EP1035950A1 - Device for driving a fastening element into a base and use of said device - Google Patents

Device for driving a fastening element into a base and use of said device

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EP1035950A1
EP1035950A1 EP98962387A EP98962387A EP1035950A1 EP 1035950 A1 EP1035950 A1 EP 1035950A1 EP 98962387 A EP98962387 A EP 98962387A EP 98962387 A EP98962387 A EP 98962387A EP 1035950 A1 EP1035950 A1 EP 1035950A1
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EP
European Patent Office
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piston
sleeve
working
piston plate
plate
Prior art date
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EP98962387A
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German (de)
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EP1035950B1 (en
Inventor
Achim Weihrauch
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Kellner Gerd
Original Assignee
Kellner Gerd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kellner Gerd filed Critical Kellner Gerd
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Publication of EP1035950A1 publication Critical patent/EP1035950A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1035950B1 publication Critical patent/EP1035950B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25CHAND-HELD NAILING OR STAPLING TOOLS; MANUALLY OPERATED PORTABLE STAPLING TOOLS
    • B25C1/00Hand-held nailing tools; Nail feeding devices
    • B25C1/08Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure
    • B25C1/10Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure generated by detonation of a cartridge
    • B25C1/14Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure generated by detonation of a cartridge acting on an intermediate plunger or anvil

Definitions

  • the invention relates to a device for placing a fastening element in a setting surface according to the preamble of claim 1 and to the use of this device for fastening components to the setting surface with the aid of the fastening elements according to the preamble of claim 26
  • Numerous devices of this type which are used to fasten a wide variety of components on setting bases of various types by means of fastening elements such as bolts, rivets, nails, are known.
  • the devices work in individual operation, semi-automatically or fully automatically.
  • all devices are constructed identically
  • a working piston is accelerated mechanically or under the pressure of a medium, for example under pyrotechnically generated gas pressure.
  • This working piston drives the actual fastening element.
  • the devices also point Additional devices which fulfill certain additional functions or which serve to ensure the safety of their function or handling.
  • An example of such an additional function is the resetting of the working piston after a setting process.
  • Further additional devices serve, for example, to feed the fastening elements and to dampen or buffer them. semaschine functionally perform secondary tasks
  • Fig. 1 shows a conventional device with its essential
  • 3A em device with the working piston in its starting position, ie before the working stroke
  • 3B shows the device shown in FIG. 3A, with the working piston in its end position, that is to say after the working stroke and before the return
  • FIG. 6 shows a device with a piston plate designed as a step plate
  • FIG. 8 shows a vanante of the device shown in FIG. 3A, with a working piston in a special embodiment
  • FIG. 9 shows a further variant of the device shown in FIG. 3A, with a working piston in a further, special embodiment
  • a working piston 3 is smeared into a housing 1 by means of an auxiliary medium 2.
  • This working piston 3 drives a fastening element 4 to be set, for example a nail or bolt, into a setting base 6, specifically by or for a component 5 to be fastened, which is to be fastened on the setting base 6 by means of the fastening element 4.
  • the working piston 3 moves in a piston guide sleeve 7.
  • the working piston 3 is reset by means of a return device 8.
  • the working piston 3 strikes a damping device 9 , which also serves as a stroke limiter.
  • the working piston 3 has a piston shaft 10 and a piston plate 11. The sealing against a medium-loaded space 2 behind the piston plate 11 is carried out by means of a sealing element 12.
  • the fastening element 4 to be set essentially consists of a bolt shaft 4a, a Bolt base 14 and a guide area 15.
  • An additional device serves as a pin magazine 13.
  • the piston skirt 10 and the fastening element 4 run in a shaft guide sleeve 16.
  • the control takes place via a control device 17.
  • a housing 18 forms a secondary component.
  • a damping element 19 is located between the piston guide sleeve 7 and a mounting sleeve 20.
  • Performance-determining properties of such devices are the working piston output and the piston working path or working piston stroke. mär determined by the mass of the working piston m ⁇ and the piston speed V K. The piston energy E ⁇ and the piston pulse I ⁇ are transmitted to the fastening element and to the housing when the working piston is accelerating and during the setting process. The piston energy E ⁇ and the piston pulse I ⁇ are calculated as follows:
  • REPLACEMENT BI ATT (RULE 26) An energy of 0.25 kJ is therefore required to set the bolt.
  • This energy can be provided, for example, by a device with a mass of bolts and working pistons of 0J kg at a speed of 72 m / s, or with twice the mass of bolts and working pistons of 0.2 kg at a speed of about 50 m / s.
  • the interaction between the working piston and the surrounding device should also be considered.
  • the following considerations serve this purpose: With a mass ratio of piston to housing of 1 to 10 or a piston mass of 0.1 kg and a housing mass of 1 kg and at a piston speed of 30 m / s, the fact that pistons and Housing a return speed of the housing after acceleration of the working piston of 3 m / s.
  • the kinetic energy of the piston is 45 j
  • the kinetic energy of the housing is 4.5 J
  • the sum of the kinetic energies is therefore 49.5 J.
  • the ratio of the kinetic energy of the piston to the total kinetic energy is 49/4, 5 or almost 11.
  • the result is if the total energy is to remain the same and taking into account that the impulses of the piston and the housing must be the same, a piston speed of 20 m / s and a return speed of the housing of 4.5 m / s.
  • the kinetic energy of the cob is 40.5 J and that of the housing 9 J. This now corresponds to a ratio the kinetic energy of the piston to the total kinetic energy of 49.5 / 9 or about 5.5. This means that when the mass of the working piston is doubled from 0.1 kg to 0.2 kg, the energy transmitted to the housing as the recoil energy is increased doubled, namely from about 10% of the total energy to about 20% of the total energy
  • a particular problem with the devices known hitherto consists in the required braking of the working piston.
  • setting processes in which fastening elements are actually used and setting processes in which no fastening elements are set, the latter being feared by the device manufacturers and are referred to as 'empty shots'
  • Such empty shots occur, for example, when there is no attachable fastening element when the device is triggered, or when the intended setting surface is a cavity (e.g. gap) or has a cavity
  • a certain part of the setting process becomes Transfer the piston energy or the piston pulse to the fastening element and the setting surface.
  • Braking the working piston and maintaining a certain setting depth play a role here.
  • the entire piston energy in the device itself must be compensated usually leads to peak loads in the affected components of the device and requires corresponding damping devices or the provision of piston brakes
  • the new device can be manufactured in a previously unrealized minimal device construction length that is practically only is determined by the desired setting depth Furthermore, the new device has a constructive concept that allows a wide variety of device designs, it can be used as a manually operated device as well as a device for extreme requirements or n are manufactured according to very specific specifications, examples include use as a heavy-duty device, for example for setting larger fastening elements in steel construction or for use in production robots, but also in particularly light or miniaturized versions
  • restoring devices or restoring elements must be more functional, should have a small mass to avoid inertial forces and negative influences on the setting process, should only be mechanically loaded by themselves, should only apply the relatively small restoring forces, require a small construction volume and are technical Changes - e.g. when modifying individual elements - can be easily adapted
  • Fig. 2 goes a little closer to the solution of the damping problem according to Kellner / Wurth, which corresponds to the current state of the art.
  • Essential elements in this device are the travel limitation of the working piston 21 by means of a piston rod cone 22 and an elastomeric return spring 27.
  • To brake the Working piston 21 places the piston rod cone 22 in a conical ring-like element 25.
  • This conical ring-like element 25 is buffered by a buffer element 26.
  • the opening angle 28a or 28b determines the radial and axial components of the piston energy.
  • the area of the piston rod cone 22 results from the ratio of the diameters of the rear piston rod part 23 and the front piston rod part 24.
  • E the modulus of elasticity
  • v the impact speed
  • p the density
  • the limit stress is reached for a certain material. This is around 35 m / s for the selected example.
  • materials with higher strengths for example 1500 N / mm 2
  • Limit stresses can be calculated, whereby in the present case the limit stresses can be higher by a factor of 1.5, this results in a speed of approximately 60 m / s.
  • the elastic limit is exceeded and the limit is released local flow in addition, buckling according to Euler is to be expected
  • the stop surface can be formed by the front end surface 37 of a piston sleeve 35.
  • the counter surface 43 can be formed by the end surface of an intercept sleeve 38 connected to the piston plate 11. It is possible to use only the piston sleeve 35, only the ring element 39 to be provided with the interception sleeve 38 or a combination of piston sleeve 35 and ring element 39 / interception sleeve 38.
  • the interception sleeve can also be designed in the form of a web
  • This arrangement forms a space which serves as a spring chamber 44, through which the return device 8 can be inserted.
  • This return position 8 is only used during the setting process and during the instruction shot by its own load.
  • the impact transmitted to the piston sleeve 35 or the ring element 38 acts via a Tragemng 29, which in turn can be shock-buffered again if necessary against the housing by means of a damping element
  • the piston speed can be changed within wide limits with constant powder energy via the vanation of the piston mass
  • the piston skirt 34 can be made as stiff as desired -
  • the piston plate 11 together with the piston sleeve 35 is an extremely rigid component
  • Dental design of the shaft can, for example, be used for materials which are subjected to special treatments to achieve certain mechanical properties, for example high breaking strength, which are only possible with dental bodies, for example strain hardening rchhammern Among other things, nitrogen-alloyed steels are available in the dimensions in question here with strengths of up to close to 3000 N / mm 2
  • Multi-gradient materials can be used in the highly stressed areas, which are denoted by circles in FIG. 3B. These are materials in which, for example, the mechanical properties, for example the hardness, changes in one direction between predetermined limit values, for example on the finished body in the axial or radial direction, but generally not in two orthogonal directions
  • the concept can be optimally adapted to different requirements for setting depth and setting performance. Because of the short piston rods and their high rigidity, not only very large setting depths can be realized, but also very high setting forces can be handled
  • the concept optimally does justice to the circumstances, since the required restoring forces are relatively low. This follows solely from the piston dimensions, which, for example, were allowed to move between 50 and 300 grams for devices for manual operation.
  • the reset device must therefore be primarily one Ensure that the piston can be reset sufficiently quickly and securely and that the piston is fixed in the starting position.
  • the working piston is shown in its foremost position.
  • the abutment surface of the piston sleeve 35 and the counter surface of the interception sleeve 38 abut one another, so that the piston sleeve 35 together with the ring element 39 of the interception sleeve 38 forms the spring chamber 44 which is closed here and which accommodates the resetting device, for example a resetting spring or other resetting elements.
  • FIGS. 4A and 4B show a zone 48A or chamber 48B containing the reset device 8, which is indicated by an arrow, in two borderline cases.
  • zone 48a is formed solely by a long piston sleeve 35a; according to FIG. 4B, chamber 48b is created solely by a long catch sleeve 39a.
  • the counter ring 50 becomes correspondingly flat in the first case according to FIG. 4A and the piston plate 51 in the second case according to FIG. 4B.
  • FIG. 4A also shows examples of the supply of a working medium, for example a working gas.
  • a working medium for example a working gas.
  • the feed can also take place via passages 47a distributed over the circumference or via a plurality of bores 47b.
  • FIG. 4A Also shown in FIG. 4A are examples of various seals in the area of the working piston with respect to the media space, which are necessary when using fluid drive means.
  • This can be, for example, an annular seal 49a or a labyrinth seal 49b, which are shown as an example in the upper half of FIG. 4A; long piston sleeves are advantageously guided only at their ends, as shown in the lower half of Fig. 4A; a special sealing element can be dispensed with due to the cavity 49c.
  • the moving components can be damped
  • damping elements can be provided by vulcanization both in the area of the interception sleeve 38 and the piston plate 11 or the piston sleeve 35.
  • the damping in the area of the housing surrounding the work area can be influenced
  • the 'degree of filling' can e.g. due to the special dynamic properties of rubber in a rubber damper in combination with the damping element, any damping function can be set through material and shape, up to 'shock-resistant' behavior when fully filled.
  • the interception sleeve 38 consists entirely or partially of heavy or hard metal, ceramic, light metal or fiber-reinforced materials according to the properties hard, heavy, light, steaming.
  • the piston plate 11 contains elements made of glass fiber-reinforced materials, for example, according to the properties light, steaming,
  • a vulcanization layer is introduced into the piston plate 11,
  • the piston shaft 34 is mounted in the piston plate 11 with shock absorption, -
  • the interception sleeve 38, the piston shaft 34 or the piston plate 11 with the piston sleeve 35 consists of a multi-gradient material
  • piston plate 11 can be produced using a casting technique. This is particularly advantageous in the case of non-rotationally symmetrical shapes or a more complex design of piston plate 11 and piston sleeve 35 in connection with piston shaft 34.
  • the connection between piston plate 11 and piston shaft 34 can be detachable or non-detachable and can be implemented, for example, by means of threads, soldering, gluing, vulcanizing, friction welding, interface sintering, clamping or shrinking
  • 5A to 5E show examples of devices with mechanical reset devices or reset elements
  • the restoring elements are a simple rubber sleeve or a hose 52, consisting, for example, of a homogeneous elastomeric material or of foamed material.
  • Appropriate guides 52a must be provided for the piston strokes. Such simple arrangements are only suitable for relatively short working strokes 31. It must also be ensured, for example by the design of the spring chamber, that the movement of the piston sleeve 35 takes place undisturbed. A thin sleeve 52b can contribute to this.
  • the restoring element consists either of a system with rubber hollow chambers 53a, as shown in the upper half of FIG. 5B, or of a bellows-like element 53b, as shown in the lower half of FIG. 5B.
  • FIG. 5C contains a reset device corresponding to that of FIG. 2, but without the rubber spring 54a having to apply braking effects or a force to limit the stroke.
  • the rings or disks 54b serve here as fixing elements.
  • the reset device is a metal spiral spring 55a.
  • the resetting device is formed by a metal spring with a square cross section / flat wire 55b.
  • the metal springs are fixed by the surfaces 56a, 56b and 56c.
  • FIG. 5F An example of multi-stage or multi-part reset devices is shown in FIG. 5F. It is a combination of an element 57a on the head or sleeve side, an element 57b on the piston plate side and a separating element 57c. This element can also serve as a buffer between the end faces 37 and 43.
  • a step plate 60 which is composed of a front piston plate part 61 and a rear piston plate part 62.
  • the piston chamber sleeve or piston guide sleeve 64 for receiving this step plate 60 is adapted accordingly.
  • This embodiment is advantageous if, for example, a load change is to be achieved during the working stroke.
  • the outer region of the front piston plate part 61 then expediently takes over the tasks of the guide and the media seal 63. In this way, it is possible in principle between the driven piston part and the
  • ERSATZBUVTT (RULE 26) guided or steamed or reset part, a structural separation can be carried out.
  • the rear part of the piston chamber sleeve or piston guide sleeve 64 is particularly suitable here, for example, to accommodate an adjustment device 64a for changing the output chamber volume
  • FIGS. 7A and 7B show devices with possible reinforcements of the piston skirt in the area of the piston plate. This concept is suitable for absorbing the increased dynamic stresses occurring in the transition area between the piston plate and piston skirt, which also includes FIG. 3B the zones 45c, 45d and 45e shown there
  • the diameter of the shaft 66 increases towards the rear.
  • the rear piston shaft part 66a is connected, for example, by means of a thread 66b to the correspondingly designed piston plate 69.
  • the piston plate 69 and the piston shaft 66 or the rear piston shaft part 66a can be designed in this way That the rear piston shaft part 66a extends through the piston plate 69 or is only inserted into the piston plate 69.
  • the piston shaft part 66a which is continuous in this example contains a bore 67 on the side of the anti-abrasive fluid for media guidance. The volume thereof can be changed by a screwed-in element 68
  • FIG. 7B shows a working piston with a cylindrical piston shaft 70 inserted into the piston plate 71 and mounted in a corresponding piston shaft holder 71a in the piston plate 71.
  • the connection between the piston shaft 70 and the piston shaft holder 71a can be made, for example, by means of threads, soldering or mounting. shrinking take place
  • the piston plate 71 has a recess 72, for example in the form of a rotation for media guidance or for changing the original media volume
  • Fig. 8 shows a working piston for a device according to Fig. 3 with a continuous piston shaft 73.
  • the piston shaft 73 is purely cylindrical and thus has the simplest possible shape.
  • a bore 74 can also be made in the piston shaft 73, which, if necessary, also protects against media space a plug 75 can be closed. Such a bore can also be used, among other things, for medium to guide the shaft 73 onto the fastening element to be placed.
  • the piston plate 76 and its area for receiving the piston skirt or guide 76a are configured accordingly.
  • the working piston with its possible variations represents the central component of the device. It is particularly important to divide it into a stem area and a piston plate area. It is only this subdivision that gives the constructive and material scope that has already been described, which enables optimal adaptation to the respective load situations.
  • FIGS. 10A to 10E show some examples for varying the working stroke 31 or the setting depth.
  • the setting depth or the working stroke 31 can be varied, for example
  • shaft extensions 83 of different lengths which are either permanently connected to the piston shaft 84, for example soldered, glued or metallically connected, or which are interchangeable and mortised, screwed together via a pin 85 of the shaft attachment 83 or a pin 86 of the piston shaft 84, for which reference is made to FIG. IOC;
  • 11B shows a further variant of the new device.
  • the piston sleeve 35 rests directly on the front boundary surface of the piston chamber 87a.
  • the ring 87 can be omitted for a given length of the piston sleeve 35 and the front end face of the spring element 55b can be moved correspondingly far forward by directly placing it on the mounting sleeve 89, for which purpose reference is made to FIG. 11C.
  • the piston shaft 34 can be resiliently mounted via an inner piston plate 90 in a correspondingly designed outer piston plate 91.
  • This can be done for example by means of a piston plate spring 92 or via an elastomeric damping element 90a, for which reference is made to FIG. 12A.
  • 12B shows a variant in which the piston plate 90, which is sprung, for example, via a piston plate spring 92 or an elastomeric layer 90b, is acted upon directly by the gas force.
  • 13A and 13B relate to an embodiment of the new device for highly specialized applications.These are tandem systems with a working piston plate 97, in which there is a further piston or secondary piston 94. According to FIG.
  • the inner piston 94 moves in a rear piston sleeve closed by a cover 98
  • Control is a particular advantage of electrical equipment.
  • the energy can be set according to the required setting power. Due to the very short signal propagation times, it is also possible to control the system itself during the setting process.

Abstract

The invention relates to a device for driving fastening elements into a base for the purpose of fastening structural components. Said device has a working piston whose range of acceleration and deceleration can be adapted to different conditions whilst maintaining an optimal driving depth (31) and minimal piston length (32). This applies to mechanical, pyrothechnical, pneumatic, electromagnetic and electrothermal working piston drive mechanisms. These devices can be configured for manual use or for production robots, and are characterised mainly in that the working stroke is limited by a piston sleeve (35) which is connected to the piston plate (11), a land (39) which is connected to a ring element (38) or a combination of the two. A chamber is therefore formed on the piston plate side (48a) and the ring side (48b). Said chamber accommodates an e.g. mechanical return device (8) which is subjected to its own load only during the driving-in and gauging processes. The remaining piston energy is cushioned by a buffer (30). The modular configuration of the piston plate (11) and the piston shaft (10) means that the components can be optimised independently in terms of shape and material. The piston mass can be varied considerably. The device can be configured with any degree of rigidity and can be adapted to different fastening elements, bases and driving-in conditions.

Description

Beschreibung description
Gerät zum Setzen eines Befestigungselementes in einen Setzuntergrund und Verwendung des GerätesDevice for placing a fastening element in a setting surface and using the device
Die Erfindung betrifft ein Gerat zum Setzen eines Befestigungselementes in einen Setzuntergrund nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Verwendung dieses Gerätes zum Befestigen von Bauteilen am Setzuntergrund mit Hilfe der Befestigungselemente nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 26The invention relates to a device for placing a fastening element in a setting surface according to the preamble of claim 1 and to the use of this device for fastening components to the setting surface with the aid of the fastening elements according to the preamble of claim 26
Zahlreiche Gerate dieser Art, welche zum Befestigen von verschiedensten Bauteilen auf Setzgrunden unterschiedlicher Art mittels Befestigungselementen wie Bolzen, Nieten, Nageln verwendet werden, sind bekannt Je nach der Ausfuhrung arbeiten die Gerate im Einzelbetrieb, halb- oder vollautomatisch Grundsätzlich sind alle Gerate gleich auf- gebaut Ein Arbeitskolben wird mechanisch oder unter dem Druck eines Mediums, beispielsweise unter pyrotechnisch erzeugtem Gasdruck, beschleunigt Dieser Arbeitskolben treibt seinerseits das eigentliche Befestigungselement an Die Gerate weisen ferner Zusatzemnchtungen auf, die bestimmte Zusatzfunktionen erfüllen oder der Sicherheit ihrer Funktion oder ihrer Handhabung dienen Ein Beispiel für eine derartige Zusatzfunktion ist das Zurückstellen des Arbeitskolbens nach einem Setzvorgang Weitere Zusatzeinrichtungen dienen beispielsweise der Zufuhrung der Befestigungselemente und der Dampfung bzw Pufferung Noch weitere Bauteile wie beispielsweise Gehau- seteile erfüllen funktionell sekundäre AufgabenNumerous devices of this type, which are used to fasten a wide variety of components on setting bases of various types by means of fastening elements such as bolts, rivets, nails, are known. Depending on the design, the devices work in individual operation, semi-automatically or fully automatically. In principle, all devices are constructed identically A working piston is accelerated mechanically or under the pressure of a medium, for example under pyrotechnically generated gas pressure. This working piston in turn drives the actual fastening element. The devices also point Additional devices which fulfill certain additional functions or which serve to ensure the safety of their function or handling. An example of such an additional function is the resetting of the working piston after a setting process. Further additional devices serve, for example, to feed the fastening elements and to dampen or buffer them. seteile functionally perform secondary tasks
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird dann gesehen,The object of the present invention is then seen
- ein Gerat der eingangs genannten Art zu schaffen, das so konzipiert ist, dass es nicht nur die Grundfunktion sondern auch verschiedene Zusatzfunktionen optimal erfüllt, und das so konzipiert ist, dass zahlreiche Vananten m der Ausbildung und Verwendung des Gerätes möglich sind, und - eine Verwendung dieses Gerätes vorzuschlagento create a device of the type mentioned at the outset, which is designed in such a way that it not only optimally fulfills the basic function but also various additional functions, and which is designed in such a way that numerous vanants are possible in the design and use of the device, and - one Suggest using this device
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 bzw des Patentanspruchs 26 gelost Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele des erfindungsgemassen Gerätes sind durch die vom Patentanspruch 1 abhangigen Patentansprüche definiertThis object is achieved by the features of the characterizing part of patent claim 1 and of patent claim 26. Advantageous further developments and preferred exemplary embodiments of the device according to the invention are defined by the patent claims dependent on patent claim 1
Das Prinzip der Erfindung und die mit ihr erzielten Vorteile werden im folgenden anhand von Beispielen und mit Bezug auf die Zeichnung ausführlich beschrieben, dabei werden nicht nur die Erfindung sondern auch grundlegende Theorien der Setztechnik und der Stand der Technik erläutert Es zeigtThe principle of the invention and the advantages achieved with it are described in detail below with the aid of examples and with reference to the drawing, not only the invention but also basic theories of setting technology and the prior art are explained. It shows
Fig. 1 ein herkömmliches Gerat mit seinen wesentlichenFig. 1 shows a conventional device with its essential
Bauteilen, in vereinfachter, schematischer Darstellung,Components, in a simplified, schematic representation,
Fig. 2 ein weiteres herkömmliches Gerat,2 shows another conventional device,
Fig. 3A em Gerat nach der Erfindung, mit dem Arbeitskolben in seiner Ausgangslage, also vor dem Arbeitshub, Fig.3B das in Fig.3A dargestellte Gerat, mit dem Arbeitskolben in seiner Endlage, also nach dem Arbeitshub und vor der Ruckstellung,3A em device according to the invention, with the working piston in its starting position, ie before the working stroke, 3B shows the device shown in FIG. 3A, with the working piston in its end position, that is to say after the working stroke and before the return,
Fig. 4A und 4B zwei Gerate mit Vananten der erfindungsgemassen Hubbegrenzung,4A and 4B two devices with vanants of the stroke limitation according to the invention,
Fig. 5A bis 5F mehrere Gerate mit verschiedenen Ausfuhrungsformen mechanischer Ruckstelleinnchtungen,5A to 5F several devices with different embodiments of mechanical reset points,
Fig. 6 ein Gerat mit einem als Stufenteller ausgebildeten Kolbenteller,6 shows a device with a piston plate designed as a step plate,
Fig. 7A und 7B Gerate mit Verstärkungen des Kolbenschaftes im Bereich der Befestigung des Kolbentellers,7A and 7B devices with reinforcements of the piston skirt in the area of the attachment of the piston plate,
Fig. 8 eine Vanante des in Fig. 3A dargestellten Gerätes, mit einem Arbeitskolben in einer speziellen Ausfuhrung,8 shows a vanante of the device shown in FIG. 3A, with a working piston in a special embodiment,
Fig. 9 eine weitere Variante des in Fig. 3A dargestellten Gerätes, mit einem Arbeitskolben in einer weiteren, speziellen Ausfuhrung,9 shows a further variant of the device shown in FIG. 3A, with a working piston in a further, special embodiment,
Fig. 10A bis 10E Gerate mit konstruktiven Möglichkeiten zur Veränderung des Arbeitshubes des Arbeitskolbens,10A to 10E devices with design options for changing the working stroke of the working piston,
Fig. 11 A bis 11 C drei Geraten mit Ausfuhrungsbeispielen zur Anordnung der Ruckstellfeder nach Fig. 5E,11 A to 11 C three devices with exemplary embodiments for the arrangement of the return spring according to FIG. 5E,
Fig. 12A und 12B zwei Ausfiihrungsbeispiele von Geraten mit Arbeitskolben mit Dampfung, Fig. 13A bis 13B zwei Gerate mit Tandem-Systemen, bei welchen der Arbeitskolben einen Sekundarkolben enthalt, und12A and 12B two exemplary embodiments of devices with working pistons with damping, 13A to 13B two devices with tandem systems in which the working piston contains a secondary piston, and
Fig. 14A und 14B Gerate mit elektromagnetischen Antneb des Arbeitskolbens14A and 14B devices with electromagnetic Antneb of the piston
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass in den verschiedenen Geraten angeord- nete Bauteile, die entsprechende Funktionen erfüllen, je nach Gerat teilweise mit verschiedenen Bezugszeichen versehen sind, und dass nicht bei jedem Gerat alle Bestandteile mit Bezugszeichen versehen sindAt this point, it should be pointed out that components arranged in the various devices, which fulfill corresponding functions, are sometimes provided with different reference symbols depending on the device, and that not all components are provided with reference symbols for each device
Fig. 1 zeigt die wesentlichen Bauteile eines herkömmlichen Gerätes In einem Gehau- se 1 wird mittels eines Antnebsmediums 2 ein Arbeitskolben 3 beschleumgt Dieser Arbeitskolben 3 treibt ein zu setzendes Befestigungselement 4, beispielsweise einen Nagel oder Bolzen, in einen Setzuntergrund 6, und zwar durch oder für ein zu befestigendes Bauteil 5, welches mittels des Befestigungselementes 4 auf dem Setzuntergrund 6 zu befestigen ist Der Arbeitskolben 3 bewegt sich in einer Kolbenfuhrungshulse 7. Die Ruckstellung des Arbeitskolbens 3 erfolgt mittels einer Ruckstelleinrichtung 8. Der Aufschlag des Arbeitskolbens 3 erfolgt auf eine Dampfungseinrichtung 9, die auch als Hubbegrenzung dient Der Arbeitskolben 3 weist einen Kolbenschaft 10 und einen Kolbenteller 11 auf Die Abdichtung gegenüber einem mediumbeaufschlagten Raum 2 hinter dem Kolbenteller 11 erfolgt mittels eines Dichtungselements 12. Das zu setzende Befestigungselement 4 besteht im wesentlichen aus einem Bolzenschaft 4a, einem Bolzenboden 14 und einem Fuhrungsbereich 15. Eine Zusatzeinnchtung dient als Bolzenmagazin 13. Der Kolbenschaft 10 und das Befestigungselement 4 laufen in einer Schaftfuhrungshulse 16. Die Steuerung erfolgt über eine Steueremnchtung 17. Ein Gehäuse 18 bildet ein sekundäres Bauelement Ein Dampfungselement 19 befindet sich zwischen der Kolbenfuhrungshulse 7 und einer Aufsetzhulse 20.1 shows the essential components of a conventional device. A working piston 3 is smeared into a housing 1 by means of an auxiliary medium 2. This working piston 3 drives a fastening element 4 to be set, for example a nail or bolt, into a setting base 6, specifically by or for a component 5 to be fastened, which is to be fastened on the setting base 6 by means of the fastening element 4. The working piston 3 moves in a piston guide sleeve 7. The working piston 3 is reset by means of a return device 8. The working piston 3 strikes a damping device 9 , which also serves as a stroke limiter. The working piston 3 has a piston shaft 10 and a piston plate 11. The sealing against a medium-loaded space 2 behind the piston plate 11 is carried out by means of a sealing element 12. The fastening element 4 to be set essentially consists of a bolt shaft 4a, a Bolt base 14 and a guide area 15. An additional device serves as a pin magazine 13. The piston skirt 10 and the fastening element 4 run in a shaft guide sleeve 16. The control takes place via a control device 17. A housing 18 forms a secondary component. A damping element 19 is located between the piston guide sleeve 7 and a mounting sleeve 20.
Leistungsbestimmende Eigenschaften derartiger Gerate sind die Arbeitskolbenleistung und der Kolbenarbeitsweg bzw Arbeitskolbenhub Die Arbeitskolbenleistung wird pn- mär durch die Masse des Arbeitskolbens mκ und die Kolbengeschwindigkeit VK bestimmt. Die Kolbenenergie Eκ und der Kolbenimpuls Iκ werden beim Beschleunigen des Arbeitskolbens und beim Setzvorgang auf das Befestigungselement und auf das Gehäuse übertragen. Die Kolbenenergie Eκ und der Kolbenimpuls Iκ berechnen sich wie folgt:Performance-determining properties of such devices are the working piston output and the piston working path or working piston stroke. mär determined by the mass of the working piston m κ and the piston speed V K. The piston energy E κ and the piston pulse I κ are transmitted to the fastening element and to the housing when the working piston is accelerating and during the setting process. The piston energy E κ and the piston pulse I κ are calculated as follows:
Eκ = mκ II vκ 2 E κ = m κ II v κ 2
Iκ = mκI κ = m κ
Die Eigenschaften des Befestigungselements - immer ausreichende Formstabilität beimThe properties of the fastener - always sufficient dimensional stability when
Setzvorgang vorausgesetzt - können durch die gewünschte Eindringtiefe in den Set- zuntergrund und durch die Art des Setzkanals beschrieben bzw. definiert werden. Geht man davon aus, dass die zum Verdrängen eines Volumenelementes V im Setzuntergrund benötigte kinetische Energie E in erster Näherung konstant bleibt - in der Endballistik hat diese Aussage als sog, Cranz'sches Modellgesetz weite Verbreitung gefunden -,so ergeben sich aus der Beziehung E/V = k wobei k eine Konstante ist, die wesentlichsten Kriterien für die Setzleistung und daraus grundsätzliche Überlegungen für die Geräte. Im folgenden wird dies an einem vergleichsweise einfachen Beispiel erläutert.Assuming the setting process - can be described or defined by the desired depth of penetration into the setting surface and by the type of setting channel. If one assumes that the kinetic energy E required to displace a volume element V in the subsurface remains constant in the first approximation - this statement has become widespread in so-called Cranz's model law in end ballistics - the relationship E / V = k where k is a constant, the most important criteria for the setting power and from this fundamental considerations for the devices. This is explained in the following using a comparatively simple example.
Gibt man bei einer vorgegebenen Konzeption des Bolzens eine bestimmte Setztiefe vor. so kann die hierfür benötigte kinetische Energie des Arbeitskolbens beispielsweise nach der Theorie von Richter, die im ISL weiterentwickelt wurde, abgeschätzt werden. Diese Theorie wurde für eindringende stane Kerne unterschiedlicher Spitzen- bzw. Ogivenform aufgestellt und berücksichtigt neben der Materialfestigkeit auch Trägheits- und Reibungskräfte; die ursprünglich für homogene Ziele aufgestellte Theorie wurde auch auf Ziele mit mehrschichtiger Anordnung ausgedehnt, wozu auf den ISL-Beήcht R 120/83 *Eine Panzerformel für unverformbare Ogivalgeschosse und ihre Erweiterung auf verformbare Projektile* von K. Hoog hingewiesen wird. Die Theorie befasst sich mit der analytischen Behandlung endballistischer Fragen bei nicht verformbaren Penetratoren. Bei einer Setztiefe von 10 mm in einem Setzuntergrund aus Baustahl und einem Bolzen mit einem Durchmesser von 4 mm und mit einer Spitze in Form einer Ogive gilt, falls diese Ogive schlank ist, die folgende Beziehung:Given a given conception of the bolt, a certain depth of insertion is specified. For example, the kinetic energy of the working piston required for this can be estimated according to Richter's theory, which was further developed at the ISL. This theory was developed for penetrating stane cores of different tip or ogive shape and takes into account not only the material strength but also inertia and frictional forces; The theory originally set up for homogeneous targets was also extended to targets with a multilayer arrangement, for which reference is made to the ISL-Beήcht R 120/83 * a tank formula for non-deformable ogive projectiles and their extension to deformable projectiles * by K. Hoog. The theory deals with the analytical treatment of end ballistic questions in non-deformable penetrators. With a setting depth of 10 mm in a setting base made of structural steel and a bolt with a diameter of 4 mm and with a tip in the form of an ogive, if this ogive is slim, the following relationship applies:
E/V * 2E / V * 2
ERSATZBI-ATT (REGEL 26) Es wird also zum Setzen des Bolzens eine Energie von 0,25 kJ benötigt. Diese Energie kann beispielsweise von einem Gerät mit einer Masse von Bolzen und Arbeitskolben von 0J kg bei einer Geschwindigkeit von 72 m/s zur Verfügung gestellt werden, oder bei einer doppelt so grossen Masse von Bolzen und Arbeitskolben von 0,2 kg bei einer Geschwindigkeit von etwa 50 m/s. Nach der Theorie von Richter steigt bei konstanter Energie die Tiefenleistung mit abnehmender Auftreffgeschwindigkeit, und zwar um etwa 20 %, wenn sich die Auftreffgeschwindigkeit gemäss dem oben erwähnten Beispiel von 72 m/s auf 50 m/s reduziert; infolge des geringeren Energiebedarfes müsste daher für die vorgesehenen Setztiefe bei geringerer Auftreffgeschwindigkeit die letzte- re nicht 50 m s sondern nur etwa 40 m/s betragen. Diese Relationen muss bei der Auslegung der Geräte in Bezug auf die Masse des Arbeitskolbens und die Geschwindigkeit beachtet werden. Die entsprechenden Überlegungen sind auch deshalb von Bedeutung, weil im Zusammenhang mit einem möglichen Knicken, auf welches weiter unten eingegangen wird, gezeigt werden kann, dass eine kritische, gerätespezifische Geschwin- digkeit nicht überschritten werden darf bzw. dass mit der Konzeption des Gerätes die Grenzen für die dynamischen Grossen festgelegt werden.REPLACEMENT BI ATT (RULE 26) An energy of 0.25 kJ is therefore required to set the bolt. This energy can be provided, for example, by a device with a mass of bolts and working pistons of 0J kg at a speed of 72 m / s, or with twice the mass of bolts and working pistons of 0.2 kg at a speed of about 50 m / s. According to Richter's theory, with constant energy, the depth power increases with decreasing impact speed, namely by about 20% when the impact speed decreases from 72 m / s to 50 m / s according to the example mentioned above; As a result of the lower energy requirement, the latter should not be 50 ms but only about 40 m / s for the intended setting depth at a lower impact speed. These relationships must be taken into account when designing the devices with regard to the mass of the working piston and the speed. The corresponding considerations are also important because in connection with a possible kink, which will be discussed below, it can be shown that a critical, device-specific speed must not be exceeded or that the design of the device pushes the limits for the dynamic sizes.
Im Zusammenhang mit der Frage nach einer vorteilhaften Kolbengeschwindigkeit bei vorgegebener Kolbenenergie sollte auch das Zusammenwirken zwischen Arbeitskolben und umgebendem Gerät in die Betrachtungen einbezogen werden. Dazu dient folgende Überlegung: Bei einem Massenverhältnis von Kolben zu Gehäuse von 1 zu 10 bzw. einer Kolbenmasse von 0, 1 kg und einer Gehäusemasse von 1 kg sowie bei einer Kolbengeschwindigkeit von 30 m/s ergibt sich aus der Tatsache der Impulsgleichheit von Kolben und Gehäuse eine Rücklaufgeschwindigkeit des Gehäuses nach Beschleuni- gung des Arbeitskolbens von 3 m/s. Die kinetische Energie des Kolbens beträgt 45 j, die kinetische Energie des Gehäuses 4,5 J, und die Summe der kinetischen Energien beläuft sich demzufolge auf 49,5 J. Das Verhältnis der kinetischen Energie des Kolbens zur gesamten kinetischen Energie beträgt 49/4,5 oder beinahe 11. Wird nun die Kolbenmasse auf 0,2 kg erhöht und gleichzeitig die Gehäusemasse auf 0,9 kg gesenkt, damit die gesamte Masse sich nicht verändert, so ergibt sich, wenn die gesamte Energie gleich bleiben soll und unter Berücksichtigung, dass die Impulse von Kolben und Gehäuse gleich sein müssen, eine Kolbengeschwindigkeit von 20 m/s und eine Rücklaufgeschwindigkeit des Gehäuses von 4,5 m/s. Die kinetischen Energie des Kobens beträgt dabei 40,5 J und diejenige des Gehäuses 9 J. Dies entspricht nun einem Verhältnis der kinetischen Energie des Kolbens zur gesamten kinetischen Energie von 49,5/9 bzw von etwa 5,5 Dies bedeutet, dass bei einer Verdoppelung der Masse des Arbeitskolbens von 0, 1 kg auf 0,2 kg die dem Gehäuse als Ruckstossenergie übermittelte Energie sich verdoppelt, namhch von etwa 10% der Gesamtenergie auf etwa 20 % der Gesam- tenergieIn connection with the question of an advantageous piston speed for a given piston energy, the interaction between the working piston and the surrounding device should also be considered. The following considerations serve this purpose: With a mass ratio of piston to housing of 1 to 10 or a piston mass of 0.1 kg and a housing mass of 1 kg and at a piston speed of 30 m / s, the fact that pistons and Housing a return speed of the housing after acceleration of the working piston of 3 m / s. The kinetic energy of the piston is 45 j, the kinetic energy of the housing is 4.5 J, and the sum of the kinetic energies is therefore 49.5 J. The ratio of the kinetic energy of the piston to the total kinetic energy is 49/4, 5 or almost 11. If the piston mass is now increased to 0.2 kg and at the same time the housing mass is reduced to 0.9 kg so that the total mass does not change, the result is if the total energy is to remain the same and taking into account that the impulses of the piston and the housing must be the same, a piston speed of 20 m / s and a return speed of the housing of 4.5 m / s. The kinetic energy of the cob is 40.5 J and that of the housing 9 J. This now corresponds to a ratio the kinetic energy of the piston to the total kinetic energy of 49.5 / 9 or about 5.5. This means that when the mass of the working piston is doubled from 0.1 kg to 0.2 kg, the energy transmitted to the housing as the recoil energy is increased doubled, namely from about 10% of the total energy to about 20% of the total energy
Die obige Energiebetrachtung spncht zwar für eine hohe Kolbengeschwindigkeit, im Gegensatz zur weiter oben erläuterten Theorie von Richter, gemäss welcher eine med- nge Kolbengeschwindigkeit vorzuziehen ist Weiterhin ist in der Praxis bei einer kon- struktiv bedingten Veränderung der Kolbenmasse mit erheblich genngeren Massendifferenzen zwischen Arbeitskolben und Gehäuse zu rechnen als mit den oben erwähnten Massendifferenzen, so dass das Verhältnis der Energien von Arbeitskolben und Gehäuse lediglich um 3 % bis 5 % ungunstiger werden kann, wenn die Kolbengeschwindigkeit abnimmt Damit überwiegen die endballistischen Argumente gemäss der Theone von Richter zugunsten einer eher tieferen Kolbengeschwindigkeit Hinzu kommen noch die Betrachtungen zum Knicken und zu den zulassigen Materialspannungen, die beide ebenfalls die Kolbengeschwindigkeit begrenzen Diese Überlegungen zeigen auch, dass über die Massen- bzw Energieverteilung auf die Stossbelastung des Gehäuses Einfluss genommen werden kannThe above energy considerations do not support a high piston speed, in contrast to Richter's theory explained above, according to which a narrow piston speed is preferable. In practice, a design-related change in the piston mass leads to significantly smaller mass differences between the working piston and To calculate the housing than with the mass differences mentioned above, so that the ratio of the energies of the working piston and housing can only be 3 to 5% less favorable if the piston speed decreases.Thus, the final ballistic arguments, according to Richter's Theone, favor a lower piston speed In addition, there are the considerations of buckling and the permissible material stresses, both of which also limit the piston speed. These considerations also show that the mass and energy distribution have an impact on the shock load on the housing can be called
Die Behandlung gerate- und werkstoffspezifischer Fragen und die entsprechenden Berechnungen können generell am besten für Stoffe durchgeführt werden, deren mechanisch-dynamisches Verhalten z B über analytische Zusammenhange beschreibbar ist Sehr viel komplexer und entsprechend auch schwienger zu behandeln bzw zu berech- nen sind Setzvorgange, bei denen die Befestigungselemente bzw Bolzen in inhomogene und mchtmetallische Untergrunde wie z B Beton, insbesondere armierten Beton, Beton mit Steinemschlussen, poröse und spröde bzw harte Stoffe, sowie mehrschichtige Aufbauten gesetzt werden Ein weiteres, technisch anspruchsvolles Problem beim Setzen von Befestigungselementen bzw Bolzen ist dann gegeben, wenn sich das zu be- festigende Bauelement beispielsweise Verschalungen, Isolationsmatten oder Metallplatten, und der Setzuntergrund in Aufbau und mechamschen Eigenschaften stark unterscheiden Aus der obigen Darlegung der Probleme ergibt sich zwangsläufig, dass die wesentlichen Bauteile der Gerate, nämlich die Arbeitskolben-Einheit, so konzipiert und ausgeführt sein muss, dass sie den unterschiedlichen vorkommenden Einsatzbedingungen entspπcht Weiterhin muss die Arbeitskolben-Einheit ohne Änderung des Konzeptes bzw mittels relativ einfacher Änderung von Einzelkomponenten optimal an verschiedene Erfordernisse angepasst werden können Obige Forderungen werden noch dadurch unterstnchen, dass sich ändernde Sicherheitsvorschnften einzuhalten sindThe treatment of device- and material-specific questions and the corresponding calculations can generally be best carried out for substances whose mechanical-dynamic behavior can be described, for example, by means of analytical relationships. Much more complex and accordingly, setting processes are more difficult to treat or to calculate to which the fastening elements or bolts are placed in inhomogeneous and non-metallic substrates such as concrete, in particular reinforced concrete, concrete with stone inclusions, porous and brittle or hard materials, as well as multi-layer structures. Another technically demanding problem when installing fastening elements or bolts is then given , if the component to be fastened, for example cladding, insulation mats or metal plates, and the setting substrate differ greatly in structure and mechanical properties From the above explanation of the problems, it is inevitable that the essential components of the devices, namely the working piston unit, must be designed and implemented in such a way that they correspond to the different operating conditions occurring. Furthermore, the working piston unit must be changed without changing the concept or by means of relative means Simple modification of individual components can be optimally adapted to various requirements. The above requirements are further emphasized by the fact that changing safety regulations must be observed
Setzleistung, zuverlässige Funktion bei unterschiedlichen Mateπalpaarungen und vor- bestimmte einzuhaltende Setztiefe sind also in Verbindung mit der Vanationsfahigkeit der einzelnen Geratebestandteile entscheidende Voraussetzungen für eine technisch optimale LosungSetting performance, reliable function with different material pairings and pre-determined setting depth to be observed are, in connection with the ability of the individual device components to vanish, are decisive prerequisites for a technically optimal solution
Ein besonderes Problem bei den bisher bekannten Geraten besteht im erforderlichen Abbremsen des Arbeitskolbens Bei der Behandlung dieses Problems muss zwischen Setzvorgangen, bei welchen tatsachlich Befestigungselemente gesetzt werden, und Setzvorgangen, bei welchen keine Befestigungselemente gesetzt werden, zu unterscheiden, die letzteren sind von den Gerateherstellern gefurchtet und werden als 'Leerschusse' bezeichnet Solche Leerschusse treten zum Beispiel auf, wenn beim Auslosen des Gerätes kein setzbares Befestigungselement vorhanden ist, oder wenn der vorgesehene Setzuntergrund ein Hohlraum ist (z B Spalt) oder einen Hohlraum aufweist Beim Setzvorgang wird bekanntlich em gewisser Teil der Kolbenenergie bzw des Kol- bemmpulses auf das Befestigungselement und den Setzuntergrund übertragen Das Abbremsen des Arbeitskolbens und die Einhaltung einer bestimmten Setztiefe spielen hierbei eine Rolle Bei Leerschüssen muss die gesamte Kolbenenergie im Gerat selbst kompensiert werden Dies fuhrt in der Regel zu Spitzenbelastungen in den betroffenen Bauteilen des Gerätes und bedingt entsprechende Dampfungseinπchtungen bzw das Vorsehen von KolbenbremsenA particular problem with the devices known hitherto consists in the required braking of the working piston. When dealing with this problem, a distinction must be made between setting processes in which fastening elements are actually used and setting processes in which no fastening elements are set, the latter being feared by the device manufacturers and are referred to as 'empty shots' Such empty shots occur, for example, when there is no attachable fastening element when the device is triggered, or when the intended setting surface is a cavity (e.g. gap) or has a cavity As is known, a certain part of the setting process becomes Transfer the piston energy or the piston pulse to the fastening element and the setting surface. Braking the working piston and maintaining a certain setting depth play a role here. In the event of empty shots, the entire piston energy in the device itself must be compensated usually leads to peak loads in the affected components of the device and requires corresponding damping devices or the provision of piston brakes
Bei manuell bedienten Geraten haben diese Dampfungsprobleme eine grosse Bedeutung, ihre Losung bedingt ein technisch ausgewogenes Zusammenspiel der einzelnen Bauteile des Gerätes mit dem Ziel, dass nur nicht vermeidbare aussere Kräfte auftreten bzw das Belastungsprofil optimiert wird Bei Geraten, die mcht für eine manuelle Betätigung vorgesehen sind, treten diese Forderung zurück Dabei ist aber zu berucksich- tigen, dass bei einem weitgehenden Verzicht auf Dampfungse nchtungen bzw - elemente die Spannungen in einigen Bestandteilen der Gerate ansteigen, was bei deren Auslegung zu berücksichtigen istThese damping problems are of great importance for manually operated devices, their solution requires a technically balanced interplay of the individual components of the device with the aim that only unavoidable external forces occur or the load profile is optimized For devices that are not intended for manual operation , this requirement is withdrawn. cause that the tension in some components of the devices increases when there is no need for damping or elements, which must be taken into account when designing them
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt nicht nur die oben angesprochenen theoretischen Erwägungen sondern auch alle im Zusammenhang mit einer Realisierung der Gerate relevanten Gesichtspunkte Dies bedeutet, dass das neue Gerat bezuglich des konstruktiven Bereiches des Arbeitskolbens nicht nur auf optimale Weise allen technischen Anforderungen bezuglich dieses Bereiches genügt, sondern m jeder Beziehung eine grosstmogliche Vanation optionaler Ausbildungsvananten zulasst So kann das neue Gerat beispielsweise bezüglich des Antnebes, der mechanisch, pyrotechnisch, pneumatisch oder elektnsch sein kann, optimiert werden Ferner kann das neue Gerat in einer bisher nicht realisierten minimalen Geratebaulange hergestellt werden, die praktisch nur von der gewünschten Setztiefe bestimmt wird Weiterhin weist das neue Gerat eine konstruktive Konzeption auf, welche verschiedenste Gerateausfuhrungen zulasst, es kann als manuell bedientes Gerat wie auch als Gerat für extreme Anforderungen bzw nach ganz bestimmten Vorgaben hergestellt werden, als Beispiele seien der Einsatz als Schwerlastgerat, etwa zum Setzen grosserer Befestigungselemente im Stahlbau oder zum Einsatz in Fertigungsrobotern aber auch in besonders leichten oder mi- niatuπsierten Ausführungen genanntThe present invention takes into account not only the theoretical considerations mentioned above but also all aspects relevant in connection with the implementation of the devices.This means that the new device not only satisfies all the technical requirements relating to this area in terms of the design area of the working piston, but also Allowing a maximum possible vanation of optional training vanants in every relationship. For example, the new device can be optimized with regard to the anti-fog, which can be mechanical, pyrotechnical, pneumatic or electronic. Furthermore, the new device can be manufactured in a previously unrealized minimal device construction length that is practically only is determined by the desired setting depth Furthermore, the new device has a constructive concept that allows a wide variety of device designs, it can be used as a manually operated device as well as a device for extreme requirements or n are manufactured according to very specific specifications, examples include use as a heavy-duty device, for example for setting larger fastening elements in steel construction or for use in production robots, but also in particularly light or miniaturized versions
Eine weitere, für die Ausbildung der Gerate sehr wichtige Anforderung ist ihre Robustheit beim GebrauchAnother requirement that is very important for the design of the devices is their robustness in use
Ebenso ist es erwünscht, dass einwandfrei funktionierende Gerate hergestellt werden, ohne dass auf hochspezialisierte Werkstoffe zuruckgegnffen werden muss Diese bewegen sich meist m eng begrenzten Einsatzbereichen mit entsprechend genngem Si- cherheitsspielraum. sind kostenintensiv, oft über einen längeren Zeitraum schwer verfugbar, in der Bearbeitung schwierig und in der Kombination mit anderen Werkstoffen auch häufig problematisch Eine anspruchsvolle, universell einsetzbare und gleichzeitig kostengünstige Losung bedingt, dass die einzelnen Komponenten eines Minimums an mechanischer Bearbeitung bedürfen und dass aufwendige Matenalbehandlungen und Oberflachenbearbeitungen weitgehend vermieden werden Bei automatisch arbeitenden Geraten muss die Ruckstellung des Arbeitskolbens nach jedem Setzvorgang sichergestellt sein Hierfür sind eine Reihe von Verfahren bekannt, die sich von der Abgaskolbenruckfuhrung (Hilti) über metallische Federelemente bis zu Ruckstellfedern aus Elastomer-Material (Wurth) erstrecken Systeme mit Abgaskolben- ruclduhrung sind technisch verhaltnismassig aufwendig und in ihrem Einsatzbereich sowie in ihrer Funktionssicherheit eingeschränkt So bedingen sie z B ein Beschleum- gungsmedium mit Gaserzeugung Weiterhin ist der Ruckstellvorgang bei Funktionsstörungen oder in Grenzbereichen schwierig sicherzustellen Bei metallischen und bei ela- stomeren Ruckstellfedern ist zu gewährleisten, dass sie dem Arbeitshub nicht zuviel Energie entziehen und damit die Setzleistung im Verhältnis zur aufgewendeten Energie ungunstig beeinflussen Metallfedern dürfen darüber hinaus keinen allzu hohen Beschleunigungen ausgesetzt werden, da bei dynamischer Belastung den mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe Grenzen gesetzt sind Elastomere bzw gummiartige- Ruckstellelemente mit Pufferfünktionen beeinflussen zudem auch die Baulange eines Systems und benotigen ein relativ grosses Funktionsvolumen Weiterhin begrenzen sie, ebenso wie Emnchtungen mit Abgasrucl fuhrung, den gestaltenschen SpielraumIt is also desirable that perfectly functioning devices are manufactured without having to look back at highly specialized materials. These are mostly in very limited areas of application with a corresponding margin of safety. are cost-intensive, often difficult to dispose of over a long period of time, difficult to process and, in combination with other materials, also often problematic A sophisticated, universally applicable and at the same time inexpensive solution means that the individual components require a minimum of mechanical processing and that complex material treatments and surface processing are largely avoided In the case of automatically operating devices, the return of the working piston must be ensured after each setting process. A number of processes are known for this, which extend from the exhaust gas return pipe (Hilti) to metallic spring elements and return springs made of elastomer material (Wurth). Systems with exhaust piston return technically comparatively complex and limited in their area of application and in their functional reliability. For example, they require an accelerating medium with gas generation. Furthermore, the resetting process in the event of malfunctions or in border areas is difficult to ensure. In the case of metallic and elastomeric return springs, it must be ensured that the stroke do not withdraw too much energy and thus adversely affect the setting power in relation to the energy used. Furthermore, metal springs must not be subjected to excessive accelerations, since the mechanical stress is There are limits to the properties of the materials. Elastomers or rubber-like restoring elements with buffer functions also influence the overall length of a system and require a relatively large volume of functions. Furthermore, like emissions with exhaust gas recirculation, they also limit the design scope
Grundsätzlich gilt, dass Ruckstelleinrichtungen bzw Ruckstellelemente funktionssi- eher sein müssen, zur Vermeidung von Tragheitskraften und negativen Beeinflussungen des Setzvorgangs eine gennge Masse haben sollten, mechanisch nur durch sich selbst belastet werden, lediglich die relativ genngen Ruckstellkrafte aufbringen sollten, ein kleines Bauvolumen benotigen und technischen Änderungen - z B. bei Modifikation von Einzelelementen - auf einfache Weise angepasst werden könnenFundamentally, restoring devices or restoring elements must be more functional, should have a small mass to avoid inertial forces and negative influences on the setting process, should only be mechanically loaded by themselves, should only apply the relatively small restoring forces, require a small construction volume and are technical Changes - e.g. when modifying individual elements - can be easily adapted
Für den Geratetyp, zu welchem das m Fig. 1 dargestellte vorbekannte Gerat gehört, sind eine Reihe von Möglichkeiten zur Dampfung bzw zur Wegbegrenzung des Arbeitskolbens 3 und auch zur Dampfung des gesamten Gerätes bekannt Die Kolben- dampfung erfolgt bei bisher bekannten Losungen z B über eine Reibklemmung zwi- sehen der Dampfungs- und Hubbegrenzungsemnchtung 9 und dem Kolbenschaft 10 nach Hilti oder aber durch axiales Abpuffern, zum Beispiel mittels Konus - Losung nach Kellner Wurth, wobei die Energie bzw der Impuls des Arbeitskolbens 3 über die Ruckstellfeder 8 auf die Dampfungs- bzw Hubbegrenzungsemnchtung 9 übertragen wird Dies schrankt die Gestaltung der Ruckstellfeder 8 entscheidend ein und fuhrt auch zu unzulässigen Beanspruchungen in der Dampfungs- und Hubbegrenzungsemnchtung 9 und im Kolbenschaft 10 im Falle eines Leistungsuberschusses des Arbeitskolbens, wie er beispielsweise bei Leerschüssen auftntt Beim Klemmen der Kolben- stange 10 mittels der Dampfungs- und Hubbegrenzungsemnchtung 9 findet kein definiertes Abbremsen statt Ausserdem sind derartige reibungsgebundene Vorgange grundsätzlich nicht gleichartig bzw unterliegen im Verlauf der Einsatzzeit und beispielsweise auch durch die Oberflachenbeschaffenheit gravierenden VeränderungenFor the device type to which the known device shown in FIG. 1 belongs, a number of possibilities for damping or limiting the travel of the working piston 3 and also for steaming the entire device are known. The piston steaming takes place in previously known solutions, for example via a Friction clamping between the damping and stroke limiting device 9 and the piston skirt 10 according to Hilti or by axial buffering, for example by means of a cone solution according to Kellner Wurth, the energy or the momentum of the working piston 3 via the return spring 8 on the damping or Stroke limitation 9 transferred This restricts the design of the return spring 8 significantly and also leads to impermissible stresses in the damping and stroke limiting device 9 and in the piston skirt 10 in the event of a power surplus in the working piston, as occurs, for example, in the case of empty shots when the piston rod 10 is clamped by means of the damping - and stroke limiting device 9 there is no defined braking. Furthermore, such friction-related processes are fundamentally not the same or are subject to serious changes in the course of the period of use and, for example, also due to the surface condition
Fig. 2 geht etwas naher auf die Losung des Dampfungsproblems nach Kellner/Wurth ein, welche dem derzeitigem Stand der Technik entspncht Wesentliche Elemente bei diesem Gerat sind die Wegbegrenzung des Arbeitskolbens 21 mittels eines Kolbenstangen-Konus 22 und eine elastomere Ruckstellfeder 27. Zum Abbremsen des Arbeitskolbens 21 setzt der Kolbenstangen-Konus 22 in einem konischen ringartigen Ele- ment 25 auf Dieses konische ringartige Element 25 wird über ein Pufferelement 26 abgepuffert Der Offnungswmkel 28a bzw 28b bestimmt die radialen und axialen Komponenten der Kolbenenergie Die Flache des Kolbenstangen-Konus 22 ergibt sich aus dem Verhältnis der Durchmesser des hinteren Kolbenstangenteils 23 und des vorderen Kolbenstangenteils 24. Dabei ist offensichtlich, dass die für die Matenalbeanspruchung entscheidende Konusflache nicht beliebig verändert bzw vergrossert werden kann Zum einen ist sie in der Nahe der Achse positioniert, eine Radiusanderung wirkt sich also bezüglich der Flache relativ gering aus Der kleinstmoghche Durchmesser des vorderen Kolbenstangenteils 24 wird durch die Anforderungen beim Setzen des Befestigungselementes bestimmt Der Durchmesser des hinteren Kolbenstangenteils 23 kann nicht beliebig vergrossert werden, da sonst das verbleibende Arbeitsvolumen für ein Ruckstellelement 27 zu klein wurde Bei diesem Konzept ergibt es sich zwangsläufig, dass die Kolbenhulse relativ lang istFig. 2 goes a little closer to the solution of the damping problem according to Kellner / Wurth, which corresponds to the current state of the art. Essential elements in this device are the travel limitation of the working piston 21 by means of a piston rod cone 22 and an elastomeric return spring 27. To brake the Working piston 21 places the piston rod cone 22 in a conical ring-like element 25. This conical ring-like element 25 is buffered by a buffer element 26. The opening angle 28a or 28b determines the radial and axial components of the piston energy. The area of the piston rod cone 22 results from the ratio of the diameters of the rear piston rod part 23 and the front piston rod part 24. It is obvious that the conical surface which is decisive for the material load cannot be changed or enlarged arbitrarily. On the one hand, it is positioned near the axis, so a change in radius has an effect the F laugh relatively small from The smallest possible diameter of the front piston rod part 24 is determined by the requirements when setting the fastening element. The diameter of the rear piston rod part 23 cannot be increased arbitrarily, since otherwise the remaining working volume for a return element 27 would be too small. This concept results inevitably that the piston sleeve is relatively long
Werden grossere Offnungswmkel 28a bzw 28b gewählt, so wird die Konusflache des Kolbenstangen-Konus 22 kleiner, was zur Folge hat, dass die Beanspruchung des Ma- tenals rasch die zulassigen Spannungen übersteigt Bei kleinen Ofnungswinkeln 28a bzw 28b vergrossert sich die radiale Komponente der Kolbenenergie Dies hat grosse Druck-spannungen im Kolbenstangen-Konus 22 zur Folge Die vergleichbar hohe ra- diale Komponente im konischen ringartigen Element 25 führt dort zu hohen Zugbeanspruchungen. Insgesamt gilt, dass bei einer derartigen Lösung eine Anpassung bzw. Optimierung der entscheidenden Parameter bei vorgesehenen weitgespannteren Arbeitsbereichen des Gerätes nur eingeschränkt möglich ist.If larger opening angles 28a or 28b are selected, the conical surface of the piston rod cone 22 becomes smaller, which has the consequence that the stress on the material quickly exceeds the permissible stresses. At small opening angles 28a or 28b, the radial component of the piston energy Dies increases results in high compressive stresses in the piston rod cone 22. The component in the conical ring-like element 25 leads to high tensile stresses there. All in all, with such a solution, it is only possible to adapt or optimize the decisive parameters to a limited extent if the device is intended to have wider working areas.
Grundsätzlich stellt das Zurückstellen des Arbeitskolbens mittels eines elastischen Elementes wie einer Gummifeder eine technisch interessante Lösung dar. Eine derartige Lösung weist aber zwei Nachteile auf. Erstens ergeben sich dabei lange Kolbenstangen 21, da sich hinter dem Kolbenstangen-Konus 22 wegen der Funktion des Rückstellele- mentes 27 noch ein dem erforderlichen Kolbenweg entsprechender hinterer Kolbenstangenteil 23 befinden muss; der Arbeitskolben ist jedoch das bezüglich der Beanspruchung kritischste Element des Gerätes; damit ist auch die Länge der Kolbenstange stets ein entscheidendes Kriterium. Zweitens ist der Arbeitskolben auch bei höherem Ener- gieüberschuss bzw. bei Leerschüssen ein kritisches Element, und zwar insbesondere die Stelle beim Obergang zum vorderen, dünneren Kolbenstangenteil 24. Diese insbesondere bei dynamischer Beanspruchung kritischen Stellen machen es notwendig, für den ganzen Arbeitskolben hochwertige Werkstoffe zu verwenden, so dass der Arbeitskolben ein sehr anspruchsvolles und damit kostenintensives Bauteil bildet. Entsprechende Betrachtungen gelten auch für das konische ringartige Element 25. Zusam- menfassend gilt für diese Lösung, dass die Ausgestaltung des Arbeitskolbens mit einem Kolbenstangenkonus in Verbindung mit dem konischen ringartigen Element eine optimale Auslegung erschwert und eine Variation der Geräteausbildung nur in beschränktem Masse zulasst.Basically, resetting the working piston by means of an elastic element such as a rubber spring is a technically interesting solution. However, such a solution has two disadvantages. First, this results in long piston rods 21, because behind the piston rod cone 22, because of the function of the restoring element 27, there must still be a rear piston rod part 23 corresponding to the required piston travel; however, the working piston is the most critical element of the device with regard to stress; the length of the piston rod is therefore always a decisive criterion. Secondly, the working piston is a critical element even when there is a high excess of energy or when there are no shots, in particular the point at the transition to the front, thinner piston rod part 24. These points, which are particularly critical in the case of dynamic stress, make it necessary to use high-quality materials for the entire working piston use, so that the working piston forms a very demanding and therefore expensive component. Corresponding considerations also apply to the conical ring-like element 25. In summary, for this solution it is true that the design of the working piston with a piston rod cone in connection with the conical ring-like element makes an optimal design difficult and a variation of the device design only permits to a limited extent.
Von besonderer Bedeutung ist es, den Arbeitskolben so zu gestalten, dass er genügend Sicherheit gegen Ausknicken aufweist, da bereits sehr geringe Achsabweichungen des Arbeitskolbens wegen der Dynamik des Setzvorgangs zum Versagen des Gerätes führen. Bei der dynamischen Belastung schlanker Körper ist hinsichtlich einer Sicherheit gegen Knicken zu unterscheiden zwischen statischen und dynamischen Knickproble- men. Für statische Knickprobleme lässt sich nach Euler eine entsprechende Knicklast berechnen. Dynamische Knickprobleme treten bei vornehmlich hochdynamisch und stossartig belasteten Bauteilen auf und führen zum sogenannten dynamisch-plastischen Knicken. Hierzu wir auf den ZS -Bericht RT 13/70 mit der Studie Untersuchungen zum plastischen Knicken von schlanken Metalizylindern beim Auftreffen auf metallische Ziele* von G. Weihrauch et al verwiesen Im Gegensatz zum statischen bzw Eu- lerschen Knicken spielt beim dynamisch-plastischen Knicken die Lange bzw die Schlankheit des Korpers keine Rolle, da sich der dynamische Knickvorgang zwischen der Stossflache und der sich ausbreitenden plastischen Front abspielt Nach experimentellen Untersuchungen kann bei Auftreffgeschwindigkeiten schlanker hochfester Korper auf harte Ziele mit Geschwindigkeiten bis etwa 100 m/s davon ausgegangen werden, dass - sofern die Plastizitatsgrenze nicht überschritten wird - Knickprobleme nach Euler behandelt werden könnenIt is particularly important to design the working piston in such a way that it has sufficient security against buckling, since very small axis deviations of the working piston lead to failure of the device due to the dynamics of the setting process. In the case of the dynamic loading of slim bodies, a distinction must be made between static and dynamic buckling problems with regard to security against buckling. For static buckling problems, a corresponding buckling load can be calculated according to Euler. Dynamic buckling problems occur with components that are primarily highly dynamic and impact-like and lead to so-called dynamic-plastic buckling. For this we refer to the ZS report RT 13/70 with the study examinations for plastic buckling of slim metal cylinders when hitting metallic targets * by G. Weihrauch et al. In contrast to static or Euler buckling, the length or slenderness of the body is irrelevant for dynamic plastic buckling, since the dynamic buckling process occurs between the butt surface and the spreading plastic front play According to experimental investigations, slender, high-strength bodies at impact speeds at hard targets with speeds of up to about 100 m / s can be assumed that - provided the plasticity limit is not exceeded - buckling problems can be treated according to Euler
Beim Beschleunigen von Befestigungselementen sind im Gerat zwei Bereiche vorhanden, bei denen bevorzugt Knicken auftreten kann, namlich erstens der Bereich zwischen Kolbenteller und vorderer Führung im Setzkopf, und zweitens der Bereich zwischen vorderer Fuhrung im Setzkopf und Befestigungselement bzw Bolzen oder NagelWhen accelerating fasteners there are two areas in the device where kinking can occur, firstly the area between the piston plate and the front guide in the setting head, and secondly the area between the front guide in the setting head and the fastening element or bolt or nail
Weiterhin tritt Knicken auch im Befestigungselement selbst, also im Bolzen oder Nagel auf Sehr komplex ist das oben unter zweitens erwähnte Knicken im Bereich zwischen vorderer Fuhrung im Setzkopf und Befestigungselement, da der freie Teil des vorlaufenden Bolzenschaftes beim Setzen kontinuierlich langer wird, das erwähnte Knicken muss daher insbesondere beim Auftreffen auf das Befestigungselement und wahrend des Setzvorgangs zusammen mit diesem Befestigungselement betrachtet werdenFurthermore, buckling also occurs in the fastener itself, i.e. in the bolt or nail. The above-mentioned buckling in the area between the front guide in the setting head and the fastening element is very complex, since the free part of the leading bolt shaft becomes continuously longer when the bolt is being inserted, which means the buckling mentioned therefore be considered in particular when hitting the fastener and during the setting process together with this fastener
Mittels analytischen Methoden können daher nur einige grundsatzliche Abschatzungen vorgenommen werden, genauere Betrachtungen sind, da es sich bei lateralen Bewegun- gen nicht mehr um achsensymmetnsche Anordnungen handelt, mit 3-dιmensιonalen FE-Rechnungen durchzuführenBy means of analytical methods, therefore, only a few basic estimates can be made; more precise considerations are necessary, since lateral movements are no longer axis-symmetrical arrangements for carrying out 3-dimensional FE calculations
Bei der Abschätzung der Knicklast nach Euler wird m erster Näherung davon ausgegangen, dass es sich bei den oben unter erstens und zweitens erwähnten Knickproble- men um eine Mischung zwischen zwei Knickarten handelt, namlich einerseits um eine Knickung bei freien, in der Achse geführten Stabenden und anderseits um eine Knik- kung mit einem eingespannten und einem frei beweglichen Stabende, so dass die so- genannte freie Knicklange zwischen 1 und 2 hegt Die im als Stab betrachteten Bauteilen auftretende Spannung errechnet sich aus σ = E π/4 (r/L)2 wobei E der Elastizitätsmodul, r der Radius, und L die Lange des Stabes ist Für ein Verhältnis von Lange zu Durchmesser von 10 bzw von entsprechend Lange zu Radius von 20 ergibt sich zum Beispiel als Grenze für das Auftreten statischen K-mckens eine Spannung von etwa 1300 N/mm2 When estimating the buckling load according to Euler, it is assumed as a first approximation that the buckling problems mentioned above under the first and second are a mixture between two buckling types, namely, on the one hand, a buckling with free, axially guided rod ends and on the other hand, around a kink with a clamped and a freely movable rod end, so that the The free buckling length mentioned is between 1 and 2. The stress occurring in the components considered as a bar is calculated from σ = E π / 4 (r / L) 2 where E is the modulus of elasticity, r is the radius, and L is the length of the bar. For a ratio from length to diameter of 10 or from corresponding length to radius of 20 there is, for example, a limit of approximately 1300 N / mm 2 for the occurrence of static stresses
Die beim Auftreffen des Arbeitskolbens auf das Befestigungselement bzw den Bolzen induzierte Spannung bestimmt sich allgemein nach folgender Gleichung σ = v (E p)' wobei E der Elastizitätsmodul, v die Auftreffgeschwindigkeit und p die Dichte ist Aus dieser Gleichung ergibt sich die Geschwindigkeit v, bei der für ein bestimmtes Material die Grenzspannung erreicht wird Diese ist für das gewählte Beispiel etwa 35 m/s Be- rucksichtigt man, dass für den Arbeitskolben Matenalien mit höheren Festigkeiten, beispielsweise 1500 N/mm2 verwendet werden, und dass bei dynamischen Vorgangen mit höheren Grenzspannungen gerechnet werden kann, wobei im vorliegenden Fall die Grenzspannungen um einen Faktor 1,5 hoher sein können, so ergibt sich eine Geschwindigkeit von etwa 60 m/s Bei höheren Geschwindigkeiten des vorderen Kolben- Schaftes bzw des Befestigungselementes wird die Elastizitätsgrenze uberschntten und es tntt lokales Fliessen auf Ausserdem ist mit Knicken nach Euler zu rechnenThe tension induced when the working piston strikes the fastening element or the bolt is generally determined according to the following equation σ = v (E p) ', where E is the modulus of elasticity, v is the impact speed and p is the density The limit stress is reached for a certain material. This is around 35 m / s for the selected example. Consider that materials with higher strengths, for example 1500 N / mm 2 , are used for the working piston and that with dynamic processes with higher ones Limit stresses can be calculated, whereby in the present case the limit stresses can be higher by a factor of 1.5, this results in a speed of approximately 60 m / s. At higher speeds of the front piston shaft or the fastening element, the elastic limit is exceeded and the limit is released local flow in addition, buckling according to Euler is to be expected
Die obige Abschätzung ist für die Auslegung der Gerate von grundsätzlicher Bedeutung Insbesondere unterstreicht sie, dass die freie Lange des Arbeitskolbens möglichst kurz zu halten ist Dies ist im Zusammenhang mit einem zentralen Stossen des Bolzens/Nagels wichtig Ausserdem sollte zur Vermeidung von kntischen Spannungen die Geschwindigkeit mcht zu hoch gewählt werden Dies bedingt, dass die erforderliche Setzleistung durch die Vanation anderer Mitteln, z B über die Kolbenmasse, eingestellt werden kannThe above estimate is of fundamental importance for the design of the devices. In particular, it underlines that the free length of the working piston should be kept as short as possible.This is important in connection with a central pushing of the pin / nail. In addition, the speed should be avoided in order to avoid artificial tension selected too high This means that the required setting power can be set by vanating other agents, e.g. via the piston mass
Die Fig 3A und 3B zeigen schematisch die Ausbildung des Bereiches des Arbeitskolbens für em Gerat zum Setzen von Befestigungselementen nach der Erfindung Das so konzipierte neue Gerat vereinigt in sich eine Reihe von Vorteilen, mit welchen nicht nur die oben dargelegten Probleme weitgehend gelost, sondern auch ein Hochstmass an Möglichkeiten für konstruktiv vielfältige Varianten gewährleistet ist In Fig. 3A sind die Hauptmerkmale dieses Konzepts dargestellt Sie bestehen dann, dass zur Begrenzung des Arbeitshubs 31 eine auf den Kolbenteller 11 wirkende Hubbegrenzungsem- nchtung vorgesehen ist Diese ist so ausgebildet, dass am Kolbenteller 11 eine Anschlagflache angeordnet ist, welche in der Endlage des Kolbens, also nach dem Arbeitshub, an einer am Zylinder angeordneten Gegenflache zur Anlage kommt3A and 3B schematically show the design of the area of the working piston for a device for setting fastening elements according to the invention. The new device designed in this way combines a number of advantages, with which not only the problems set out above are largely solved, but also a high degree of possibilities for structurally diverse variants is guaranteed. The main features of this concept are shown in FIG. 3A. Then, to limit the working stroke 31, a stroke limitation device acting on the piston plate 11 is provided This is designed such that a stop surface is arranged on the piston plate 11, which comes into contact with a counter surface arranged on the cylinder in the end position of the piston, ie after the working stroke
Die Anschlagflache kann durch die vordere Endflache 37 einer Kolbenhulse 35 gebil- det sein Die Gegenflache 43 kann durch die dem Kolbenteller 11 zugewandte Endflache einer mit einem Ringelement 39 verbundenen Abfanghulse 38 gebildet sein Dabei ist es möglich, nur die Kolbenhulse 35, nur das Ringelement 39 mit der Abfanghulse 38 oder eine Kombination von Kolbenhulse 35 und Ringelement 39/Abfanghulse 38 vorzusehen Die Abfanghulse kann auch stegartig ausgebildet seinThe stop surface can be formed by the front end surface 37 of a piston sleeve 35. The counter surface 43 can be formed by the end surface of an intercept sleeve 38 connected to the piston plate 11. It is possible to use only the piston sleeve 35, only the ring element 39 to be provided with the interception sleeve 38 or a combination of piston sleeve 35 and ring element 39 / interception sleeve 38. The interception sleeve can also be designed in the form of a web
Durch diese Anordnung wird ein Raum gebildet, der als Federkammer 44 dient, m welche die Ruckstelleinrichtung 8 eingebracht werden kann Diese Ruckstelleinnchtung 8 wird beim Setzvorgang und beim Lehrschuss lediglich durch ihre Eigenbelastung beansprucht Der auf die Kolbenhulse 35 bzw das Ringelement 38 übertragene Stoss wirkt über einen Tragemng 29, der seinerseits bei Bedarf noch einmal gegenüber dem Gehäuse mittels eines Dampfungselementes stossgepuffert sein kannThis arrangement forms a space which serves as a spring chamber 44, through which the return device 8 can be inserted.This return position 8 is only used during the setting process and during the instruction shot by its own load.The impact transmitted to the piston sleeve 35 or the ring element 38 acts via a Tragemng 29, which in turn can be shock-buffered again if necessary against the housing by means of a damping element
Im folgenden sind die Vorteile des neuen Gerätes, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, aufgelistetThe advantages of the new device are listed below, without claiming to be complete
- Die Lange des Kolbenschaftes 34 wird minimal- The length of the piston skirt 34 becomes minimal
- Die Konstruktion ist den unterschiedlichen Ruckstellmoghchkeiten angepasst werden So sind aufgrund der in weiten Grenzen veränderlichen Federkammer 44 mcht nur alle mechanischen Ruckstellvomchtungen, zum Beispiel Metallfedern oder elastomere Sy- steme, sondern auch andere Ruckstellvomchtungen, zum Beispiel mit treibendem Medium, insbesondere Gas, möglich - Die Konzeption eignet sich grundsätzlich für verschiedene Antnebsarten des Arbeitskolbens, insbesondere auch für einen elektromagnetischen oder elektrothermischen Antneb- The construction can be adapted to the different reset options. Because of the spring chamber 44, which can be varied within wide limits, only all mechanical reset devices, for example metal springs or elastomeric systems, are possible, but also other reset devices, for example with a driving medium, especially gas - The concept is basically suitable for various types of working pistons, in particular for an electromagnetic or electrothermal device
- Die Kolbengeschwindigkeit kann bei konstanter Pnmarenergie über die Vanation der Kolbenmasse in weiten Grenzen veränderbar- The piston speed can be changed within wide limits with constant powder energy via the vanation of the piston mass
- Die Dimensionierung kann den eingesetzten Matenalien angepasst werden. Konektu- ren, zum Beispiel aufgrund sich ändernder Leistungsanforderungen, sind dabei verhalt- msmas-sig leicht möglich- The dimensioning can be adapted to the materials used. Connections, for example due to changing performance requirements, are easily possible in terms of behavior
- Der Kolbenschaft 34 kann beliebig steif ausgeführt werden - Der Kolbenteller 11 stellt zusammen mit der Kolbenhulse 35 ein extrem steifes Bauelement dar- The piston skirt 34 can be made as stiff as desired - The piston plate 11 together with the piston sleeve 35 is an extremely rigid component
- Kolbenfuhrung und Kolbendichtung im Bereich des Kolbentellers 11 sind vorteilhaft ausfuhrbar- Piston guide and piston seal in the area of the piston plate 11 can advantageously be carried out
- Mittels Änderung des Durchmessers des Kolbenschaftes 10 bzw der Masse des Ar- beitskolbens durch Änderung der Abmessungen und oder die Wahl von Werkstoffen mit anderen Dichten kann bei gleichbleibendem Antneb die Leistung des Gerätes van- lert werden, was ein emsatztechnisch besonders wichtiger Punkt ist Damit können die Einzelheiten der konstruktiven Ausbildung den endballistischen Vorgaben des Setzvorgangs angepasst werden - Kolbenschaft 10 bzw 34 und Kolbenteller 11 können getrennte Bauteile sein Damit ist für diese beiden Bauteile ein getrenntes Optimieren, zum Beispiel bezüglich Ober- flachenbearbeitung, Werkstoff, Masse und Abmessungen möglich Bei einer rein zyhn- dnschen Ausbildung des Schaftes können zum Beispiel Werkstoffe eingesetzt werden, die zum Erreichen bestimmter mechanischer Eigenschaften, zum Beispiel einer hohe Bruchfestigkeit besonderen Behandlungen unterzogen werden, die nur bei zyhndn- schen Korpern möglich sind, beispielsweise einem Kaltverfestigen durch Hammern So sind unter anderem bereits stickstofflegierte Stahle in den hier in Frage kommenden Abmessungen mit Festigkeiten bis nahe 3000 N/mm2 verfugbar- By changing the diameter of the piston skirt 10 or the mass of the working piston by changing the dimensions and or the choice of materials with different densities, the performance of the device can be improved while the Antneb remains the same, which is a particularly important point in terms of technology the details of the structural design are adapted to the final ballistic specifications of the setting process - piston skirt 10 or 34 and piston plate 11 can be separate components. This allows separate optimization for these two components, for example with regard to surface processing, material, mass and dimensions Dental design of the shaft can, for example, be used for materials which are subjected to special treatments to achieve certain mechanical properties, for example high breaking strength, which are only possible with dental bodies, for example strain hardening rchhammern Among other things, nitrogen-alloyed steels are available in the dimensions in question here with strengths of up to close to 3000 N / mm 2
- Es können unterschiedliche Kolbenschafte mit diversen Kolbentellern kombiniert werden- Different piston shafts can be combined with various piston plates
- In den hoch belasteten Bereichen, die in Fig. 3B durch Kreise bezeichnet sind, können Multigradienten- Werkstoffe eingesetzt werden, dabei handelt es sich um Werkstoffe, in denen beispielsweise die mechanischen Eigenschaften, zum Beispiel die Harte, sich zwischen vorgegebenen Grenzwerten in einer Richtungen ändert, also beispielsweise am fertigen Korper m axialer oder radialer Richtung, in der Regel jedoch nicht in zwei orthogonalen RichtungenMulti-gradient materials can be used in the highly stressed areas, which are denoted by circles in FIG. 3B. These are materials in which, for example, the mechanical properties, for example the hardness, changes in one direction between predetermined limit values, for example on the finished body in the axial or radial direction, but generally not in two orthogonal directions
- Die Konzeption kann unterschiedlichen Anforderungen an Setztiefe und Setzleistung in optimaler Weise angepasst werden So sind aufgrund der kurzen Kolbenstangen und deren hoher Steifigkeit nicht nur sehr grosse Setztiefen zu realisieren, sondern es können auch sehr hohe Setzkrafte behenscht werden- The concept can be optimally adapted to different requirements for setting depth and setting performance. Because of the short piston rods and their high rigidity, not only very large setting depths can be realized, but also very high setting forces can be handled
- Es sind nur wenige Flachen hoherwertig zu bearbeiten Diese sind besonders einfach auszufuhren - Durch die oben dargelegten Vanationsmoglichkeiten im Bereich des Arbeitskolbens kann das Gerat auch im Hinblick auf aussere Kräfte optimiert werden, zum Beispiel hinsichtlich Form und Grosse der Belastung beim Setzen- Only a few surfaces can be processed with high quality. These are particularly easy to carry out. - Due to the above-mentioned vanation possibilities in the area of the working piston, the device can also be optimized with regard to external forces, for example with regard to the shape and size of the load when setting
- Das Konzept wird den Gegebenheiten in optimaler Weise gerecht, da die erforderlichen Ruckstellkrafte verhaltnismassig genng sind Dies folgt allein aus der Kolbenma- sse, die sich beispielsweise bei Geraten für den Handbetrieb zwischen 50 und 300 Gramm bewegen durfte Die Ruckstelleinrichtung muss also in erster Linie ein ausreichend schnelles und sicheres Zurückstellen gewährleisten und das Fixieren des Kolbens in der Ausgangsposition sicherstellen Die Einsatzbandbreite ist gemäss der durch die Erfindung eingebrachten Möglichkeiten zu erweitern auf mimatunsierte Apparaturen mit dynamisch bewegten Massen im Grammbereich, zum Beispiel durch den Einsatz hochfester nichtmetallischer Bauteile auch oder gerade bei den dynamisch beanspruchten Bauteilen bis hin zu schweren bzw massereichen Vornchtungen für spezielle Anforderungen, zum Beispiel wenn sehr grosse Schlag- bzw Hammerkrafte benotigt werden - Der Kolbenschaft kann mit einer Bohrung versehen werden, zum Beispiel zur Aufnahme einer Signalleitung oder einer zusätzlichen mechanischen Einrichtung Dabei kann beispielsweise daran gedacht werden, über eine innere Stange wahrend oder nach dem eigentlichen Setzvorgang eine weitere Funktion auszulosen Auch kann ein hohler Kolben einen inneren bzw Sekundarkolben aufnehmen, wie dies in Fig. 11 dargestellt- The concept optimally does justice to the circumstances, since the required restoring forces are relatively low. This follows solely from the piston dimensions, which, for example, were allowed to move between 50 and 300 grams for devices for manual operation. The reset device must therefore be primarily one Ensure that the piston can be reset sufficiently quickly and securely and that the piston is fixed in the starting position. The range of applications can be expanded according to the possibilities introduced by the invention to include miniaturized devices with dynamically moving masses in the gram range, for example through the use of high-strength non-metallic components dynamically stressed components up to heavy or massive arrangements for special requirements, for example when very high impact or hammer forces are required - the piston skirt can be provided with a hole, for example to accommodate an egg ner signal line or an additional mechanical device Here, for example, it can be considered to trigger a further function via an inner rod or after the actual setting process. A hollow piston can also accommodate an inner or secondary piston, as shown in FIG. 11
In Fig. 3B ist der Arbeitskolben in seiner vordersten Stellung gezeigt Die Anschlagflache der Kolbenhulse 35 und die Gegenflache der Abfanghulse 38 liegen aneinander an, so dass die Kolbenhulse 35 zusammen mit dem Ringelement 39 der Abfanghulse 38 die hier geschlossene Federkammer 44 bildet, welche die Rückstelleinrichtung, beispielsweise eine Rückstellfeder oder andere Rückstellelemente, aufnimmt.3B, the working piston is shown in its foremost position. The abutment surface of the piston sleeve 35 and the counter surface of the interception sleeve 38 abut one another, so that the piston sleeve 35 together with the ring element 39 of the interception sleeve 38 forms the spring chamber 44 which is closed here and which accommodates the resetting device, for example a resetting spring or other resetting elements.
Berechnungen mittels Simulationsrechnungen, die für rotationssymmethsche Teile 2- dimensional und zur Abschätzung der dynamischen Belastung bei asymetrischen Teilen auch 3 -dimensional durchgeführt werden können, und im ISL auf Anregung des Erfinders orientierungshalber auch durchgeführt wurden, haben nicht nur die obigen Überlegungen zum Knicken und zu den Werkstoffbeanspruchungen bezüglich der auftretenden Geschwindigkeiten bestätigt, sondern auch gezeigt, dass beim Setzvorgang selbst, also beim Auftreffen des Arbeitskolbens auf das zu setzende Befestigungselement und beim Vortreiben desselben, ebenso wie beim Abbremsen und insbesondere beim Lehr- schuss stossartige Belastungen auftreten, die das dynamische Verhalten der beteiligten Bauteile und auch die auftretenden bzw. zulässigen Werkstofϊbeanspruchungen bestimmen. Ausserdem können zum Beispiel durch Überlagerungen von Stossen lokal hohe Spannungen bis zum Überschreiten der Fliessgrenze auftreten, die mittels konstruktiver Massnahmen vermieden werden können. Es ist ein Vorzug des neuen Gerätes, dass derartige Massnahmen durch die Variationsmöglichkeit der einzelnen Bauteile besonders einfach möglich sind.Calculations using simulation calculations, which can be carried out 2-dimensionally for rotationally symmetric parts and also 3-dimensionally for estimating the dynamic load for asymmetrical parts, and which were also carried out at the ISL at the suggestion of the inventor for the sake of orientation, have not only the above considerations for buckling and too confirms the material stress with regard to the occurring speeds, but also shows that during the setting process itself, i.e. when the working piston strikes the fastener to be set and when driving it forward, as well as when braking and especially during the teaching shot, sudden loads occur that affect the dynamic behavior determine the components involved and also the occurring or permissible material stresses. In addition, locally high tensions can occur, for example due to the superimposition of shocks, until the yield point is exceeded, which can be avoided by means of design measures. It is an advantage of the new device that such measures are particularly simple due to the possibility of varying the individual components.
Die dynamisch hoch belasteten Zonen sind, wie schon erwähnt, in Fig. 3B eingekreist dargestellt. Es handelt sich dabei um:As already mentioned, the dynamically highly loaded zones are shown circled in FIG. 3B. It is about:
- die das Befestigungselement bzw. den Bolzen antreibende Stirnfläche des Arbeitskolbens 45a; - die im Bereich 45b zusammentreffenden Anschlag- und Gegenflächen;- The end face of the working piston 45a driving the fastening element or the bolt; - The stop and counter surfaces meeting in area 45b;
- die insbesondere beim Lehrschuss durch die Massenträgheit des Kolbenschaftes 34 zugbelastete Zone 45c;- Zone 45c, which is particularly stressed by the inertia of piston skirt 34 during the training shot;
- den Übergangsbereich 45d zwischen Kolbenschaft 34 und Kolbenteller 11;- The transition area 45d between piston skirt 34 and piston plate 11;
- den Übergangsbereich 45e zwischen Kolbenteller 11 und Kolbenhülse 35; - die Übergangszone 45f zwischen der vorderen Hülsenfläche 41 und dem Hülsenpuffer 30 bzw. zwischen dem Hülsenpuffer und dem Ring 29. Die Fig. 4A und 4B zeigt eine die Rückstelleinrichtung 8, welche durch einen Pfeil angedeutet ist, beinhaltende Zone 48A bzw. Kammer 48B in zwei Grenzfällen. Gemäss Fig. 4A wird die Zone 48a allein durch eine lange Kolbenhülse 35a gebildet, gemäss Fig. 4B wird die Kammer 48b allein durch eine lange Abfanghülse 39a erzeugt. Entsprechend flach wird im ersten Fall gemäss Fig. 4A der Gegenring 50 und im zweiten Fall gemäss Fig. 4B der Kolbenteller 51.- The transition region 45e between the piston plate 11 and the piston sleeve 35; the transition zone 45f between the front sleeve surface 41 and the sleeve buffer 30 or between the sleeve buffer and the ring 29. FIGS. 4A and 4B show a zone 48A or chamber 48B containing the reset device 8, which is indicated by an arrow, in two borderline cases. According to FIG. 4A, zone 48a is formed solely by a long piston sleeve 35a; according to FIG. 4B, chamber 48b is created solely by a long catch sleeve 39a. The counter ring 50 becomes correspondingly flat in the first case according to FIG. 4A and the piston plate 51 in the second case according to FIG. 4B.
In Fig. 4A sind auch Beispiele für die Zuführung eines Arbeitsmediums, beispielsweise eines Arbeitsgases, eingezeichnet. Neben einer üblichen, zentralen Zuführung 46 kann die Zuführung auch über am Umfang verteilte Durchlässe 47a oder über mehrere Bohrungen 47b erfolgen.4A also shows examples of the supply of a working medium, for example a working gas. In addition to a conventional, central feed 46, the feed can also take place via passages 47a distributed over the circumference or via a plurality of bores 47b.
Ebenfalls in Fig. 4A eingezeichnet sind Beispiele von verschiedenen Dichtungen im Bereich des Arbeitskolbens gegenüber dem Medienraum, die bei Verwendung fluider Antriebsmittel notwendig sind. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Ringdichtung 49a oder um eine Labyrinthdichtung 49b handeln, welche als Beispiel in der obe- ren Hälfte der Fig. 4A eingezeichnet sind; lange Kolbenhülsen werden vorteilhaft nur an ihren Enden geführt, wie dies in der unteren Hälfte der Fig. 4A dargestellt ist; hierbei kann aufgrund des Hohlraumes 49c auf ein besonderes Dichtungselement verzichtet werden.Also shown in FIG. 4A are examples of various seals in the area of the working piston with respect to the media space, which are necessary when using fluid drive means. This can be, for example, an annular seal 49a or a labyrinth seal 49b, which are shown as an example in the upper half of FIG. 4A; long piston sleeves are advantageously guided only at their ends, as shown in the lower half of Fig. 4A; a special sealing element can be dispensed with due to the cavity 49c.
Wie bereits mehrfach angesprochen, sind der Begrenzung des in Fig. 3A dargestellten Hubes 31 des Arbeitskolbens bei hoher Setzleistung und der Dämpfung beim Leer- schuss besondere Beachtung zu schenken. Bezüglich der Dämpfung muss unterschieden werden zwischen der Dämpfung für die bewegten Bauteile und der Dämpfung für die übrigen Bauteile wie zum Beispiel des Gehäuses.As has already been mentioned several times, particular attention must be paid to the limitation of the stroke 31 of the working piston shown in FIG. 3A with a high setting power and the damping in the case of an empty shot. With regard to damping, a distinction must be made between damping for the moving components and damping for the other components, such as the housing.
Die Dämpfung der bewegten Bauteile kann vorgenommen werdenThe moving components can be damped
- über die Kolbenhülse 38, weiche die Restenergie des Arbeitskolbens weiterleitet; mittels Dämpfungseinrichtungen im Kolbenteller 11;.- Via the piston sleeve 38, which transfers the residual energy of the working piston; by means of damping devices in the piston plate 11 ;.
- über die Elastizität der Werkstoffe der Abfanghülse 38 und der Kolbenhülse 35;- About the elasticity of the materials of the interception sleeve 38 and the piston sleeve 35;
- teilweise über die Rückstelleinrichtung 8;- partly via the reset device 8;
- durch direktes Aufsetzen der Fläche 37 der Kolbenhülse 35 auf den Ring 29 oder di- rekt auf die Innenfläche der Kolbenhülse 7 bzw. auf die Aufsetzhülse 20.- By placing the surface 37 of the piston sleeve 35 directly on the ring 29 or directly on the inner surface of the piston sleeve 7 or on the mounting sleeve 20.
Ausserdem können auch Dämpfungselemente sowohl im Bereich der Abfanghülse 38 als auch des Kolbentellers 11 bzw. der Kolbenhülse 35 durch Vulkanisieren vorgesehen werden.In addition, damping elements can be provided by vulcanization both in the area of the interception sleeve 38 and the piston plate 11 or the piston sleeve 35.
Die Dämpfung im Bereich des den Arbeitsbereich umgebenden Gehäuses kann beein- flusst werdenThe damping in the area of the housing surrounding the work area can be influenced
- durch ein bestimmtes Verhältnis zwischen bewegter, abzubremsender Masse und Ru- hemasse;- by a certain ratio between the moving mass to be braked and the resting mass;
- durch spezielle Dämpfungseinrichtungen am Gehäuse, vorzugsweise elastomere Elemente;- By special damping devices on the housing, preferably elastomeric elements;
Über den 'Füllungsgrad' kann z.B. aufgrund der besonderen dynamischen Eigenschaften von Gummi bei einem Gummidämpfer in Kombination mit dem dämpfenden Element durch Material und Form jede beliebige Dämpfungsfunktion eingestellt werden, bis zu 'stosshartem' Verhalten bei Vollfüllung.The 'degree of filling' can e.g. due to the special dynamic properties of rubber in a rubber damper in combination with the damping element, any damping function can be set through material and shape, up to 'shock-resistant' behavior when fully filled.
Eine technisch besonders anspruchsvolle und zugleich aufgrund ihrer Einfachheit in- teressante Variante stellt der Fall dar, dass keinerlei besondere Dämpfungsmassnahmen vorgesehen werden. Die auftretenden Kräfte müssen dann allein über konstruktive Massnahmen und Werkstoffeigenschaften aufgenommen werden. Durch den modula- ren Aufbau und die besonderen Merkmale der Erfindung ist der Einsatz von Materialien mit extremen Eigenschaften bezüglich Gestaltung, Dichte und Belastbarkeit mög- lieh. Dies wird durch folgende Beispiele erläutert: - die Abfanghulse 38 besteht ganz oder teilweise aus Schwer- oder Hartmetall, Keramik, Leichtmetall oder faserverstärkten Materialien entsprechend den Eigenschaften hart, schwer, leicht, dampfend-,A technically particularly demanding variant that is also interesting due to its simplicity is the case that no special damping measures are provided. The forces that occur must then be absorbed solely through design measures and material properties. Due to the modular structure and the special features of the invention, the use of materials with extreme properties in terms of design, density and resilience is possible. This is illustrated by the following examples: - The interception sleeve 38 consists entirely or partially of heavy or hard metal, ceramic, light metal or fiber-reinforced materials according to the properties hard, heavy, light, steaming.
- der Kolbenschaft 34 besteht, eventuell nur im bolzenseitigen Bereich, aus Hartmetall oder Keramik, entsprechend den Eigenschaften hart, leicht,the piston skirt 34 is made of hard metal or ceramic, possibly only in the area on the bolt side, corresponding to the properties hard, light,
- der Kolbenteller 11 enthalt Elemente beispielsweise aus glasfaserverstärkten Matenalien, entsprechend den Eigenschaften leicht, dampfend,the piston plate 11 contains elements made of glass fiber-reinforced materials, for example, according to the properties light, steaming,
- m den Kolbenteller 11 ist eine Vulkanisationsschicht eingebracht,a vulcanization layer is introduced into the piston plate 11,
- der Kolbenschaft 34 ist im Kolbenteller 11 stossgedampft gelagert, - die Abfanghulse 38, der Kolbenschaft 34 oder der Kolbenteller 11 mit der Kolbenhulse 35 besteht aus einem Multigradienten- Werkstoff- The piston shaft 34 is mounted in the piston plate 11 with shock absorption, - The interception sleeve 38, the piston shaft 34 or the piston plate 11 with the piston sleeve 35 consists of a multi-gradient material
Insbesondere bei grosseren Durchmessern sowohl der bewegten als auch der unbewegten Teile kann es vorteilhaft sein, Stoffe gennger Dichte wie Leichtmetall, faser- verstärkte Kunststoffe oder formbare Keramiken einzusetzen Auch sind konstruktive Losungen denkbar, bei denen die Korper hohl ausgeführt werden und bei Bedarf beispielsweise mit geschäumten Metallen als Verknüpfung einer leichten Bauweise mit einer hohen Steifigkeit kombiniert sindIn particular with larger diameters of both the moving and the still parts, it can be advantageous to use materials of low density such as light metal, fiber-reinforced plastics or malleable ceramics. Constructive solutions are also conceivable in which the bodies are made hollow and, for example, with foamed ones if necessary Metals are combined as a link of a lightweight construction with high rigidity
Durch die mögliche zweiteilige Ausfuhrung von Kolbenschaft 34 und Kolbenteller 11 kann der Kolbenteller 11 mittels giesstechnischer Verfahren hergestellt werden Dies ist besonders vorteilhaft bei nicht rotationssymmetrischen Formen oder einer komplexeren Gestaltung von Kolbenteller 11 und Kolbenhulse 35 in Verbindung mit dem Kolbenschaft 34. Die Verbindung zwischen Kolbenteller 11 und Kolbenschaft 34 kann losbar oder nicht losbar sein und beispielsweise mittels Gewinde, Loten, Kleben, Vulkanisieren, Reibschweissen, Grenzflächen-Sintern, Klemmen oder Aufschrumpfen realisiert werdenDue to the possible two-part design of piston skirt 34 and piston plate 11, piston plate 11 can be produced using a casting technique. This is particularly advantageous in the case of non-rotationally symmetrical shapes or a more complex design of piston plate 11 and piston sleeve 35 in connection with piston shaft 34. The connection between piston plate 11 and piston shaft 34 can be detachable or non-detachable and can be implemented, for example, by means of threads, soldering, gluing, vulcanizing, friction welding, interface sintering, clamping or shrinking
Die Fig 5A bis 5E zeigen Beispiele von Geraten mit mechanischen Ruckstelleinπch- tungen bzw Ruckstellelementen5A to 5E show examples of devices with mechanical reset devices or reset elements
Gemäss Fig. 5A handelt es sich bei den Ruckstellelementen um eine einfache Gummi- hulse oder einen Schlauch 52, bestehend zum Beispiels aus einem homogenen elasto- meren Stoff oder aus aufgeschäumten Matenalien Bei längeren Ausfuhrungen für gro- ssere Kolbenhübe müssen entsprechende Führungen 52a vorgesehen werden. Derart einfache Anordnungen eignen sich nur für relativ kurze Arbeitshübe 31. Auch muss sichergestellt sein, zum Beispiel durch die Gestaltung der Federkammer, dass die Bewegung der Kolbenhülse 35 ungestört erfolgt. Hierzu kann etwa eine dünne Hülse 52b beitragen.5A, the restoring elements are a simple rubber sleeve or a hose 52, consisting, for example, of a homogeneous elastomeric material or of foamed material. Appropriate guides 52a must be provided for the piston strokes. Such simple arrangements are only suitable for relatively short working strokes 31. It must also be ensured, for example by the design of the spring chamber, that the movement of the piston sleeve 35 takes place undisturbed. A thin sleeve 52b can contribute to this.
Gemäss Fig. 5B besteht das Rückstellelement entweder aus einem System mit Gummi- Hohlkammern 53a, wie es in der oberen Hälfte der Fig. 5B dargestellt ist, oder aus einem balgartigen Element 53b, wie es in der unteren Hälfte der Fig. 5B dargestellt ist.5B, the restoring element consists either of a system with rubber hollow chambers 53a, as shown in the upper half of FIG. 5B, or of a bellows-like element 53b, as shown in the lower half of FIG. 5B.
Fig. 5C enthält eine Rückstelleinrichtung entsprechend derjenigen der Fig. 2, jedoch ohne dass die Gummifeder 54a Bremswirkungen oder eine Kraft zur Hubbegrenzung aufbringen muss. Die Ringe bzw. Scheiben 54b dienen hier als Fixierelemente.FIG. 5C contains a reset device corresponding to that of FIG. 2, but without the rubber spring 54a having to apply braking effects or a force to limit the stroke. The rings or disks 54b serve here as fixing elements.
Gemäss Fig. 5D handelt es sich bei der Rückstelleinrichtung um eine Metallspiralfeder 55a.5D, the reset device is a metal spiral spring 55a.
Gemäss Fig. 5E ist die Rückstelleinrichtung durch eine Metallfeder mit viereckigem Querschnitt/Flachdraht 55b gebildet. Die Metallfedern sind durch die Flächen 56a, 56b bzw. 56c fixiert.5E, the resetting device is formed by a metal spring with a square cross section / flat wire 55b. The metal springs are fixed by the surfaces 56a, 56b and 56c.
In Fig. 5F ist ein Beispiel für mehrstufige bzw. mehrteilige Rückstelleinrichtungen gezeigt. Es handelt sich um eine Kombination aus einem köpf- bzw. hülsenseitigen Element 57a, einem kolbentellerseitigen Element 57b und einem Trennelement 57c. Die- ses Element kann auch als Puffer zwischen den Stirnflächen 37 und 43 dienen.An example of multi-stage or multi-part reset devices is shown in FIG. 5F. It is a combination of an element 57a on the head or sleeve side, an element 57b on the piston plate side and a separating element 57c. This element can also serve as a buffer between the end faces 37 and 43.
Fig. 6 zeigt als Beispiel für eine besondere Ausführung des Kolbentellers einen Stufenteller 60, der sich aus einem vorderen Kolbentellerteil 61 und einem hinteren Kolbentellerteil 62 zusammensetzt. Die Kolbenkammerhülse bzw. Kolbenfuhrungshulse 64 zur Aufnahme dieses Stufentellers 60 ist entsprechend angepasst. Diese Ausführungs- form ist dann vorteilhaft, wenn zum Beispiel eine Laständerung während des Arbeitshubs erreicht werden soll. Der äussere Bereich des vorderen Kolbentellerteils 61 übernimmt dann zweckmässigerweise Aufgaben der Führung und der Mediendichtung 63. Auf diese Weise kann grundsätzlich zwischen dem angetriebenen Kolbenteil und dem6 shows, as an example of a special embodiment of the piston plate, a step plate 60, which is composed of a front piston plate part 61 and a rear piston plate part 62. The piston chamber sleeve or piston guide sleeve 64 for receiving this step plate 60 is adapted accordingly. This embodiment is advantageous if, for example, a load change is to be achieved during the working stroke. The outer region of the front piston plate part 61 then expediently takes over the tasks of the guide and the media seal 63. In this way, it is possible in principle between the driven piston part and the
ERSATZBUVTT (REGEL 26) geführten bzw gedampften bzw ruckgestellten Teil eine konstruktive Trennung vorgenommen werden Der hintere Teil der Kolbenkammerhulse bzw Kolbenfuhrungshulse 64 eignet sich hier in besonderer Weise, um zum Beispiel eine Verstelleinnchtung 64a zur Änderung des Ausgangs-Kammervolumens aufzunehmenERSATZBUVTT (RULE 26) guided or steamed or reset part, a structural separation can be carried out. The rear part of the piston chamber sleeve or piston guide sleeve 64 is particularly suitable here, for example, to accommodate an adjustment device 64a for changing the output chamber volume
In den Fig. 7A und 7B werden Gerate mit möglichen Verstärkungen des Kolbenschaftes im Bereich des Kolbentellers dargestellt Dieses Konzept ist geeignet, um die im Ubergangsbereich zwischen Kolbenteller und Kolbenschaft auftretenden erhöhten dy- n.amιschen Spannungen aufzunehmen, wozu auch auf die Fig. 3B mit den dort darge- stellten Zonen 45c, 45d und 45e verwiesen wirdFIGS. 7A and 7B show devices with possible reinforcements of the piston skirt in the area of the piston plate. This concept is suitable for absorbing the increased dynamic stresses occurring in the transition area between the piston plate and piston skirt, which also includes FIG. 3B the zones 45c, 45d and 45e shown there
Gemäss Fig. 7A vergrossert sich der Durchmesser des Schaftes 66 gegen hinten Der hintere Kolbenschaftteil 66a ist zum Beispiel mittels eines Gewindes 66b mit dem entsprechend gestalteten Kolbenteller 69 verbunden Der Kolbenteller 69 und der Kolben- schaft 66 bzw der hintere Kolbenschaftteil 66a können dabei so gestaltet sein, dass der hintere Kolbenschaftteil 66a durch den Kolbenteller 69 hindurchreicht oder nur in den Kolbenteller 69 eingesetzt ist Der bei diesem Beispiel durchgehende Kolbenschaftteil 66a enthalt auf der Seite des Antπebsfluids eine Bohrung 67 zur Medienfuhrung Deren Volumen kann durch ein eingeschraubtes Element 68 verändert werden7A, the diameter of the shaft 66 increases towards the rear. The rear piston shaft part 66a is connected, for example, by means of a thread 66b to the correspondingly designed piston plate 69. The piston plate 69 and the piston shaft 66 or the rear piston shaft part 66a can be designed in this way That the rear piston shaft part 66a extends through the piston plate 69 or is only inserted into the piston plate 69. The piston shaft part 66a which is continuous in this example contains a bore 67 on the side of the anti-abrasive fluid for media guidance. The volume thereof can be changed by a screwed-in element 68
Fig. 7B zeigt einen Arbeitskolben mit einem m den Kolbenteller 71 eingesetzten, zy- hndnschem Kolbenschaft 70, der in einer entsprechenden Kolbenschaftaufnahme 71a im Kolbenteller 71 montiert ist Die Verbindung zwischen dem Kolbenschaft 70 und der Kolbenschaftaufhahme 71a kann beispielsweise mittels Gewinde, Loten oder Auf- schrumpfen erfolgen Bei diesem Beispiel besitzt der Kolbenteller 71 eine Vertiefung 72, beispielsweise in Form einer Emdrehung zur Medienfuhrung bzw zur Veränderung des ursprünglichen Medienvolumens7B shows a working piston with a cylindrical piston shaft 70 inserted into the piston plate 71 and mounted in a corresponding piston shaft holder 71a in the piston plate 71. The connection between the piston shaft 70 and the piston shaft holder 71a can be made, for example, by means of threads, soldering or mounting. shrinking take place In this example, the piston plate 71 has a recess 72, for example in the form of a rotation for media guidance or for changing the original media volume
Fig. 8 zeigt einen Arbeitskolben für eine Gerat nach Fig. 3 mit einem durchgehenden Kolbenschaft 73. Der Kolbenschaft 73 ist rein zylmdnsch und besitzt damit die einfachst mögliche Form Es kann auch im Kolbenschaft 73 eine Bohrung 74 angebracht sein, die bei Bedarf gegen Medienraum mit einem Stopfen 75 verschlossen werden kann Eine derartige Bohrung kann unter anderem auch dazu dienen, Medium durch den Schaft 73 auf das zu setzende Befestigungselement zu leiten. Der Kolbenteller 76 und sein Bereich zur Kolbenschaftaufnahme bzw. Kolbenschaftführung 76a sind entsprechend ausgestaltet.Fig. 8 shows a working piston for a device according to Fig. 3 with a continuous piston shaft 73. The piston shaft 73 is purely cylindrical and thus has the simplest possible shape. A bore 74 can also be made in the piston shaft 73, which, if necessary, also protects against media space a plug 75 can be closed. Such a bore can also be used, among other things, for medium to guide the shaft 73 onto the fastening element to be placed. The piston plate 76 and its area for receiving the piston skirt or guide 76a are configured accordingly.
Fig. 9 zeigt einen Arbeitskolben für ein Gerät nach Fig. 3, der im Bereich des Kolbentellers 78 ein separates Ringelement 77 besitzt. Dieses kann zum Beispiel den Kolbenschaft in diesem Bereich verstärken oder auch der Änderung der Kolbenmasse dienen. Ausserdem kann es als spezielles Dämpfungselement beim Auftreffen auf den inneren Steg 80 der entsprechend angepassten Auffanghülse 79 dienen. Auf diese Weise kann beispielsweise der Aufsetzvorgang im Bereich der Kolbenhülse 78 und des äusseren Steges 81 der Auffanghülse 79 sowie der Kombination aus Ringelement 77 und innerem Steg 80 der Auffanghülse 79 zeitlich differenziert erfolgen.FIG. 9 shows a working piston for a device according to FIG. 3, which has a separate ring element 77 in the area of the piston plate 78. This can, for example, reinforce the piston skirt in this area or also serve to change the piston mass. In addition, it can serve as a special damping element when it hits the inner web 80 of the correspondingly adapted collecting sleeve 79. In this way, for example, the placement process in the area of the piston sleeve 78 and the outer web 81 of the collecting sleeve 79 and the combination of the ring element 77 and the inner web 80 of the collecting sleeve 79 can take place at different times.
An den obigen beispielhaften Darlegungen wird ersichtlich, dass beim neuen Gerät der Arbeitskolben mit seinen Variationsmöglichkeiten den zentrale Bauteil des Gerätes darstellt. Besonders wichtig ist seine Unterteilung in einen Schaftbereich und einen Kolbentellerbereich. Erst diese Unterteilung ergibt den bereits dargelegten konstruktiven und werkstofftechnischen Spielraum, der eine optimale Anpassung an die jeweiligen Belastungssituationen ermöglicht.From the above explanations, it can be seen that in the new device, the working piston with its possible variations represents the central component of the device. It is particularly important to divide it into a stem area and a piston plate area. It is only this subdivision that gives the constructive and material scope that has already been described, which enables optimal adaptation to the respective load situations.
In den Fig. 10A bis 10E sind einige Beispiele zur Variation des Arbeitshubs 31 bzw. der Setztiefe dargestellt. Die Setztiefe bzw. der Arbeitshub 31 kann beispielsweise variiert werdenFIGS. 10A to 10E show some examples for varying the working stroke 31 or the setting depth. The setting depth or the working stroke 31 can be varied, for example
- durch die Änderung der Länge des gesamten Arbeitskolbens;- by changing the length of the entire working piston;
- durch die Wahl verschieden langer Kolbenschäfte, wozu auf die entsprechenden Darstellungen der Fig. 7, 8, 10A und 10B hingewiesen wird;by the choice of piston shafts of different lengths, for which reference is made to the corresponding representations of FIGS. 7, 8, 10A and 10B;
- durch verschieden lange Schaftaufsätze 83, die entweder mit dem Kolbenschaft 84 fest verbunden sind, beispielsweise gelötet, geklebt oder metallisch verbunden oder die auswechselbar sind und dazu verzapft, geschraubt über einen Zapfen 85 des Schaftaufsatzes 83 oder einen Zapfen 86 des Kolbenschaftes 84 verbunden sind, wozu auf Fig. IOC verwiesen wird;by shaft extensions 83 of different lengths, which are either permanently connected to the piston shaft 84, for example soldered, glued or metallically connected, or which are interchangeable and mortised, screwed together via a pin 85 of the shaft attachment 83 or a pin 86 of the piston shaft 84, for which reference is made to FIG. IOC;
- durch Veränderung der Länge der Kolbenhülse 35, wozu auf Fig. 10D verwiesen wird; - durch Veränderung der Länge des Hülsensteges 39 bzw. der Auffanghülse, wozu auf Fig. 10E hingewiesen wird;- By changing the length of the piston sleeve 35, for which reference is made to Fig. 10D; by changing the length of the sleeve web 39 or the collecting sleeve, for which reference is made to FIG. 10E;
- durch unterschiedliche Montagetiefen des Kolbenschaftes 70 im Kolbenteller 71 bei ausreichender Höhe des Kolbentellers, wozu beispielsweise auf Fig. 7B hingewiesen wird;by different mounting depths of the piston skirt 70 in the piston plate 71 with a sufficient height of the piston plate, for which reference is made, for example, to FIG. 7B;
- durch geeignete Kombinationen der soeben erwähnten einzelnen Möglichkeiten.- by suitable combinations of the individual options just mentioned.
Für eine Reihe von Verwendungsmöglichkeiten des neuen Gerätes kann bei dem hier vorgeschlagenen Prinzip davon ausgegangen werden, dass auf eine Dämpfung, selbst- bei Leerschüssen, verzichtet werden kann. In diesem Falle reduziert sich die Baulänge der Arbeitskolbeneinheit auf ein Minimum. In den Fig. 11A bis 11C sind entsprechende Ausführungen des Gerätes dargestellt. Gemäss Fig. HA setzt die Kolbenhülse 35 direkt auf einen Ring 87 auf, dem lediglich ein Dämpfungsglied für das Gerät 19, wie in Fig. 1 dargestellt ist, nachgeschaltet ist. Als Federelement wurde hier eine Flachdraht- Feder in der Federkammer 55b angeordnet, wozu auf Fig. 5e verwiesen wird.For a number of possible uses of the new device, it can be assumed with the principle proposed here that damping, even with empty shots, can be dispensed with. In this case, the overall length of the working piston unit is reduced to a minimum. Corresponding implementations of the device are shown in FIGS. 11A to 11C. According to FIG. HA, the piston sleeve 35 is placed directly on a ring 87, which is followed only by an attenuator for the device 19, as shown in FIG. 1. A flat wire spring was arranged in the spring chamber 55b as a spring element, for which purpose reference is made to FIG. 5e.
Fig. 11B zeigt eine weitere Variante des neuen Gerätes. Hier setzt die Kolbenhülse 35 direkt auf die vordere Begrenzungsfläche der Kolbenkammer 87a auf.11B shows a further variant of the new device. Here, the piston sleeve 35 rests directly on the front boundary surface of the piston chamber 87a.
Zur Vergrösserung des Arbeitshubes kann bei vorgegebener Länge der Kolbenhülse 35 der Ring 87 entfallen und die vordere Stirnfläche des Federelementes 55b durch direktes Aufsetzen auf die Aufsetzhülse 89 entsprechend weit nach vorne verlegt werden, wozu auf Fig. 11C verwiesen wird.In order to increase the working stroke, the ring 87 can be omitted for a given length of the piston sleeve 35 and the front end face of the spring element 55b can be moved correspondingly far forward by directly placing it on the mounting sleeve 89, for which purpose reference is made to FIG. 11C.
Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass der Kolbenschaft 34 über einen inneren Kolbenteller 90 in einem entsprechend ausgeführten äusseren Kolbenteller 91 federnd gelagert ist. Dies kann beispielsweise mittels einer Kolbentellerfeder 92 oder über ein elastomeres Dämpfungselement 90a geschehen, wozu auf Fig. 12A verwiesen wird. Fig. 12B zeigt eine Variante, bei welcher der beispielsweise über eine Kolbentellerfe- der 92 oder eine elastomere Schicht 90b abgefederte Kolbenteller 90 von der Gaskraft direkt beaufschlagt wird. Die Fig. 13A und 13B betreffen eine Ausfuhrung des neuen Gerätes für hochspezialisierte Anwendungen Es handelt sich hierbei um Tandem-Systeme mit einem Arbeitskolbenteller 97, m dem sich ein weiterer Kolben bzw Sekundarkolben 94 befindet Gemäss Fig. 13A lauft der Sekundarkolben 94, der eine ihm zugeordnete Kolbenstange 95 besitzt, die im Kolbenschaft 96 des äusseren Arbeitskolbens angeordnet ist In diesem Beispiel können der Sekundarkolben 94 und der aussere Arbeitskolben getrennt ange- tneben werden, etwa über eine Medienzufuhrung 46 für den Sel undarkolben 94 und eine Medienzufuhrung 47a für den äusseren Arbeitskolben, wozu auch auf Fig. 4A verwiesen wirdIn principle, it is also conceivable for the piston shaft 34 to be resiliently mounted via an inner piston plate 90 in a correspondingly designed outer piston plate 91. This can be done for example by means of a piston plate spring 92 or via an elastomeric damping element 90a, for which reference is made to FIG. 12A. 12B shows a variant in which the piston plate 90, which is sprung, for example, via a piston plate spring 92 or an elastomeric layer 90b, is acted upon directly by the gas force. 13A and 13B relate to an embodiment of the new device for highly specialized applications.These are tandem systems with a working piston plate 97, in which there is a further piston or secondary piston 94. According to FIG. 13A, the secondary piston 94 is running, and one of them has the associated piston rod 95, which is arranged in the piston shaft 96 of the outer working piston. In this example, the secondary piston 94 and the outer working piston can be separated separately, for example via a media feed 46 for the sel piston and 94 and a media feed 47 a for the outer working piston, for which reference is also made to FIG. 4A
Im Beispiel der Fig. 13B bewegt sich der innere Kolben 94 in einer durch einen Deckel 98 geschlossenen hinteren KolbenhulseIn the example in FIG. 13B, the inner piston 94 moves in a rear piston sleeve closed by a cover 98
In den Geraten, die m den Fig. 13A und 13B dargestellt sind, kann die Kolbenstange 95 des Sekundarkolbens 94 relativ zum Kolbenschaft 96 des Arbeitskolbens eine Bewegung über eine Distanz 99 ausfuhren Damit ist es beispielsweise möglich, in einem entsprechend ausgebildeten Befestigungselement bzw Bolzen eine bestimmte Zusatzfunktion auszulosenIn the devices shown in FIGS. 13A and 13B, the piston rod 95 of the secondary piston 94 can perform a movement over a distance 99 relative to the piston shaft 96 of the working piston. This makes it possible, for example, to use a correspondingly designed fastening element or bolt To trigger additional function
Bei den bisher dargestellten Ausfuhrungsformen des neuen Gerätes wurde davon ausgegangen, dass der Antrieb des Arbeitskolbens über ein Antnebsfluid, beispielsweise einem pyrotechmsch erzeugten Gas, erfolgt Wie bereits erwähnt, kommen neben diesem allgemein üblichen Antrieb mittels Gaskraft noch weitere Antnebsmoghchkeiten in Betracht Besonders interessant ist dabei sicherlich die elektromagnetische Be- schleumgung Deren Einsatzmoglichkeit soll im folgenden skizzenhaft, also ohne Schaltungen und Stromfuhrungen, beschrieben werden, wobei entsprechende Grundlagen im CCG Lehrgang von Sterzelmeier vorhanden sindIn the embodiments of the new device described so far, it was assumed that the working piston is driven by an auxiliary fluid, for example a gas generated by pyrotechnic technology.As already mentioned, in addition to this generally customary propulsion by means of gas power, there are other possible additions. Particularly interesting is certainly interesting electromagnetic smearings The possible uses of these should be described in the following in a sketchy manner, ie without circuits and power supply, whereby the relevant basics are available in the CCG course from Sterzelmeier
Grundsatzlich kommen hier sogenannte Spulenbeschleuniger in Betracht, die lmpuls- formig mit zeitlich begrenzter Induktion arbeiten Bei der hier zur Diskussion stehenden Anwendung kommt in erster Linie ein sogenannter Flachspulenbeschleuniger in Betracht, wie er von der Elektrodynamik her bekannt ist Das auf der ZENZschen Regel basierende Pnnzip besteht bekanntlich dann, dass durch einen elektnsch gut leiten-In principle, so-called coil accelerators come into consideration here, which work in the form of a pulse with induction for a limited time. In the application under discussion, a so-called flat coil accelerator, as is known from electrodynamics, primarily comes into consideration. The principle based on ZENZ's principle exists as is well known, then, that it is well
ΕRSATZBLATT (REGEL 26) den Ring, der sich in magnetischer Kopplung mit einer Spule befindet, ein Stromimpuls geleitet wird. Beide Teile stossen sich dabei mit grosser Kraft ab. Das Prinzip kann sowohl auf ringförmige wie auf ebene Elemente angewendet werden. Dabei können unterschieden werden:REPLACEMENT SHEET (RULE 26) the ring, which is in magnetic coupling with a coil, a current pulse is conducted. Both parts repel each other with great force. The principle can be applied to both ring-shaped and flat elements. A distinction can be made here:
- Spulensystem in der Kolbenhülse bzw. Ringbeschleuniger;- Coil system in the piston sleeve or ring accelerator;
- Spulensystem im Kolbenteller bzw. Flachspulenbeschleuniger;- Coil system in the piston plate or flat coil accelerator;
- elektromagnetische Bremseinrichtung.- electromagnetic braking device.
Ein besonderer Vorteil elektrischer Einrichtungen besteht in der Steuerung. So kann beispielsweise die Energie entsprechend der benötigten Setzleistung eingestellt werden. Auch ist aufgrund der sehr kurzen Signallaufzeiten eine Steuerung/Regelung während des Setzvorgangs selbst möglich.Control is a particular advantage of electrical equipment. For example, the energy can be set according to the required setting power. Due to the very short signal propagation times, it is also possible to control the system itself during the setting process.
In Fig. 14A sind zwei Möglichkeiten eingezeichnet. Eine Primärspule 100 beschleunigt eine Sekundärspule 101 im Boden des Kolbentellers. Alternativ oder parallel kann der Arbeitskolben auch über ein radiales Spulensystem 102 angetrieben werden.Two possibilities are shown in FIG. 14A. A primary coil 100 accelerates a secondary coil 101 in the bottom of the piston plate. Alternatively or in parallel, the working piston can also be driven via a radial coil system 102.
Es ist auch möglich, die Rückstellung des Arbeitskolbens über entsprechende Spulen- Systeme 103 und 104 mit der Sekundärspule 105, untergebracht in einem Ring 106 vorzunehmen, wozu auf Fig. 14B verwiesen wird,It is also possible to reset the working piston via corresponding coil systems 103 and 104 with the secondary coil 105, housed in a ring 106, for which reference is made to FIG. 14B.
Grundsätzlich ist ein elektromagnetischer Antrieb mit axial kürzeren, eher vorzugsweise lateral ausgedehnteren Systemen empfehlenswert. Denn zum einen nimmt der Wir- kungsgrad bei grösseren Spulensystemen zu, zum anderen müssen bei höheren Beschleunigungen grössere radiale Kräfte von dem die Spulen umgebenden Werkstoff aufgenommen werden. Basically, an electromagnetic drive with axially shorter, more preferably laterally extended systems is recommended. On the one hand, the efficiency increases with larger coil systems, on the other hand, with higher accelerations, larger radial forces have to be absorbed by the material surrounding the coils.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e: Patent claims:
1. Gerät zum Setzen eines Befestigungselementes (4) in einen Setzunter- grund (6), mit einem eine Kolbenstange (34) und einen Kolbenteller (11) umfassenden1. Device for setting a fastening element (4) into a setting base (6), with a comprising a piston rod (34) and a piston plate (11)
Arbeitskolben zum Beaufschlagen des Befestigungselementes (4) beim Setzen, wobei der Kolbenteller in einer Kolbenfuhrungshulse (7) während eines Arbeitshubes (31) aus einer Ruhelage in eine Endlage verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Arbeitskolben (11, 34) eine Anschlagfläche (37) angeordnet ist, welche in derWorking piston for loading the fastening element (4) when setting, the piston plate being displaceable in a piston guide sleeve (7) during a working stroke (31) from a rest position to an end position, characterized in that a stop surface (37.) On the working piston (11, 34) ) is arranged, which in the
Endlage an einer an der Kolbenfuhrungshulse (7) angeordneten Gegenfläche (43) zurEnd position on a counter surface (43) arranged on the piston guide sleeve (7)
Anlage kommt, um den Arbeitshub (31) zu begrenzen.System comes to limit the working stroke (31).
2. Gerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (37) durch die vordere Endfläche einer mit dem Kolbenteller (11) verbundenen, die Kolbenstange (34) konzentrisch umgebenden Kolbenhülse (35) gebildet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the stop surface (37) is formed by the front end surface of a piston sleeve (34) connected to the piston plate (11) and surrounding the piston rod (34) concentrically.
3. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche (43) durch die dem Kolben zugewandte Freifläche einer mit der Kolbenfuhrungshulse (7) verbundenen, parallel zur Längsachse der Kolbenstange (34) in die Führungshülse (7) ragenden Abfanghülse (38, 39) gebildet ist.3. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the counter surface (43) through the piston facing free surface of a with the piston guide sleeve (7) connected parallel to the longitudinal axis of the piston rod (34) in the guide sleeve (7) protruding sleeve (38, 39) is formed.
4. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenhülse (35) und/oder die Abfanghülse (38) zentralsymmetrisch zur Längsachse des Kolbens angeordneten stegartige Teilflächen aufweisen. 4. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the piston sleeve (35) and / or the interception sleeve (38) have web-like partial surfaces arranged centrally symmetrically to the longitudinal axis of the piston.
5. Gerat nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagflache (37) und die Gegenflache (43) ringförmig oder konisch ausge- bildet sind5. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the stop surface (37) and the counter surface (43) are annular or conical
6. Gerat nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Kolbenhulse (35) bzw den Abfanghulsensteg (39) und die Kolbenstange (34) begrenzte Raum eine Federkammer (44) bildet, m welcher eine Ruckstel- lemnchtung (8) angeordnet ist, um den Arbeitskolben (11, 34) aus der Endlage in die Ausgangslage zurückzuschieben6. Device according to at least one of the above patent claims, characterized in that the space delimited by the piston sleeve (35) or the intercept sleeve web (39) and the piston rod (34) forms a spring chamber (44), with which a reset position (8 ) is arranged to push the working piston (11, 34) back from the end position into the starting position
7. Gerat nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb des Arbeitskolbens (11, 34) Antnebsmittel vorgesehen sind, welche auf chemischer/pyrotechmscher Basis oder auf Druckfluid oder auf elektromagneti- scher Basis oder auf elektrothermischer Basis beruhen7. Device according to at least one of the above claims, characterized in that anti-additives are provided for driving the working piston (11, 34), which are based on a chemical / pyrotechnic basis or on pressure fluid or on an electromagnetic basis or on an electrothermal basis
8 • Gerat nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschaft (34) an seiner vorderen Flache eine pragende oder aufdornende Einrichtung und/oder ein den Kontakt zum Befestigungselement (4) herstellendes Aufnahmeteil enthalt und/oder als hohles oder massives Stanzwerkzeug ausgebildet ist, wobei sich sein vorderer Bereich durchmesser- und/oder formmassig von seinem hinteren Bereich unterscheidet 8 • Device according to at least one of the above claims, characterized in that the piston shaft (34) on its front surface contains a protruding or thickening device and / or a receiving part making contact with the fastening element (4) and / or as a hollow or solid punching tool is formed, wherein its front area differs in diameter and / or shape from its rear area
9. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschaft (34) bzw. der Kolbenteller (11) bzw. die Kolbenhülse (35) gegossen, gedreht, geschmiedet oder gezogen ist und aus Schwermetall. Stahl, Leichtmetall wie Duraluminium oder Titan, einem keramischen Material, einem Faserverbundmaterial, einem gehämmerten bzw. kaltverfestigten metallischen Werkstoff oder einem Multigradienten- Werkstoff besteht.9. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the piston skirt (34) or the piston plate (11) or the piston sleeve (35) is cast, turned, forged or drawn and made of heavy metal. Steel, light metal such as duralumin or titanium, a ceramic material, a fiber composite material, a hammered or work-hardened metallic material or a multi-gradient material.
10. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschaft (34) eine Bohrung aufweist und/oder aus einem zentralen zylindrischen Kern und aus einer diesen umschliessenden Schafthülse besteht und/oder in Durchmesser und Länge veränderlich ist und/oder einen beliebigen Querschnitt besitzt.10. The device according to at least one of the above claims, characterized in that the piston shaft (34) has a bore and / or consists of a central cylindrical core and a shaft sleeve enclosing this and / or is variable in diameter and length and / or one has any cross section.
11. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenteller (11) auf der Seite des Antriebsmittels eben ist oder auf minde- stens einer Seite eine Vertiefung enthält und/oder auf der Seite des Antriebsmittels eine Einrichtung zur Medienführung und/oder -Verteilung aufweist.11. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the piston plate (11) on the side of the drive means is flat or contains a recess on at least one side and / or on the side of the drive means a device for media guidance and / or distribution.
12. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenteller (11) ein in eine Bohrung (67) eingesetztes Element besitzt.12. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the piston plate (11) has an element inserted into a bore (67).
13. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenteller (11) mittels eines Rings (49a) oder einer Labyrinthdichtung (49b) gegen den Medienraum (46) gedichtet ist. 13. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the piston plate (11) is sealed against the media space (46) by means of a ring (49a) or a labyrinth seal (49b).
14. Gerat nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschaft (34) und der Kolbenteller (11) durch Gewinde, Loten, Kleben, Vulkanisieren, Klemmen bzw Aufschrumpfen, Reibschweissen, oder an den gegenseitigen Kontaktflachen metallisch, beispielsweise durch Sintern oder Bonden, verbunden14. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the piston skirt (34) and the piston plate (11) by thread, soldering, gluing, vulcanizing, clamping or shrinking, friction welding, or on the mutual contact surfaces metallic, for example by sintering or bonding
15. Gerat nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abbremen des Arbeitskolbens (3) ein elastomerer Puffer, ein metallisches Element, eine Reibklemmung, ein Federelement und/oder ein Ringelement angeordnet ist, wobei das Ringelement auf mindestens einer Seite ebenrein zylindrisch ist und/oder auf mindestens einer Seite eine Vertiefung enthalt15. Device according to at least one of the above claims, characterized in that an elastomeric buffer, a metallic element, a friction clamp, a spring element and / or a ring element is arranged for braking the working piston (3), the ring element being clean on at least one side is cylindrical and / or contains a recess on at least one side
16. Gerat nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringelement bzw die Abfanghulse einen äusseren Steg und/oder einen mne- ren Steg besitzt16. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the ring element or the interception sleeve has an outer web and / or a male web
17. Gerat nach mindesten einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Arbeitsfluids zentral oder dezentral, beispielsweise über am Umfang verteilte Zufuhrungen erfolgt17. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the supply of the working fluid is carried out centrally or decentrally, for example via feeds distributed over the circumference
18. Gerat nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruckstelleinrichtung (8) eine Gummihulse bzw einen Gummischlauch (52), ein Hohlkammer-Gummisystem (53a), einen beispielsweise metallischen oder polyme- ren. federnden Balg (53b), eine Gummifeder (54a), eine Spiralfeder (55a), eine Flach- draht-Feder (55b) und/oder mehrteilige bzw. mehrstufige Federelemente (57) aufweist, wobei die letzteren ggfs. eine Führung (57c) besitzen.18. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the return device (8) is a rubber sleeve or a rubber hose (52), a hollow-chamber rubber system (53a), for example a metallic or polymeric resilient bellows (53b), a rubber spring (54a), a spiral spring (55a), a flat wire spring (55b) and / or multi-part or multi-stage spring elements (57), the latter possibly having a guide (57c).
19. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenteller (11) als Stufenteller (60) mit einem vorderen Kolbentellerteil und einem hinteren Kolbentellerteil ausgebildet ist, wobei der Antrieb gleichzeitig über mindestens eine der beiden Stufen erfolgt.19. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the piston plate (11) is designed as a step plate (60) with a front piston plate part and a rear piston plate part, the drive being carried out simultaneously via at least one of the two stages.
20. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen des Stufentellers (60) aus demselben, vorzugsweise homogenen Werk- stoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und durch Löten, Schweissen, Schrauben oder Vulkanisieren oder metallisch an ihren Kontaktflächen, beispielsweise durch Sintern oder Bonden, verbunden sind.20. Device according to at least one of the above claims, characterized in that the steps of the step plate (60) consist of the same, preferably homogeneous material or of different materials and by soldering, welding, screwing or vulcanizing or metallic on their contact surfaces, for example by sintering or bonding.
21. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringelement (77) mit einem Kolbenschaft (73) oder einem Kolbenteller (78) verbunden ist, welches der Masseänderung dient, wobei das Ringelement (77) vorzugsweise federnde Eigenschaften besitzt und sich vorzugsweise direkt auf der Auf- fanghülse (79) abstützt.21. Device according to at least one of the above claims, characterized in that a ring element (77) is connected to a piston skirt (73) or a piston plate (78) which serves to change the mass, the ring element (77) preferably having resilient properties and is preferably supported directly on the collecting sleeve (79).
22. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (97) einen in ihm angeordneten Sekundärkolben (94) enthält, und dass vorzugsweise der Arbeitskolben (97) und der Sekundärkolben (94) antreibbar sind, wobei der Sekundärkolben in einem offenen oder geschlossenen System bewegbar ist. 22. Apparatus according to at least one of the above claims, characterized in that the working piston (97) contains a secondary piston (94) arranged in it, and that preferably the working piston (97) and the secondary piston (94) can be driven, the secondary piston in an open or closed system is movable.
23. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Kolbenschaft (34) und Kolbenteller (90) ein Dämpfungselement (92) befindet.23. Device according to at least one of the above claims, characterized in that a damping element (92) is located between the piston skirt (34) and piston plate (90).
24. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolbenteller (11) mindestens zwei Kolbenschäfte befestigt sind.24. Device according to at least one of the above claims, characterized in that at least two piston shafts are fastened in the piston plate (11).
25. Gerät nach mindestens einem der obigen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolbenteller (90) und einem Kolbentellerdeckel (90a) ein Dämpfungselement (92), beispielsweise mit einer metallischen Feder oder mit einem elasto- meren Element, angeordnet ist.25. Device according to at least one of the above claims, characterized in that a damping element (92), for example with a metallic spring or with an elastomeric element, is arranged between the piston plate (90) and a piston plate cover (90a).
26. Verwendung des Gerätes nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 25 zur Befestigung eines Bauteiles (5) an der Oberfläche eines Setzuntergrundes (6) mittels eines Befestigungselementes (4), dadurch gekennzeichnet, dass das zu befestigende Bauteil (5) an die Oberfläche des Setzgrundes (6) gebracht wird, dass das Gerät mit seiner Schaftführungshülse (16) auf dem Bauteil (5) in Anschlag gebracht wird, wobei sich der Arbeitskolben (3) in seiner Ruhelage befindet, und dass der Arbeitskolben (3) angetrieben wird, bis er seine Endlage eneicht, um dabei das Befestigungselement (4) durch das Bauteil (5) in den Setzuntergrund (6) zu set- zen. 26. Use of the device according to at least one of claims 1 to 25 for fastening a component (5) to the surface of a setting substrate (6) by means of a fastening element (4), characterized in that the component (5) to be fastened to the surface of the Setzgrundes (6) is brought that the device with its shaft guide sleeve (16) on the component (5) is stopped, with the working piston (3) is in its rest position, and that the working piston (3) is driven until he reaches his end position in order to put the fastening element (4) through the component (5) into the setting surface (6).
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