BRENNGASBETRIEBENES EINTREIBGERÄT

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:

a. Halten des Eintreibkolbens (4) in der Ausgangsposition mittels der Kolbenhalterung (10);

b. Zünden eines Verbrennungsvorgangs in der 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.

Claims

1. Driving device, comprising a driving piston (4), guided in a cylinder (3), for driving a nail element into a workpiece, and
a combustion chamber (2), which is arranged at the driving piston (4) and in which an increase in pressure takes place in the course of a driving-in operation as a result of a combustion process,
wherein, before the driving-in operation, the driving piston (4) is held in a starting position by means of a piston holder (10),
characterized
in that the piston holder (10) comprises a piezo actuator (21).

2. Driving device according to Claim 1, characterized in that the piston holder (10) comprises a catch element (18), which can be actuated by means of the piezo actuator (21), for holding the driving piston (4), in particular in an interlocking manner.

3. Driving device according to Claim 2, characterized in that the piezo actuator (21) acts on the catch element (18) by way of a gear mechanism (22).

4. Driving device according to one of the preceding claims, characterized in that the piezo actuator (21) is supported against the force of a biasing spring (19).

5. Driving device according to one of the preceding claims, characterized in that a release of the driving piston (4) takes place by means of the piezo actuator (21) with a time delay after a triggering operation.

6. Driving device according to Claim 5, characterized in that the release takes place in dependence on a pressure threshold, a temperature threshold or a defined time interval.

7. Driving device according to Claim 5 or 6, characterized in that the time delay is adjustably variable.

8. Driving device according to one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (2) can be filled with an ignitable combustion gas mixture.

9. Driving device according to Claim 8, characterized in that a positive pressure of the combustion gas mixture can be produced in the combustion chamber (2) by means of a charging element (7).

10. Method for operating a driving device according to one of the preceding claims, comprising the steps of:

a. holding the driving piston (4) in the starting position by means of the piston holder (10);

b. triggering a combustion process in the combustion chamber (2) while increasing the pressure acting on the driving piston (4);

c. releasing the driving piston (4) by means of an electrical signal to the piston holder (10) once a defined increase in pressure has taken place.

Revendications

1. Outil d'enfoncement, comprenant
un piston d'enfoncement (4) guidé dans un cylindre (3) pour enfoncer un élément clou dans une pièce, et
une chambre de combustion (2) disposée au niveau du piston d'enfoncement (4), dans laquelle, au cours d'une opération d'enfoncement, une augmentation de pression est causée par une opération de combustion,
le piston d'enfoncement (4) étant retenu au moyen d'une fixation de piston (10) dans une position de départ avant l'opération d'enfoncement,
caractérisé en ce que
la fixation de piston (10) comprend un actionneur piézoélectrique (21).

2. Outil d'enfoncement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation de piston (10) comprend un élément de verrou (18) pouvant être actionné au moyen de l'actionneur piézoélectrique (21) notamment pour la fixation par engagement par correspondance de formes du piston d'enfoncement (4).

3. Outil d'enfoncement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'actionneur piézoélectrique (21) agit sur l'élément de verrou (18) par le biais d'un mécanisme (22).

4. Outil d'enfoncement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur piézoélectrique (21) est supporté à l'encontre de la force d'un ressort de précontrainte (19).

5. Outil d'enfoncement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une libération du piston d'enfoncement (4) est effectuée au moyen de l'actionneur piézoélectrique (21) avec un retard dans le temps après une opération d'allumage.

6. Outil d'enfoncement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la libération s'effectue en fonction d'un seuil de pression, d'un seuil de température ou d'un intervalle temporel défini.

7. Outil d'enfoncement selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le retard temporel peut être modifié de manière ajustable.

8. Outil d'enfoncement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de combustion (2) peut être remplie avec un mélange de gaz combustible inflammable.

9. Outil d'enfoncement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une surpression du mélange de gaz combustible dans la chambre de combustion (2) peut être produite au moyen d'un élément de charge (7).

10. Procédé pour faire fonctionner un outil d'enfoncement selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes :

a. fixation du piston d'enfoncement (4) dans la position de départ au moyen de la fixation de piston (10) ;

b. amorçage d'une opération de combustion dans la chambre de combustion (2) en augmentant une pression agissant sur le piston d'enfoncement (4) ;

c. libération du piston d'enfoncement (4) au moyen d'un signal électrique au niveau de la fixation de piston (10), après qu'une augmentation de pression définie a eu lieu.

Zeichnung