DE10105881A1 - Kolbenhalterung - Google Patents

Abstract

Kolbenhalterung, insbesondere für einen Treibkolben (8) eines Setzgeräts, mit einer durch Selbsthemmung auf einem Schaft (10) des Treibkolbens (8) fest sitzende Bremseinrichtung (17-23), deren Selbsthemmung bei Bewegung des Treibkolbens (8) in unterschiedlichen Richtungen durch in den jeweiligen Richtungen auf die Bremseinrichtung (17-23) wirkende unterschiedliche Federkräfte (21, 23) verringerbar ist. Die Kolbenhalterung gestattet ein Austreiben des Treibkolbens (8) nach Erreichen einer voreingestellten Bremskraft und ein zurückfahren des Kolbens bei relativ kleiner Bremskraft, die auch dafür sorgt, daß der Treibkolben (8) ohne Zündung niemals seine Zündbereitschaftsstellung verlassen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenhalterung gemäß der im Anspruch 1 genann­ ten Art.

Aus der EP 0 346 275 B1 ist bereits ein pulverkraftbetriebenes Setzgerät mit einer Kolbenführung und einem darin verschiebbaren Treibkolben bekannt, wobei in der Kolbenführung eine zum Treibkolben hin radial offene Ausneh­ mung mit am Treibkolben anliegenden Bremskugeln und Feder für die Brems­ kugeln vorgesehen ist. Die Feder ist als ein eine radial zum Treibkolben hin wirkende Federkraft ausübender Federring ausgebildet, wobei an dessen In­ nenkontur eine auf die Bremskugeln einwirkende Abstützfläche angeordnet ist, die zur Kolbenachse unter Bildung eines spitzen, sich entgegen der Eintreib­ richtung öffnenden Winkels geneigt ist. Verschiebt sich der Treibkolben in Ein­ treibrichtung, so nimmt dieser mit Beginn des Verschiebens die Bremskugeln mit. Die Bremskugeln spannen dabei den Federring, wobei die Abstützfläche die radiale Federkraft des Federrings in die Bremskugeln einleitet. Die vom Fe­ derring radial gegen den Schaft des Treibkolbens gedrückten Bremskugeln üben somit eine Bremswirkung auf den Treibkolben aus. Bereits durch gering­ fügiges Verschieben des Treibkolbens nach hinten kann die Bremswirkung auf­ gehoben werden, indem die Bremskugeln entgegen der Eintreibrichtung wan­ dern und sich der Federring entspannt. Nach dem Entspannen des Federrings drückt dieser die Bremskugeln nicht mehr gegen den Schaft des Treibkolbens. Es besteht ferner die Möglichkeit, daß sich der Treibkolben vor dem Zünden, beispielsweise zufolge harten Aufsetzens des Setzgeräts auf den Untergrund, geringfügig in Eintreibrichtung verschiebt. Die Verschiebung wird jedoch durch die Wirkung des Federrings und der Kugeln rückgängig gemacht.

Aus der US 4,162,033 ist bereits ein Setzgerät der genannten Art mit einem Bremselement bekannt, das den Treibkolben ständig abbremst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kolbenhalterung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie einen einfacheren Aufbau aufweist und den Treibkolben sicher in der Zündbereitschaftsstellung hält, wenn kein Zündvorgang erfolgt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Eine Kolbenhalterung nach der Erfindung kann z. B. bei einem Treibkolben ei­ nes Setzgeräts zum Einsatz kommen. Dabei kann das Setzgerät etwa ein pul­ verkraftbetriebenes Setzgerät oder ein solches sein, das durch Zündung eines Luft-/Brenngasgemisches angetrieben wird. Die Kolbenhalterung nach der Er­ findung weist eine durch Selbsthemmung auf einem Schaft des Treibkolbens fest sitzende Bremseinrichtung auf, deren Selbsthemmung bei Bewegung des Treibkolbens in unterschiedlichen Richtungen durch in den jeweiligen Richtun­ gen auf die Bremseinrichtung wirkende unterschiedliche Federkräfte verringer­ bar ist.

Durch die Federkräfte läßt sich die Selbsthemmung der Bremseinrichtung zu­ nächst nur wenig aufheben, wenn der Treibkolben in Setzrichtung angetrieben wird, wenn er also in Richtung zur Mündung des Setzgeräts läuft, um einen Setzvorgang auszuführen. Dieser Setzvorgang erfolgt dann unter relativ großer Bremswirkung der Bremseinrichtung, um das System zu entlasten. Beim Rück­ lauf des Treibkolbens in seine Zündbereitschaftsstellung kann dagegen die Selbsthemmung der Bremseinrichtung stärker aufgehoben werden, so daß si­ chergestellt wird, daß der rücklaufende Treibkolben seine Zündbereitschafts­ stellung auch immer erreicht. Allerdings wird beim Rücklauf des Treibkolbens die Selbsthemmung nie ganz aufgehoben, da nach Erreichen der Zündbereit­ schaftsposition der Treibkolben nach wie vor durch die Bremseinrichtung klemmend gehalten werden soll, um zu verhindern, daß er seine Zündbereit­ schaftsposition verläßt, wenn keine Zündung erfolgt.

Nach einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsein­ richtung als eine zwischen gerätefesten axialen Anschlägen positionierte Schei­ be mit einer Öffnung zur Aufnahme des Kolbenschafts ausgebildet, wobei die Scheibe an gegenüberliegenden Umfangsabschnitten und Scheibenseiten durch unterschiedlich starke Federn beaufschlagbar ist. Dabei können die Federn Schraubendruckfedern oder Gummizylinder sein. Die Scheibe kann etwa als gehärtete Stahlscheibe ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß ist die Scheibe in jedem Betriebszustand der Kolbenhalte­ rung durch die genannten Federn so exzentrisch belastet, daß sie selbst ge­ hemmt ist. Die Funktion ist im Kolbenvorlauf und im Kolbenrücklauf im Prin­ zip gleich. Der Kolbenschaft nimmt infolge der Selbsthemmung der Scheibe die Scheibe in Bewegungsrichtung mit, bis sie gegen einen der Anschläge schlägt. Dadurch wird die Selbsthemmung beendet. In diesem Zustand wirkt jetzt nur noch eine der Federn auf die Scheibe, um diese zu verkanten. Die Federkraft dieser einen Feder bestimmt jetzt die Reibkraft zwischen Scheibe und Kolben­ schaft. Durch die unterschiedliche Stärke der beiden Federn wird somit der Kolbenvorlauf und der Kolbenrücklauf unterschiedlich stark gebremst. Die Bremskraft bei Kolbenvorlauf kann sehr hoch eingestellt werden. Die Brems­ kraft beim Kolbenrücklauf darf jedoch nur klein sein, jedoch nicht Null wer­ den. Der Grund liegt darin, daß einerseits der Kolben leicht in seine Zündbe­ reitschaftsstellung zurückführbar sein soll, andererseits aber in dieser sicher gehalten werden soll.

Nach einer sehr vorteilhaften anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremseinrichtung zwischen zwei gerätefesten Anschlägen positioniert und weist zwei auf dem Kolbenschaft sitzende Flansche auf, zwischen denen ein in Axialrichtung des Kolbenschafts dehnbarer Hemmschlauch befestigt ist. Ferner ist zwischen einer Seite des einen Flansches und dem anderen Flansch eine er­ ste Druckfeder angeordnet, während gleichzeitig zwischen der genannten einen Seite des einen Flansches und dem dieser Seite gegenüberliegenden Anschlag eine zweite Druckfeder angeordnet ist.

Beim Hemmschlauch handelt es sich um einen Schlauch, der bei axialer Zug­ spannung seinen Durchmesser verkleinert und bei axialem Schub seinen Durchmesser vergrößert. Ein solcher Hemmschlauch kann z. B. ein aus Draht­ windungen bestehender und kreuzförmig gewebter Schlauch sein. Liegt ein derartiger Hemmschlauch auf dem Kolbenschaft, so kann er bei Zugbeanspru­ chung selbsthemmend sein, während er sich unter Schub mehr oder weniger vom Kolbenschaft löst. Der Schlauch ist mit zwei endseitigen Flanschen ver­ bunden. Eine schwächere erste Druckfeder liegt zwischen diesen beiden Flan­ schen und stellt eine Mindestreibkraft sicher. Beim Kolbenvorlauf wird somit der Hemmschlauch mitgenommen, bis der in Bewegungsrichtung vorn liegende Flansch gegen einen der gerätefesten Anschläge läuft. Dadurch kommt der Hemmschlauch unter Schub und die Selbsthemmung löst sich. Der Hemm­ schlauch gleitet nun bei weiterer Bewegung auf dem Kolbenschaft. Die Reib­ kraft zwischen Kolbenschaft und Hemmschlauch wird durch die Summe der Federkräfte der ersten und der zweiten Feder bestimmt, die zwischen dem an­ deren Flansch und dem in Bewegungsrichtung des Kolbenschafts liegenden An­ schlag liegt. Dabei ist die Federkraft der zweiten Druckfeder größer als die der ersten Druckfeder. Die Reibkraft ist daher vor Lösung der Selbsthemmung in Vorlaufrichtung relativ groß. Beim Kolbenrücklauf geschieht Analoges. Hier wird der Hemmschlauch jedoch nur durch die Kraft der kleinen bzw. zweiten Feder gestreckt. Die Reibkraft des Hemmschlauchs gegenüber dem Kolben­ schaft ist dementsprechend gering. Sie ist jedoch größer als Null, da auch in der Zündbereitschaftsstellung eine Reib- bzw. Klemmkraft auf den Kolben­ schaft wirken soll.

Beide oben beschriebenen Varianten können für relativ große Haltekräfte aus­ geführt werden, die es z. B. beim Gasgerät gestatten, den Treibkolben so lange zu halten, bis die Verbrennung fast abgeschlossen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein teilweise im Schnitt dargestelltes Setzgerät, das mit der erfin­ dungsgemäßen Kolbenhalterung ausgestattet werden kann;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Kolbenhalterung nach der Erfin­ dung bei einem in Zündbereitschaftsstellung befindlichen Treibkolben;

Fig. 3 die Ausführungsform nach Fig. 2 bei einem in Vorlaufrichtung beweg­ ten Treibkolben nach Zündung des Setzgeräts; und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolbenhal­ terung.

Die Fig. 1 zeigt ein teilweise im Schnitt dargestelltes Setzgerät, in welchem die Kolbenhalterung gemäß der Erfindung zum Einsatz kommen kann. Hier han­ delt es sich um ein pulverkraftbetriebenes Setzgerät. Es kann aber auch als ein solches ausgebildet sein, das durch Zünden eines Luft/Brenngasgemisches be­ treibbar ist.

Das Setzgerät nach Fig. 1 verfügt über ein Gehäuse 1 mit Handgriff 2 und Trig­ ger 3. Mit dem eintreibrichtungsseitigen Ende des Gehäuses 1 ist eine An­ schlagmuffe 4 verschraubt. Im Gehäuse ist eine zweiteilige Kolbenführung 5 verschiebbar gelagert. Die Kolbenführung 5 besteht aus einem hinteren Teil 6 und einem vorderen Teil 7. In der Kolbenführung 5 befindet sich ein Treibkol­ ben 8 mit einem im Teil 6 geführten Kopf 9 und einem im Teil 7 geführten Schaft 10. In eine Führungsbohrung 11 des Teils 6 mündet hinterseitig ein Zu­ strömkanal 12 für die Explosionsgase einer Pulvertreibladung. Vorderseitig weist das Teil 6 Durchbrüche 13 zum Ableiten der vor dem Kopf 9 befindlichen Luft beim Vorlaufen des Treibkolbens 8 auf. Der vordere Endbereich des Teils 6 übergreift konzentrisch den hinteren Bereich des Teils 7. Das Teil 7 überragt die Anschlagmuffe 4 nach vorn und bildet so ein Mündungsrohr. Das hintere Ende des Teils 7 kann in Form eines rohrförmigen Ansatzes in die Führungs­ bohrung 11 ragen und so einen den Vorlaufweg des Treibkolbens 8 begrenzen­ den Anschlag bilden.

In einem vorderseitigen Aufnahmebereich 14 kann sich die erfindungsgemäße Kolbenhalterung befinden.

Nachfolgend soll zunächst unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 eine erste Variante dieser Kolbenhalterung beschrieben werden.

Der Schaft 10 des Treibkolbens 8 wird in einem Führungskanal 15 geführt, welcher sich im vorderen Teil 7 befindet. In die hintere Stirnseite des vorderen Teils 7 ist eine zylindrische Ausnehmung 16 eingebracht, die konzentrisch zum Führungskanal 15 liegt. Diese zylindrische Ausnehmung 16 ist durch ein Bau­ teil 7a fest verschlossen, welches mit einem Führungskanal 15a versehen ist, durch den der Schaft 10 des Treibkolbens 8 ebenfalls hindurchläuft. Das Bau­ teil 7a kann lösbar mit dem hinteren Ende des vorderen Teils 7 verbunden sein.

Innerhalb der zylindrischen Ausnehmung 16 befindet sich z. B. eine gehärtete Stahlscheibe 17 mit einer zentralen Öffnung 18, durch die der Schaft 10 des Treibkolbens 8 hindurchläuft. Die Stahlscheibe 17 sitzt somit auf dem Schaft 10 und erstreckt sich bis nahe zur Umfangswandung der zylindrischen Aus­ nehmung 16. Die zentrale Öffnung 18 der Stahlscheibe 17 weist dabei einen Innendurchmesser auf, der ein wenig größer ist als der Außendurchmesser des Schafts 10, so daß sich die Stahlscheibe 17 relativ zum Schaft 10 verkippen kann. Die Verkippung der Stahlscheibe 17 in bezug auf die Längsachse 19 des Schafts 10 wird durch in Axialrichtung wirkende Federkräfte hervorgerufen. Zu diesem Zweck wird die Stahlscheibe 17 an gegenüberliegenden Umfangsab­ schnitten und von unterschiedlichen Seiten her durch unterschiedliche Federn beaufschlagt.

Gemäß den Fig. 2 und 3 befindet sich an einer hinteren Stirnwand der zylindri­ schen Ausnehmung 16 eine erste Ausnehmung 20 zur Aufnahme einer ersten Druckfeder 21, während sich an einer vorderen Stirnwand der zylindrischen Ausnehmung 16 um 180° in Umfangsrichtung versetzt eine zweite Ausneh­ mung 22 zur Aufnahme einer zweiten Druckfeder 23 befindet. Die erste Druck­ feder 21 und die zweite Druckfeder 23 können z. B. Schraubendruckfedern, Gummifedern, usw. sein. Dabei ist die erste Druckfeder 21 schwächer ausge­ bildet als die zweite Druckfeder 23. Die Federkraft der ersten Druckfeder 21 ist also geringer als die der zweiten Druckfeder 23.

Die Fig. 2 zeigt den Zustand des Setzgeräts bei einem sich in Zündbereit­ schaftsstellung befindlichen Treibkolben 8. Die Stahlscheibe 17 wird hier durch die erste Druckfeder 21 schwach in Richtung zur Mündung des Setzge­ räts gedrückt und durch die zweite Druckfeder 23 relativ stärker in der entge­ gengesetzten Richtung gegen die hintere Stirnwand der zylindrischen Ausneh­ mung 16 gedrückt. Dies hat eine Verkippung der Stahlscheibe 17 relativ zur Längsachse 19 zur Folge, was eine Selbsthemmung der Stahlscheibe 17 auf dem Schaft 10 bewirkt. Der Innenumfang der zentralen Öffnung 18 der Stahl­ scheibe 17 wird also gegen die Umfangsoberfläche des Schafts 10 gedrückt, so daß sich der Schaft 10 in der in Fig. 2 gezeigten Position der Stahlscheibe 17 nicht mehr bewegen kann. Die Zündbereitschaftsstellung des Treibkolbens 8 wird somit sicher beibehalten, sofern keine Zündung erfolgt.

Die Fig. 3 zeigt den Zustand nach einer erfolgten Zündung. Ausgehend vom Zu­ stand nach Fig. 2 bewegt sich nach Zündung der Schaft 10 in Richtung zur Mündung des Setzgeräts, also nach links in Fig. 2 und 3, so daß zunächst die erste Feder 21 freikommt und die zweite Feder 23 komprimiert wird. Dies führt zu einer noch stärkeren Verkantung der Stahlscheibe 17 auf dem Schaft 10 und zu einer noch stärkeren Selbsthemmung. Im weiteren Verlauf wird dann nur noch die zweite Druckfeder 23 komprimiert, bis die Stahlscheibe 17 gegen die vordere Stirnwand der zylindrischen Ausnehmung 16 schlägt. Dadurch wird die Selbsthemmung der Stahlscheibe 17 auf dem Schaft 10 beendet. Jetzt bestimmt die Federkraft der zweiten Druckfeder 23 die Reibkraft auf den Schaft 10. Diese Reib- bzw. Bremskraft in Vorwärtsrichtung kann relativ stark gemacht werden, was es z. B. bei einem Gasgerät ermöglicht, den Kolben so lange zu halten, bis die Verbrennung fast abgeschlossen ist.

Nach Durchführung eines Setzvorgangs bewegt sich der Treibkolben 8 und mit ihm der Schaft 10 wieder zurück, also nach rechts in den Fig. 2 und 3. Schon nach kurzem Verschiebeweg wird ein dem Zustand der Fig. 2 entsprechender Zustand eingenommen, bei dem die Stahlscheibe 17 an der hinteren Stirnwand der zylindrischen Ausnehmung 16 liegt. Aufgrund der Wirkung der ersten Fe­ der 21 stellt sich jetzt aber eine geringere Reibkraft zwischen Stahlscheibe 17 und Schaft 10 ein, so daß sich der Treibkolben 8 jetzt bei dieser geringeren Reibkraft in die Zündbereitschaftsstellung zurückbewegen kann.

Eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Kolbenhalterung ist in Fig. 4 ge­ zeigt, wobei gleiche Teile wie in den Fig. 2 und 3 gleiche Bezugszeichen tragen und nicht nochmals beschrieben werden.

Innerhalb der zylindrischen Ausnehmung 16 liegen beim zweiten Ausführungs­ beispiel nach Fig. 4 ein erster Flansch 24 und ein zweiter Flansch 25 im Ab­ stand voneinander verschiebbar auf dem Schaft 10 des Treibkolbens 8. Ferner liegt zwischen dem ersten Flansch 24 und dem zweiten Flansch 25 und eben­ falls auf dem Schaft 10 bzw. konzentrisch zum Schaft 10 ein Hemmschlauch 26, dessen eines Ende fest mit dem ersten Flansch 24 und dessen anderes Ende fest mit dem zweiten Flansch 25 verbunden ist. Zwischen dem ersten Flansch 24 und dem zweiten Flansch 25 befindet sich eine erste Schrauben­ druckfeder 27, durch die die beiden Flansche 24, 25 voneinander weg gedrückt werden. Dagegen befindet sich zwischen dem zweiten Flansch 25 und der vor­ deren Stirnseite der zylindrischen Ausnehmung 16 eine zweite Schrauben­ druckfeder 28, die eine größere Federkraft hat als die erste Schraubendruckfe­ der 27.

Beim Hemmschlauch 26 handelt es sich um einen Schlauch, der bei axialer Zugbeanspruchung seinen Innendurchmesser verringert und bei axialer Druck­ beaufschlagung seinen Innendurchmesser vergrößert. Es kann sich beim Hemmschlauch 26 um ein kreuzgewebtes Drahtgeflecht oder dergleichen han­ deln.

Befindet sich die Bremseinrichtung 24-28 in der in Fig. 4 gezeigten Position, kann der Treibkolben 8 in der Zündbereitschaftsstellung liegen. Erfolgt keine Zündung des Setzgeräts, kann sich der Treibkolben 8 bzw. der Schaft 10 nicht aus dieser Zündbereitschaftsstellung heraus bewegen, da er hieran durch die Wirkung der Bremseinrichtung gehindert wird. Die erste und schwächere Feder 27 drückt den ersten Flansch 24 vom zweiten Flansch 25 weg und spannt so­ mit den Hemmschlauch 26, so daß über den Hemmschlauch 26 eine geringe Reibkraft auf den Schaft 10 ausgeübt wird, die ausreicht, um den Treibkolben 8 in der Zündbereitschaftsstellung zu halten. Die stärkere zweite Feder 28 fi­ xiert dabei den zweiten Flansch 25.

Erfolgt ein Zündvorgang, wird die Bremseinrichtung 24-28 aufgrund der Wir­ kung der Reibkraft zwischen dem Hemmschlauch 26 und dem Schaft 10 zu­ nächst in Richtung zur Mündung des Setzgeräts mitgenommen. Die Reibkraft zwischen Hemmschlauch 26 und Schaft 10 wird dabei durch die Summe der Federkräfte der ersten kleineren Feder 27 und der zweiten größeren Feder 28 bestimmt. Sie kann sehr groß gewählt werden. Der Hemmschlauch 26 wird so lange mitgenommen, bis der erste Flansch 24 gegen die vordere Stirnseite der zylindrischen Ausnehmung 16 schlägt. Dadurch kommt der Hemmschlauch 26 unter Schub und die Selbsthemmung löst sich. Der Hemmschlauch 26 gleitet nunmehr auf dem Kolbenschaft 10 und letzterer kann vollständig ausgetrieben werden. Beim Rücklauf des Schafts 10 geschieht Analoges. Jedoch wird der Hemmschlauch 26 jetzt nur noch durch die Kraft der ersten und kleineren Fe­ der 24 gestreckt, so daß beim Rücklauf die Reibkraft des Hemmschlauchs 26 gegen den Kolbenschaft 10 dementsprechend gering ist.

Claims (7)

1. Kolbenhalterung, insbesondere für einen Treibkolben (8) eines Setzge­ räts, mit einer durch Selbsthemmung auf einem Schaft (10) des Treibkolbens (8) fest sitzenden Bremseinrichtung (17-23, 24-28), deren Selbsthemmung bei Bewegung des Treibkolbens (8) in unterschiedlichen Richtungen durch in den jeweiligen Richtungen auf die Bremseinrichtung (17-23, 24-28) wirkende un­ terschiedliche Federkräfte verringerbar ist.

2. Kolbenhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (17-23) eine zwischen gerätefesten axialen Anschlägen (7, 7a) positionierten Scheibe (17) mit einer Öffnung (18) zur Aufnahme des Kol­ benschafts (10) ist, die an gegenüberliegenden Umfangsabschnitten und Schei­ benseiten durch unterschiedlich starke Federn (21, 23) beaufschlagbar ist.

3. Kolbenhalterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (21, 23) Schraubendruckfedern sind.

4. Kolbenhalterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (21, 23) als Gummizylinder ausgebildet sind.

5. Kolbenhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremseinrichtung (24-28) zwischen zwei gerätefesten Anschlägen (7, 7a) posi­ tioniert ist und zwei auf dem Kolbenschaft (10) sitzende Flansche (24, 25) auf­ weist, zwischen denen ein in Axialrichtung (19) des Schafts (10) dehnbarer Hemmschlauch (26) befestigt ist, wobei zwischen einer Seite des einen Flan­ sches (25) und dem anderen Flansch (24) eine erste Druckfeder (27), und zwi­ schen der genannten einen Seite des einen Flansches (25) und dem dieser Seite gegenüberliegenden Anschlag (7) eine zweite Druckfeder (28) angeordnet ist.

6. Kolbenhalterung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hemmschlauch (26) aus Drahtwindungen hergestellt ist.

7. Kolbenhalterung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (27, 28) Schraubendruckfedern sind.