 10 weist ein Eintreibelement 60 auf, welches einen Kolbenteller 70 und eine Kolbenstange 80 umfasst. Das Eintreibelement 60 ist dafür vorgesehen, das Befestigungselement 30 aus der Aufnahme 20 heraus entlang der Setzachse A in den Untergrund zu befördern. Hierbei ist das Eintreibelement 60 mit seinem Kolbenteller 70 in einem Führungszylinder 95 entlang der Setzachse A geführt.
Das Eintreibelement 60 wird seinerseits von einem Antrieb angetrieben, welcher einen an dem Kolbenteller 70 angeordneten Kurzschlussläufer 90, eine Erregerspule 100, einen weichmagnetischen Rahmen 105, einen Schaltkreislauf 200 und einen Kondensator 300 mit einem Innenwiderstand von 5 mOhm umfasst. Der Kurzschlussläufer 90 besteht aus einem bevorzugt ringförmigen, besonders bevorzugt kreisringförmigen Element mit einem geringen elektrischen Widerstand, beispielsweise aus Kupfer, und ist auf der von der Aufnahme 20 abgewandten Seite des Kolbentellers 70 an dem Kolbenteller 70 befestigt, beispielsweise verlötet, verschweisst, verklebt, geklemmt oder formschlüssig verbunden. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Kolbenteller selbst als Kurzschlussläufer ausgebildet. Der Schaltkreislauf 200 ist dafür vorgesehen, eine elektrische Schnellentladung des zuvor aufgeladenen Kondensators 300 herbeizuführen und den dabei fliessenden Entladestrom durch die Erregerspule 100 zu leiten, welche in dem Rahmen 105 eingebettet ist. Der Rahmen weist bevorzugt eine Sättigungsflussdichte von mindestens 1 ,0 T und/oder eine effektive spezifische elektrische Leitfähigkeit von höchstens 106 S/m auf, so dass ein von der Erregerspule 100 erzeugtes Magnetfeld von dem Rahmen 105 verstärkt und Wirbelströme in dem Rahmen 105 unterdrückt werden.
In einer setzbereiten Position des Eintreibelements 60 (Fig. 1 ) taucht das Eintreibelement 60 mit dem Kolbenteller 70 so in eine nicht näher bezeichnete ringförmige Vertiefung des Rahmens 105 ein, dass der Kurzschlussläufer 90 in geringem Abstand gegenüber der Erregerspule 100 angeordnet ist. Dadurch durchsetzt ein Erregermagnetfeld, welches durch eine Änderung eines durch die Erregerspule fliessenden elektrischen Erregerstroms erzeugt wird, den Kurzschlussläufer 90 und induziert in dem Kurzschlussläufer 90 seinerseits einen ringförmig umlaufenden elektrischen Sekundärstrom. Dieser sich aufbauende und damit sich ändernde Sekundärstrom erzeugt wiederum ein Sekundärmagnetfeld, welches dem Erregermagnetfeld entgegengesetzt ist, wodurch der Kurzschlussläufer 90 eine von der Erregerspule 100 abstossende Lorentz-Kraft erfährt, welche das Eintreibelement 60 auf die Aufnahme 20 sowie das darin aufgenommene Befestigungselement 30 zu antreibt.
Das Setzgerät 10 umfasst weiterhin ein Gehäuse 110, in welchem der Antrieb 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, ein als an dem Rahmen 105 angeordneter Temperatursensor 180 ausgebildetes Mittel zur Erfassung einer Temperatur der Erregerspule 100 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 Setzgerät 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.
Wenn das Setzgerät 10 an einen nicht gezeigten Untergrund (in Fig. 1 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 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 das Eintreibelement 60 in seiner in Fig. 1 dargestellten setzbereiten Position ist, befindet sich das Setzgerät 10 in einem setzbereiten Zustand. Dadurch, dass die Aufladung des Kondensators 300 erst durch das Anpressen des Setzgeräts 10 an den Untergrund bewirkt wird, ist zur Erhöhung der Sicherheit von umstehenden Personen ein Setzvorgang nur dann ermöglicht, wenn das Setzgerät 10 an den Untergrund angepresst ist. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen leitet die Steuereinheit den Kondensator-Aufladevorgang bereits bei einem Einschalten des Setzgeräts oder bei einem Abheben des Setzgeräts von dem Untergrund oder bei Beendigung eines vorausgegangenen Eintreibvorgangs ein.
Wenn bei setzbereitem Setzgerät 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 der Erregerspule 100 geleitet wird, indem der Kondensator 300 entladen wird.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Schaltkreislauf 200 umfasst hierzu zwei Entladeleitungen 210, 220, welche den Kondensator 300 mit der Erregerspule 200 verbinden und von denen zumindest eine Entladeleitung 210 von einem normalerweise geöffneten Entladeschalter 230 unterbrochen ist. Der Schaltkreislauf 200 bildet mit der Erregerspule 100 und dem Kondensator 300 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 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 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.
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 die Erregerspule 100 fliesst. Der schnell ansteigende Entladestrom induziert ein Erregermagnetfeld, welches den Kurzschlussläufer 90 durchsetzt und in dem Kurzschlussläufer 90 seinerseits einen ringförmig umlaufenden elektrischen Sekundärstrom induziert. Dieser sich aufbauende Sekundärstrom erzeugt wiederum ein Sekundärmagnetfeld, welches dem Erregermagnetfeld entgegengesetzt ist, wodurch der Kurzschlussläufer 90 eine von der Erregerspule 100 abstossende Lorentz-Kraft erfährt, welche das Eintreibelement 60 auf die Aufnahme 20 sowie das darin aufgenommene Befestigungselement 30 zu antreibt. Sobald die Kolbenstange 80 des Eintreibelements 60 auf einen nicht näher bezeichneten Kopf des Befestigungselements 30 trifft, wird das Befestigungselement 30 von dem Eintreibelement 60 in den Untergrund eingetrieben. Überschüssige Bewegungsenergie des Eintreibelements 60 wird von einem Bremselement 85 aus einem federelastischen und/oder dämpfenden Material, beispielsweise Gummi, aufgenommen, indem sich das Eintreibelement 60 mit dem Kolbenteller 70 gegen das Bremselement 85 bewegt und von diesem bis zu einem Stillstand abgebremst wird. Danach wird das Eintreibelement 60 von einer nicht näher bezeichneten Rückstellvorrichtung in die setzbereite Position zurückgestellt.
Der Kondensator 300, insbesondere sein Schwerpunkt, ist auf der Setzachse A hinter dem Eintreibelement 60 angeordnet, wohingegen die Aufnahme 20 vor dem Eintreibelement 60 angeordnet ist. In Bezug auf die Setzachse A ist der Kondensator 300 also axial versetzt zu dem Eintreibelement 60 und radial überlappend mit dem Eintreibelement 60 angeordnet. Dadurch lässt sich einerseits eine geringe Länge der Entladeleitungen 210, 220 verwirklichen, wodurch sich deren Widerstände reduzieren und damit ein Wirkungsgrad des Antriebs erhöhen lässt. Andererseits lässt sich ein geringer Abstand eines Schwerpunkts des Setzgeräts 10 zur Setzachse A verwirklichen. Dadurch sind Kippmomente bei einem Rückstoss des Setzgeräts 10 während eines Eintreibvorgangs gering. Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kondensator um das Eintreibelement herum angeordnet.
Die Elektroden 310, 320 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten an einer um eine Wickelachse aufgewickelten Trägerfolie 330 angeordnet, beispielsweise durch Metallisierung der Trägerfolie 330, insbesondere aufgedampft, wobei die Wickelachse mit der Setzachse A zusammenfällt. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Trägerfolie mit den Elektroden so um die Wickelachse gewickelt, dass ein Durchlass entlang der Wickelachse verbleibt. Insbesondere in diesem Fall ist der Kondensator beispielsweise um die Setzachse herum angeordnet. Die Trägerfolie 330 weist bei einer Ladespannung des Kondensators 300 von 1500 V eine Foliendicke zwischen 2,5 pm und 4,8 pm, bei einer Ladespannung des Kondensators 300 von 3000 V eine Foliendicke von beispielesweise 9,6 pm auf. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Trägerfolie ihrerseits aus zwei oder mehr übereinandergeschichteten Einzelfolien zusammengesetzt. Die Elektroden 310, 320 weisen einen Schichtwiderstand von 50 Ohm/n auf.
Eine Oberfläche des Kondensators 300 hat die Form eines Zylinders, insbesondere Kreiszylinders, dessen Zylinderachse mit der Setzachse A zusammenfällt. Eine Höhe dieses Zylinders in Richtung der Wickelachse ist im Wesentlichen so gross wie sein senkrecht zur Wickelachse gemessener Durchmesser. Durch ein geringes Verhältnis von Höhe zu Durchmesser des Zylinders werden ein geringer Innenwiderstand bei relativ hoher Kapazität des Kondensators 300 und nicht zuletzt eine kompakte Bauweise des Setzgeräts 10 erreicht. Ein geringer Innenwiderstand des Kondensators 300 wird auch durch einen grossen Leitungsquerschnitt der Elektroden 310, 320 erreicht, insbesondere durch eine hohe Schichtdicke der Elektroden 310, 320, wobei die Auswirkungen der Schichtdicke auf einen Selbstheilungseffekt und/oder eine Lebensdauer des Kondensators 300 zu berücksichtigen sind.
Der Kondensator 300 ist mittels eines Dämpfelements 350 gedämpft an dem übrigen Setzgerät 10 gelagert. Das Dämpfelement 350 dämpft Bewegungen des Kondensators 300 relativ zum übrigen Setzgerät 10 entlang der Setzachse A. Das Dämpfelement 350 ist an der Stirnseite 360 des Kondensators 300 angeordnet und bedeckt die Stirnseite 360 vollständig. Dadurch werden die einzelnen Wicklungen der Trägerfolie 330 von einem Rückstoss des Setzgeräts 10 gleichmässig belastet. Die elektrischen Kontakte 370, 380 ragen dabei von der Stirnfläche 360 ab und durchdringen das Dämpfelement 350. Das Dämpfelement 350 weist zu diesem Zweck jeweils eine Freistellung auf, durch welche die elektrischen Kontakte 370, 380 hindurchragen. Die Verbindungsleitungen 301 weisen zum Ausgleich von Relativbewegungen zwischen dem Kondensator 300 und dem übrigen Setzgerät 10 jeweils eine nicht näher dargestellte Entlastungs- und/oder Dehnungsschlaufe auf. Bei nicht gezeigten Ausführungsbeispielen ist ein weiteres Dämpfelement an dem Kondensator angeordnet, beispielsweise an dessen von der Aufnahme abgewandten Stirnseite. Bevorzugt ist der Kondensator dann zwischen zwei Dämpfelementen eingespannt, dass heisst die Dämpfelemente liegen mit einer Vorspannung an dem Kondensator an. Bei weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispielen weisen die Verbindungsleitungen eine Steifigkeit auf, welche mit zunehmendem Abstand vom Kondensator kontinuierlich abnimmt.
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 Setzgerät auch für andere Anwendungen einsetzbar ist.

Claims

PATENTANSPRUECHE
1. Setzgerät zum Eintreiben von Befestigungselementen in einen Untergrund, insbesondere handgeführtes Setzgerät, aufweisend eine Aufnahme, welche dafür vorgesehen ist, ein Befestigungselement aufzunehmen, ein Eintreibelement, welches dafür vorgesehen ist, ein in der Aufnahme aufgenommenes Befestigungselement entlang einer Setzachse in den Untergrund zu befördern, einen Antrieb, welcher dafür vorgesehen ist, das Eintreibelement entlang der Setzachse auf das Befestigungselement zu anzutreiben, wobei der Antrieb einen elektrischen Kondensator umfasst, welcher auf der Setzachse oder um die Setzachse herum angeordnet ist.
2. Setzgerät nach Anspruch 1 , wobei der Kondensator bezüglich der Setzachse axial versetzt zu dem Eintreibelement und radial überlappend mit dem Eintreibelement angeordnet ist.
3. Setzgerät nach Anspruch 2, wobei in Richtung der Setzachse die Aufnahme vor dem Eintreibelement und der Kondensator hinter dem Eintreibelement angeordnet ist.
4. Setzgerät nach Anspruch 1 , wobei der Kondensator um das Eintreibelement herum angeordnet ist.
5. Setzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kondensator einen Schwerpunkt aufweist, welcher im Wesentlichen auf der Setzachse angeordnet ist.
6. Setzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kondensator Elektroden umfasst, welche an einer um eine Wickelachse aufgewickelten Trägerfolie angeordnet sind, wobei die Wickelachse insbesondere parallel zur Setzachse orientiert ist und insbesondere mit der Setzachse zusammenfällt.
7. Setzgerät nach Anspruch 6, wobei eine Ausdehnung des Kondensators in Richtung der Wickelachse höchstens 1 ,4 Mal so gross, insbesondere höchstens 1 ,2 Mal so gross, insbesondere höchstens so gross ist wie eine Ausdehnung, insbesondere Durchmesser des Kondensators senkrecht zur Wickelachse.
8. Setzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Setzgerät ein Dämpfelement umfasst, über welches der Kondensator gedämpft an dem übrigen Setzgerät gelagert ist.
9. Setzgerät nach Anspruch 8, wobei das Dämpfelement Bewegungen des Kondensators relativ zum übrigen Setzgerät entlang der Setzachse dämpft.
10. Setzgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 9, wobei das Dämpfelement an einer der Aufnahme zugewandten Stirnseite des Kondensators angeordnet ist, insbesondere die Stirnseite des Kondensators im Wesentlichen vollständig bedeckt.
1 1. Setzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Antrieb zumindest eine von dem Kondensator wegführende elektrische Leitung umfasst, welche eine Dehnungsgeometrie zum Ausgleich von Relativbewegungen zwischen dem Kondensator und dem übrigen Setzgerät aufweist.
12. Setzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Antrieb zumindest eine von dem Kondensator wegführende elektrische Leitung umfasst, welche an einer der Aufnahme zugewandten Stirnseite des Kondensators elektrisch mit einer Elektrode des Kondensators verbunden ist, insbesondere verlötet, verschweisst oder verschraubt ist.
13. Setzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kondensator einen Innenwiderstand kleiner als 8 mOhm, insbesondere kleiner 6 mOhm, insbesondere kleiner 4 mOhm aufweist.
14. Setzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Antrieb einen an dem Eintreibelement angeordneten Kurzschlussläufer und eine Erregerspule aufweist, welche bei einer Entladung des Kondensators mit Strom durchflossen wird und ein Magnetfeld erzeugt, welches das Eintreibelement auf das Befestigungselement zu beschleunigt.
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