[0001] Die Erfindung betrifft ein Eintreibgerät, insbesondere ein handgeführtes Eintreibgerät,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft zudem ein Betriebsverfahren
für ein Eintreibgerät gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10.
[0002] Allgemein betrifft die Erfindung Eintreibgeräte, bei denen ein Eintreibkolben durch
ein schnell expandierendes Gas im Rahmen eines Verbrennungsvorgangs beschleunigt wird.
Übliche Bauarten solcher Geräte nutzen hierzu Pulverkartuschen oder ein zündfähiges
Brenngasgemisch. Eintreibgeräte solcher Bauarten sind regelmäßig für hohe Eintreibenergien
ausgelegt.
[0003] EP 1 987 924 A1 beschreibt ein aufladbares, brenngasbetriebenes Eintreibgerät, bei dem ein Eintreibkolben
mittels einer Haltevorrichtung in einer Ausgangsposition gehalten ist. Die Haltevorrichtung
umfasst einen Kugelkopf, der in eine an dem Eintreibkolben ausgeformte Rille in radialer
Richtung eingreift und mit einer Kraft beaufschlagt ist. Bei einer Ausführungsform
kann der Eintreibkolben durch Aktivierung einer elektromagnetischen Spule freigegeben
werden. Die Haltevorrichtung dient einem Abstützen des Kolbens gegen einen Ladedruck
des Brenngases in der Brennkammer, der bereits vor einer Zündung anliegt.
[0004] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Eintreibgerät anzugeben, das eine sichere Halterung
und eine schnelle Freigabe des Eintreibkolbens ermöglicht.
[0005] Diese Aufgabe wird für ein eingangs genanntes Eintreibgerät erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Vorsehen eines Piezoaktors
in der Kolbenhalterung kann die Freigabe zu einem gewählten Zeitpunkt mittels einer
elektrischen Spannung erfolgen, wobei die Freigabe aufgrund der hohen Reaktionsgeschwindigkeit
von Piezoaktoren nahezu verzögerungsfrei erfolgen kann.
[0006] Unter einem Piezoaktor wird im Sinne der Erfindung jedes Bauteil verstanden, das
den inversen piezoelektrischen Effekt einer Längenänderung durch Anlegen einer Spannung
an einen piezoelektrischen Festkörper nutzt. Die Längenänderung wird dabei im Sinne
eines mechanischen Aktuators genutzt, durch den ein Zustand des Kolbenhalters geändert
wird. Je nach mechanischer Auslegung kann eine Freigabe des Kolbens dabei bevorzugt
durch Aufschalten, bei Bedarf aber auch durch Abschalten der Spannung erfolgen. Häufig
verwendete Piezoaktoren umfassen eine Piezokeramik als piezoelektrisch wirksamer Festkörper
und sind meist aus einer Vielzahl von kontaktierten Schichten aufgebaut.
[0007] Allgemein versteht sich, dass die Kolbenhalterung eines erfindungsgemäßen Eintreibgerätes
bevorzugt zwei oder mehr um den Umfang des Kolbens verteilte Piezoaktoren umfasst,
um eine verwindungsarme und besonders sichere Halterung zu gewährleisten.
[0008] Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kolbenhalterung ein mittels
des Piezoaktors betätigbares Riegelglied zur bevorzugt formschlüssigen Halterung des
Eintreibkolbens. Ein Riegelglied, insbesondere in Verbindung mit einer formschlüssigen
Halterung, erlaubt eine sichere Halterung des Kolbens auch gegenüber hohem Druck.
Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Piezoaktor über ein Getriebe auf
das Riegelglied einwirkt. Dies erlaubt einen gegenüber dem Piezoaktor deutlich vergrößerten
Hub und somit eine Anpassung an die mechanischen und thermisch bedingten Toleranzen
üblicher Eintreibkolben.
[0009] Unter einem Getriebe wird insbesondere ein Hebelgetriebe verstanden. Allgemein bevorzugt
leistet das Getriebe eine deutliche Übersetzung der Längenänderung des Piezoaktors,
bevorzugt um einen Faktor von mehr als zwei.
[0010] Allgemein vorteilhaft ist der Piezoaktor gegen die Kraft einer Vorspannfeder abgestützt,
wodurch eine spielfreie und genaue Funktion des Kolbenhalters ermöglicht ist.
[0011] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Freigabe
des Eintreibkolbens mittels des Piezoaktors mit zeitlicher Verzögerung nach einem
Zündvorgang. Dies ermöglicht die gezielte Freigabe des Eintreibkolbens nach einem
bereits erfolgten Druckaufbau, wodurch die Energieübertragung auf den Eintreibkolben
und somit die erzielbare Setzenergie erhöht werden kann. Die zeitliche Genauigkeit
und die Geschwindigkeit der Freigabe sind dabei notwendig sehr hoch und können durch
die erfindungsgemäße Verwendung von Piezoaktoren erreicht werden.
[0012] Allgemein bevorzugt erfolgt die Freigabe dabei in Abhängigkeit von einer Druckschwelle,
einer Temperaturschwelle oder einem definierten Zeitabstand. Weiterhin bevorzugt ist
die zeitliche Verzögerung zudem einstellbar veränderbar. Zum Beispiel kann die Veränderung
der Verzögerung durch automatische oder manuelle Vorwahl eines Wertes erfolgen. Es
kann auch um eine automatische Nachführung der Verzögerung in Abhängigkeit des Ablauf
eines vorhergehenden Eintreibvorgangs vorgesehen sein.
[0013] Insgesamt wird hierdurch eine Optimierung des Eintreibvorgangs erreicht, so dass
eine möglichst hohe Setzenergie erreichbar ist und/oder die Setzenergie durch Wahl
der Verzögerung eingestellt werden kann.
[0014] Bei einer allgemein vorteilhaften Ausführungsform ist die Brennkammer mit einem zündfähigen
Brenngasgemisch befüllbar. Solche mit Brenngas betriebenen Eintreibgeräte erzielen
hohe Energien bei geringer Verschmutzung der Gerätemechanik aufgrund von Abbrandprodukten.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dabei mittels eines Aufladungsglieds
ein Überdruck des Brenngasgemisches in der Brennkammer erzeugbar.
[0015] Unter einem Überdruck des Brenngasgemisches wird dabei ein erhöhter Druck zur Steigerung
der Eintreibenergie verstanden. Auch bei herkömmlichen, nicht aufgeladenen Geräten
liegt der Druck des Brenngasgemisches meist etwas oberhalb eines Umgebungsdrucks,
da das unter Druck stehende Brenngas zu der unter Atmosphärendruck stehenden Luft
in der Brennkammer hinzugefügt wird. Dabei handelt es sich nur um eine geringe Druckerhöhung.
Ein Überdruck im Sinne der Erfindung liegt bevorzugt um wenigstens 100 mbar, besonders
bevorzugt um wenigstens 200 mbar über dem Atmosphärendruck.
[0016] Die Aufgabe der Erfindung wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines
Eintreibgerätes, umfassend die Schritte:
- a. Halten eines Eintreibkolbens in einer Ausgangsposition mittels einer Kolbenhalterung;
- b. Zünden eines Verbrennungsvorgangs in einer Brennkammer unter Erhöhung eines auf
den Eintreibkolben wirkenden Drucks;
- c. Freigabe des Eintreibkolbens mittels eines elektrischen Signals an die Kolbenhalterung,
nachdem ein definierter Druckanstieg stattgefunden hat.
[0017] Durch die verzögerte Freigabe der Kolbenhalterung kann die resultierende Eintreibenergie
gezielt verändert werden und insbesondere eine hohe maximale Eintreibenergie erreicht
werden.
[0018] Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels eines vorstehend beschriebenen,
erfindungsgemäßen Eintreibgerätes durchgeführt.
[0019] Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen
Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
[0020] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der
anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Eintreibgerätes.
- Fig. 2
- zeigt eine schematische Detailansicht des Eintreibgerätes aus Fig. 1 vor der Auslösung
eines Eintreibvorgangs mit geschlossener Kolbenhalterung.
- Fig. 3
- zeigt eine schematische Detaildarstellung der Kolbenhalterung aus Fig. 2.
- Fig. 4
- zeigt die Kolbenhalterung aus Fig. 3 in einem geöffneten Zustand.
[0021] Das Eintreibgerät aus Fig. 1 ist ein handgeführtes Gerät, umfassend ein Gehäuse 1
und eine darin aufgenommene Brennkammer 2 mit einer Brennkammerwand. An die Brennkammer
2 grenzt ein Zylinder 3 mit einem darin geführten Eintreibkolben 4 an. Der Eintreibkolben
4 umfasst einen Eintreibstößel 5 zum Eintreiben eines Nagelglieds (nicht dargestellt)
in ein Werkstück.
[0022] Ein zündfähiges Brenngasgemisch wird vorliegend mittels eines Brenngasspeichers 6
in die Brennkammer 2 eingebracht. Das Brenngasgemisch wird dabei mittels eines Aufladungsglieds
7 auf einen Überdruck komprimiert. Das Aufladungsglied ist als elektrisch angetriebener
und über einen Akku 8 versorgter Kompressor ausgebildet. Bei anderen Ausführungsformen
kann eine Aufladung auch mittels einer angetriebenen Rückstellung des Eintreibkolbens
4 oder auf sonstige Weise erfolgen.
[0023] Das Brenngas wird über ein Dosierventil 9 von dem Brenngasspeicher 6 in die Luft
der Brennkammer 2 eingebracht. Die Brenngasinjektion kann je nach Anforderungen in
die noch nicht komprimierte, teilkomprimierte oder auch vollständig komprimierte Luft
erfolgen.
[0024] Im vollständig rückgestellten Zustand (siehe Fig. 1) wird der Eintreibkolben 4 durch
einen Kolbenhalter 10 gegen den Überdruck in der Brennkammer gehalten.
[0025] Bei beladener Brennkammer kann dann über einen handbetätigten Trigger 11 eine Zündung
des Brenngasgemisches über eine Zündkerze 14 ausgelöst werden, so dass der Eintreibkolben
4 vorgetrieben wird und über den Eintreibstößel 5 das Nagelglied (nicht dargestellt)
aus einem Magazin 12 in das Werkstück eintreibt. Die Abgase des gezündeten und expandierten
Brenngases können zum Ende des Weges des Eintreibkolbens über Auslassöffnungen 13
in den Außenraum eintreten. Der Eintreibkolben trifft am, Ende seines Weges auf Anschlagpuffer
15 (dargestellt in Fig. 2). Bei einer Rückstellung des Kolbens wir dessen Weg von
einem oberen Anschlag 16 am Ausgang der Brennkammer 2 begrenzt.
[0026] In einem Ausgangszustand vor einer Zündung des Brenngases ist der Eintreibkolben
4 mittels des Kolbenhalters 10 in seiner Ausgangsposition gehalten. Der Kolbenhalter
10 umfasst mehrere, vorliegend zwei, gleichartig aufgebaute Halteglieder 17, die um
den Umfang des Zylinders 3 verteilt angeordnet sind. Jedes der Halteglieder hat ein
gegenüber dem Zylinder in im Wesentlichen radial bewegbares Riegelglied 18.
[0027] Das Riegelglied 18 hat jeweils eine Abschrägung 18a auf der dem gehaltenen Kolben
abgewandten Seite. Bei einer Rückstellung kann der Eintreibkolben das Riegelglied
18a durch überfahren der Abschrägung gegen die Kraft einer Feder 19 zurückdrücken.
Nach dem Überfahren schnappt das Riegelglied 18 jeweils radial in den Zylinder 3 zurück,
so dass die nicht abgeschrägte Seite des Riegelglieds 18 den Eintreibkolben formschlüssig
gegen den Druck in der Brennkammer 2 in der Ausgangsposition hält.
[0028] Die Halteglieder 17 umfassen jeweils ein Gehäuse 20, in dem das Riegelglied 18 verschiebbar
gelagert ist. Zudem ist ein Piezoaktor 21 in dem Gehäuse aufgenommen, der über ein
Getriebe 22 mechanisch mit dem Riegelglied 18 gekoppelt ist.
[0029] Das Getriebe 22 ist vorliegend schematisch als in einem Drehpunkt 23 gelagerter Hebel
24 dargestellt. Ein erstes Ende Hebels 24 greift an dem Riegelglied 18 an und ein
zweites, gegenüberliegendes Ende des Hebels 24 ist an dem Piezoaktor 21 sowie an der
Feder 19 abgestützt. Die Feder 19 drückt dabei den Hebel 24 gegen den Piezoaktor und
in Richtung einer Schließbewegung des Riegelglieds 18.
[0030] Der Piezoaktor 21 ist mittels einer Spannungsquelle 25 mit einer Spannung beaufschlagbar.
Die Spannungsquelle 25 wird zentral von dem Akku 8 mit Energie versorgt, erzeugt aber
eine ausreichend hohe Spannung zur Auslenkung des Piezoaktors 21. Die elektrischen
Komponenten des Eintreibgerätes wie etwa der Akku 8 und die Spannungsquelle 25 sind
mit einer elektronischen Steuereinheit (nicht dargestellt) des Eintreibgerätes verbunden.
[0031] Fig. 3 zeigt eines der Halteglieder 17 in einer geschlossenen Position, in der das
Riegelglied 18 über die Wand des Zylinders 3 hinaus ausgefahren ist und den Eintreibkolben
4 festhält. In dieser Position ist der Piezoaktor 21 nicht mit Spannung beaufschlagt
und entsprechend verkürzt.
[0032] Fig. 4 zeigt das Halteglied 17 bei Beaufschlagung mit einer Spannung durch die Spannungsquelle
25. Der Piezoaktor 21 ist durch den inversen Piezoeffekt länger geworden und drückt
den Hebel 24 gegen die Feder 19 ein. Entsprechend der Umlenkfunktion des Hebels 24
wird das Riegelglied 18 hinter die Wand des Zylinders 3 zurückgezogen und gibt den
Eintreibkolben 4 frei.
[0033] Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
In der formschlüssig gehaltenen Ausgangsposition des Eintreibkolbens 4 sind die Piezoaktoren
21 spannungsfrei. Die Brennkammer ist mit Brenngas beladen und entsprechend zündfähig.
Sobald der Trigger 11 betätigt wird und weitere Sicherheitsparameter, wie etwa ein
Aufsetzen des Gerätes auf ein Werkstück, erfüllt sind, wird die Zündung mittels eines
elektrischen Funkens an der Zündkerze ausgelöst. Dies definiert den Startzeitpunkt
eines Timers.
[0034] Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne ist der Verbrennungsvorgang so weit fortgeschritten,
dass sich bereits ein erheblich höherer Druck in der Brennkammer 2 aufgebaut hat.
Der Verbrennungsvorgang ist dabei im Allgemeinen noch nicht abgeschlossen, da dies
wiederum einen zu hohen Druck bedeuten würde.
[0035] Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne werden die Piezoaktoren 21 mit elektrischer
Spannung verbunden und die Kolbenhalterung gibt den Eintreibkolben innerhalb einer
sehr kurzen Zeitspanne frei. Nachfolgend wird der Eintreibkolben mittels des anliegenden
Drucks sowie der weiteren Druckerhöhung durch den fortschreitenden Verbrennungsvorgang
beschleunigt.
[0036] Grundsätzlich ist eine erfindungsgemäße Kolbenhalterung aber auch ohne einen definierten
Druckanstieg vorteilhaft verwendbar, so dass auch eine mit der Zündung des Brenngasgemisches
zeitgleiche Kolbenfreigabe vorgesehen sein kann.
[0037] Bei diesem Beispiel wurde ein Druckanstieg durch die Wahl der vorgegebenen Zeitspanne
bzw. Verzögerung definiert, was eine entsprechende Approximation bedeutet und eine
ausreichende Reproduzierbarkeit des Verbrennungsvorgangs voraussetzt. Bei anderen
Ausführungsformen können auch sensorisch erfasste Größen wie Druck und/oder Temperatur
in der Brennkammer 2 als Kriterium für die Freigabe der Kolbenhalterung dienen. Die
vorgegebene Zeitspanne und/oder entsprechende Schwellwerte von Messgrößen können in
sinnvollen Beriechen geändert werden, um die Eintreibenergie bei Bedarf zu variieren.
1. Eintreibgerät, umfassend
einen in einem Zylinder (3) geführten Eintreibkolben (4) zum Eintreiben eines Nagelglieds
in ein Werkstück, und
eine an dem Eintreibkolben (4) angeordnete Brennkammer (2), in der im Zuge eines Eintreibvorgangs
eine Druckerhöhung durch einen Verbrennungsvorgang erfolgt, wobei der Eintreibkolben
(4) vor dem Eintreibvorgang mittels einer Kolbenhalterung (10) in einer Ausgangsposition
gehalten ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbenhalterung (10) einen Piezoaktor (21) umfasst.
2. Eintreibgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenhalterung (10) ein mittels des Piezoaktors (21) betätigbares Riegelglied
(18) zur insbesondere formschlüssigen Halterung des Eintreibkolbens (4) umfasst.
3. Eintreibgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (21) über ein Getriebe (22) auf das Riegelglied (18) einwirkt.
4. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (21) gegen die Kraft einer Vorspannfeder (19) abgestützt ist.
5. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Freigabe des Eintreibkolbens (4) mittels des Piezoaktors (21) mit zeitlicher
Verzögerung nach einem Zündvorgang erfolgt.
6. Eintreibgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabe in Abhängigkeit von einer Druckschwelle, einer Temperaturschwelle oder
einem definierten Zeitabstand erfolgt.
7. Eintreibgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Verzögerung einstellbar veränderbar ist.
8. Eintreibgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (2) mit einem zündfähigen Brenngasgemisch befüllbar ist.
9. Eintreibgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Aufladungsglieds (7) ein Überdruck des Brenngasgemisches in der Brennkammer
(2) erzeugbar ist.
10. Verfahren zum Betrieb eines Eintreibgerätes, insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, umfassend die Schritte:
a. Halten eines Eintreibkolbens (4) in einer Ausgangsposition mittels einer Kolbenhalterung
(10);
b. Zünden eines Verbrennungsvorgangs in einer Brennkammer (2) unter Erhöhung eines
auf den Eintreibkolben (4) wirkenden Drucks;
c. Freigabe des Eintreibkolbens (4) mittels eines elektrischen Signals an die Kolbenhalterung
(10), nachdem ein definierter Druckanstieg stattgefunden hat.