DE102004010319B3

DE102004010319B3 - Elektromagnetisch betriebenes Einschlaggerät und Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betriebenen Einschlaggerätes

Info

Publication number: DE102004010319B3
Application number: DE102004010319A
Authority: DE
Inventors: Mario Zahner; Ulrich Rosenbaum
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: JP2005246600A; US20050194420A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betriebenes Einschlaggerät für Befestigungselemente, mit einem Gehäuse (11) und einer darin angeordneten Magnetspule (12) und mit einem in einer Führung (13) versetzbar gelagerten Magnetanker (14), der über die Magnetspule (12) von einer Ausgangsstellung (30) in eine Endstellung (32) überführbar ist. Zur Verbesserung der Schlagenergie eines derartigen Einschlaggerätes (10) wird ein Kraftspeicher (15) vorgesehen, der über den mittels der Magnetspule (12) in Richtung des Kraftspeichers (15) von seiner Ausgangsstellung (30) in eine Zwischenstellung versetzten Magnetanker (14) in einer ersten Phase des Setzvorgangs aufladbar ist und über den der Magnetanker (14) in einer zweiten Phase des Setzvorgangs bei Überführung von der Zwischenstellung in die Schlagendstellung in entgegengesetzter Richtung beschleunigbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisch betriebenes Einschlaggerät der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art sowie ein Verfahren der im Oberbegriff von Patentanspruch 7 genannten Art. Mit derartigen Einschlaggeräten können Befestigungselemente insbesondere über eine einzelne Einschlagbewegung eines Kolbens in einen Untergrund eingetrieben werden.

Bei diesen elektromagnetisch betriebenen Einschlaggeräten ist der Kolben als magnetisch leitender Anker ausgebildet und wird über eine Spulenanordnung beschleunigt. Die Schlagenergie liegt, bedingt durch den begrenzten Beschleunigungsweg und die Grösse der Spule, bei ca. 7 J.

Ein gattungsgemässes Einschlaggerät ist z. B. aus der DE 39 37 794 A1 bekannt. Dort sind in einem Gehäuse eine Spule und ein über die Spule antreibbarer Magnetanker angeordnet. Die Spule stützt sich dabei über eine als Rückstossdämpfer wirkende Feder an dem, der Eintreibrichtung entgegengesetzten Ende des Gehäuses ab. Eine Zugfeder die zwischen diesem Ende des Gehäuses und dem Magnetanker wirkt, dient der Rückstellung des Magnetankers in die Ausgangsstellung nach erfolgtem Setzvorgang.

Von Nachteil bei dem bekannten Einschlaggerät ist die geringe Schlagenergie, die das Eintreiben von Befestigungselementen, wie z. B. Nägeln, in einen härteren Untergrund erschwert bzw. unmöglich macht.

Aus der DE 25 01 539 A1 ist ein Setzgerät mit einer Eintreibvorrichtung bekannt, die eine langgestreckte Rammvorrichtung und eine Federvorrichtung zur elastischen Beaufschlagung der Rammvorrichtung beinhaltet. Über zwei gegeneinander drehbare, schraubenförmige Nockenelemente, von denen eines über einen Drehantrieb antreibbar ist, kann die Federvorrichtung wiederholt gespannt und wieder freigegeben werden, so dass die Federvorrichtung die Rammvorrichtung periodisch vorwärts treiben kann um ein Halteelement zu setzen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Einschlaggerät der vorgenannten Art und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen zu entwickeln, die die vorgenannten Nachteile vermeiden und auf technisch einfache Weise eine höhere Schlagenergie ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt zum einen durch ein Einschlaggerät mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und zum anderen durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 7.

An einem Einschlaggerät ist ein Kraftspeicher vorgesehen, der über den, mittels der Magnetspule in Richtung des Kraftspeichers von seiner Ausgangsstellung in eine Zwischenstellung versetzten Magnetanker in einer ersten Phase des Setzvorgangs aufladbar ist und über den der Magnetanker in einer zweiten Phase des Setzvorgangs bei Überführung von der Zwischenstellung in die Schlagendstellung in entgegengesetzter Richtung beschleunigbar ist. Durch diese Massnahme wird durch eine gezielte Beschleunigung des Magnetankers gegen einen Kraftspeicher dieser zunächst aufgeladen und im nachfolgenden beim eigentlichen Eintreibschlag der Magnetanker über den Kraftspeicher in Einschlagrichtung beschleunigt. Vorteilhaft ist es beim eigentlichen Eintreibschlag, den Magnetanker sowohl über die dann mit einer zweiten Polung bestromte Magnetspule als auch über den Kraftspeicher in Einschlagrichtung zu beschleunigen, denn dies ergibt in der Summe eine deutlich höhere Schlagenergie pro Schlag als bei den bekannten Einschlaggeräten.

Von Vorteil kann es ferner sein, wenn eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, über die in der ersten Phase des Setzvorgangs eine, den Magnetanker in Richtung des Kraftspeichers beschleunigende, erste Polarität der Magnetspule schaltbar ist, und über die in der zweiten Phase des Setzvorgangs eine, den Magnetanker in entgegengesetzter Richtung beschleunigende zweite Polarität der Magnetspule schaltbar ist. Über die Steuerungseinrichtung, die z. B. als elektrische Schaltung ausgebildet ist und die z. B. einen Mikroprozessor enthalten kann, kann eine präzise Steuerung der Spule in wenigen Millisekunden erfolgen, so dass eine schnelle Abfolge von einzelnen Einschlagvorgängen möglich ist.

Günstig kann es weiterhin sein, wenn der Kraftspeicher eine Druckfeder ist, deren erstes Ende gehäusefest ist und deren zweites Ende frei und dem Magnetanker zugewandt ist. Durch diese Anordnung, bei dem die Feder mit ihrem freien Ende direkt in Kontakt mit dem Magnetanker gebracht werden kann, werden Energieverluste durch weitere mechanische Kontakt- oder Reibungsflächen vermieden.

Vorteilhaft befindet sich der Magnetanker in seiner Ausgangsstellung im Wesentlichen in dem, von der Magnetspule umgebenen Bereich der Führung. Hierdurch liegt einerseits genügend Weg zwischen dem, dem Kraftspeicher zugewandten Ende des Magnetankers und dem Kraftspeicher, so dass eine ausreichende Beschleunigungsstrecke bis zum Kraftspeicher vorhanden ist und andererseits ist die Öffnung des Befestigungselemente-Magazins zur Führung frei, so dass eine Zufuhr der Befestigungselemente in die Führung in der Ausgangsstellung gewährleistet ist. Um eine maximale Kraft der Magnetspule auf den Magnetanker aufbauen zu können bevor dieser in Richtung auf den Kraftspeicher bewegt wird, kann ein mechanisches Halteelement, wie z. B. eine Klinke vorgesehen sein, die den Magnetanker erst freigibt, wenn die Magnetspule ihre maximale Feldstärke erreicht hat.

Der Magnetanker kann sich in seiner Ausgangsstellung aber auch im Wesentlichen in dem, dem Kraftspeicher abgewandten Bereich der Führung befinden.

Vorteilhaft ist der Magnetanker als Kolben ausgebildet, so dass dieser ohne energieverzehrende Zwischenschaltung weiterer Bauelemente direkt auf die Befestigungselemente wirken kann.

Günstig ist es ferner, wenn der Magnetanker über ein Rückstellmittel in seine Ausgangsstellung zurückführbar ist. Hierdurch kann seine Ausgangsstellung auf einfache Weise definiert werden. Das Rückstellmittel kann dabei z. B. als Zugfeder ausgebildet sein.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Magnetanker in einer ersten Bestromungsphase der Magnetspule gegen einen Kraftspeicher bewegt, wobei der Kraftspeicher aufgeladen wird. In einer zweiten Bestromungsphase der Magnetspule bei umgepoltem Magnetfeld wird der Magnetanker unter Entladung des Kraftspeichers in entgegengesetzte Richtung, also in Einschlagrichtung beschleunigt. Durch dieses Verfahren, bei dem der Magnetanker bzw. Kolben in der ersten Phase zunächst in einer, der eigentlichen Einschlag- bzw. Arbeitsrichtung entgegengesetzten Richtung gegen den Kraftspeicher beschleunigt wird und der Magnetanker erst in der zweiten Phase in Einschlagrichtung beschleunigt wird, ergibt sich eine deutlich höhere Einschlag- bzw. Eintreibenergie des Einschlaggerätes.

Weitere Vorteile und Massnahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. In den Zeichnungen ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigen:
1 ein erfindungsgemässes Einschlaggerät im Längsschnitt in seiner Ausgangsstellung,
2 das Einschlaggerät aus 1 in einer Zwischenstellung,
3 das Einschlaggerät aus 1 in einer Schlagendstellung.
Das in den 1 bis 3 dargestellte Einschlaggerät 10 weist ein Gehäuse 11 und wenigstens eine darin angeordnete Magnetspule 12 auf. In dem Gehäuse 11 ist ferner eine Führung 13 vorgesehen in der ein Magnetanker 14 axial versetzbar gelagert ist, der z. B. als Kolben ausgebildet ist. Die Führung 13 ist dabei zumindest bereichsweise axial durch die Magnetspule 12 hindurchgeführt. An dem in Eintreibrichtung liegenden Ende der Führung 13 ist seitlich von dieser abragend ein Befestigungselemente-Magazin 41 angeordnet in dem Befestigungselemente 40 bevorratet sind. In dem, dem Befestigungselemente-Magazin 41 abgewandten Ende der Führung 13 ist ein, als Druckfeder ausgebildeter Kraftspeicher 15 angeordnet. Dieser Kraftspeicher 15 ist mit seinem ersten Ende 16 gehäusefest am Ende der Führung 13 gehalten, während sein zweites Ende 17 frei ist.
Das Einschlaggerät 10 weist ferner noch einen Handgriff 27 auf, an dem ein Triggerschalter 26 zum Auslösen eines Schlagvorganges mit dem Einschlaggerät 10 angeordnet ist. In dem Handgriff 27 ist ferner noch eine insgesamt mit 22 bezeichnete Stromversorgung angeordnet, über die das Einschlaggerät 10 mit elektrischer Energie versorgt wird. Vorliegend beinhaltet die Stromversorgung 22 einen oder mehrere in einer Akkuaufnahme 24 befindliche Akkus 23. Diese Akkus 23 sind über elektrische Leitungen 25 mit einer Steuereinrichtung 20 und über diese durch die elektrischen Leitungen 21 mit der Magnetspule 12 und ggf. mit weiteren elektrischen Verbrauchern oder Schaltern verbunden. Es versteht sich, dass die Stromversorgung alternativ auch über einen Netzanschluss erfolgen kann.
In der in 1 dargestellten Ausgangsstellung 30 des Einschlaggerätes 10 befindet sich der Magnetanker 14 ungefähr mittig in der Führung 13 im Bereich der Magnetspule 12. Dort wird er von einem als Zugfeder ausgebildeten Rückstellmittel 18 gehalten. Die Positionierung /Rückstellung in die Ausgangsstellung 30 könnte aber z. B. auch über die Magnetspule 12 erfolgen.
Wird nun das Einschlaggerät 10 an einen Untergrund U angedrückt, wie aus 2 ersichtlich, und der Triggerschalter 26 vom Bediener betätigt, dann wird in einer ersten Phase des Einschlagvorganges zunächst über die Steuereinrichtung 20 über die Leitungen 21 eine erste elektrische Spannung an die Pole der Magnetspule 12 angelegt, wodurch ein erstes magnetisches Feld an der Magnetspule 12 erzeugt wird welches eine erste Beschleunigungskraft in Richtung der Pfeile 33 auf den Magnetanker 14 ausübt. Der Magnetanker 14 wird daraufhin in Richtung des Pfeils 34 beschleunigt und läuft dabei gegen den Kraftspeicher 15 bzw. die Feder, die dadurch gespannt wird.
In 2 befindet sich das Einschlaggerät 10 mit dem Magnetanker 14 in einer Zwischenstellung 31, in der die Feder vollständig gespannt, bzw. der Kraftspeicher 15 vollständig geladen ist. Über die Steuereinrichtung 20 wird bei Erreichen dieser Zwischenstellung 31 die Polarität der an der Magnetspule 12 anliegenden Spannung vertauscht und damit das durch die Magnetspule 12 erzeugte Magnetfeld umgepolt. Dieser Vorgang kann in der Steuereinrichtung 20 entweder nach einem bestimmten Zeitintervall ausgelöst werden oder aber durch Abfrage der Position des Magnetankers 14 z. B. über Sensoren oder Schalter die an der Führung 13 angeordnet sein können.
Durch die umgekehrte Polarität des Magnetfeldes an der Magnetspule 12 wird nun eine Beschleunigungskraft in Richtung der Pfeile 35 auf den Magnetanker 14 ausgeübt (vgl. 3). Zu dieser Beschleunigungskraft addiert sich die von dem Kraftspeicher 15 in identischer Richtung 37 ausgeübte Beschleunigungskraft, so dass der Magnetanker 14 mit hoher Energie in Richtung des Befestigungselementes 40 beschleunigt wird, und dabei das Befestigungselement 40 auch in einen harten Untergrund U eintreibt. Nach erfolgtem Einschlagvorgang wird die Magnetspule von der Steuereinrichtung 20 wieder stromlos gesetzt und der Magnetanker 14 über das Rückstellmittel 18 wieder von seiner aus 3 ersichtlichen Schlagendstellung 32 in seine Ausgangsstellung 30 (vgl. 1) zurückversetzt.

Claims

Elektromagnetisch betriebenes Einschlaggerät für Befestigungselemente, mit einem Gehäuse (11) und einer darin angeordneten Magnetspule (12) und mit einem, in einer Führung (13) versetzbar gelagerten Magnetanker (14), der über die Magnetspule (12) von einer Ausgangsstellung (30) in eine Endstellung (32) überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftspeicher (15) vorgesehen ist, der über den, mittels der Magnetspule (12) in Richtung des Kraftspeichers (15) von seiner Ausgangsstellung (30) in eine Zwischenstellung (31) versetzten Magnetanker (14) in einer ersten Phase des Setzvorgangs aufladbar ist und über den der Magnetanker (14) in einer zweiten Phase des Setzvorgangs bei Überführung von der Zwischenstellung (31) in die Endstellung (32) in entgegengesetzter Richtung beschleunigbar ist.
Handgeführtes Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (20) vorgesehen ist, über die in der ersten Phase des Setzvorgangs eine, den Magnetanker (14) in Richtung des Kraftspeichers (15) beschleunigende, erste Polarität der Magnetspule (12) schaltbar ist, und über die in der zweiten Phase des Setzvorgangs eine, den Magnetanker (14) in entgegengesetzter Richtung beschleunigende zweite Polarität der Magnetspule (12) schaltbar ist.
Einschlaggerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (15) eine Druckfeder ist, deren erstes Ende (16) gehäusefest ist und deren zweites Ende (17) frei und dem Magnetanker (14) zugewandt ist.
Einschlaggerät, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (14) sich in seiner Ausgangsstellung (30) im Wesentlichen im dem, von der Magnetspule umgebenen Bereich der Führung (13) befindet.
Einschlaggerät, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (14) als Kolben ausgebildet ist.
Einschlaggerät, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (14) mittels eines, vorzugsweise als Zugfeder ausgebildeten, Rückstellmittels (18) in seine Ausgangsstellung (30) zurückführbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betriebenen Einschlaggerätes, bei dem das Einschlaggerät (10) eine in einem Gehäuse (11) angeordnete Magnetspule (12) und einen, in einer Führung (13) versetzbar gelagerten Magnetanker (14) aufweist, wobei der Magnetanker (14) über die Magnetspule (12) von einer Ausgangsstellung (30) in eine Endstellung (32) überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetanker (14) in einer ersten Bestromungsphase der Magnetspule (12) gegen einen Kraftspeicher (15) bewegt wird, wobei der Kraftspeicher (15) dabei aufgeladen wird, und dass der Magnetanker (14) in einer zweiten Bestromungsphase der Magnetspule (12) bei umgepoltem Magnetfeld unter Entladung des Kraftspeichers (15) in entgegengesetzte Richtung beschleunigt wird.