(57)【要約】      （修正有）【課題】留め具を打込むための圧縮空気を生成するポンプ装置の駆動を効率化する。【解決手段】打込装置は、圧縮空気により駆動され留め具を打ち込むラムを有する。圧縮空気はポンプ装置により生成される。ポンプ装置は、ポンプシリンダ２３と、ポンプピストン２２と、ポンプシリンダ２３の周囲の環状の磁力装置２８、４６とを有する。ポンプピストン２２は、ポンプシリンダ２３内で軸に沿って移動する。ポンプシリンダ２３の軸方向閉止体２５は、ポンプピストン２２を用いてポンプシリンダ２３内にポンプ容量２７を閉止する。環状の磁力装置２８、４６は、磁気コイル２８を有し、ポンプシリンダ２３を取り囲み、軸に沿って、磁化可能な閉止体２５と少なくとも部分的に重なり合い、磁化可能なポンプピストン２２と部分的に重なり合う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気により駆動されて留め具（２）を打ち込むラム（３）と、圧縮空気を生成するポンプ装置（５）とを有する、留め具（２）を打ち込む打込装置（１）であって、
当該ポンプ装置（５）は、ポンプシリンダ（２３）と、当該ポンプシリンダ（２３）内で軸（１１）に沿って移動するポンプピストン（２２）と、当該ポンプピストン（２２）を用いて当該ポンプシリンダ（２３）内にポンプ容量（２７）を閉止する軸方向閉止体（２５）と、磁気コイル（２８）を有する環状の磁力装置（２８、４６）とを有し、
当該磁力装置（２８、４６）は当該ポンプシリンダ（２３）を取り囲み、当該磁力装置（２８、４６）は、軸（１１）に沿って、磁化可能な当該閉止体（２５）と少なくとも部分的に重なり合い、磁化可能な当該ポンプピストン（２２）と部分的に重なり合う
打込装置。
【請求項２】
前記閉止体（２５）及び前記ポンプピストン（２２）は、軟磁性材料から形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の打込装置。
【請求項３】
前記閉止体（２５）は、前記軸（１１）に沿って、前記磁力装置（２８、４６）の少なくとも１０％と重なり合う、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の打込装置。
【請求項４】
前記ポンプピストン（２２）は、各位置において、前記軸（１１）に沿って、前記磁力装置（２８、４６）の少なくとも１０％と重なり合う、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の打込装置。
【請求項５】
圧力容器（４）が、前記ポンプ装置（５）により生成された圧縮空気の中間貯蔵を提供する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の打込装置。
【請求項６】
前記圧力容器（４）の容量は、１回の打込操作のため又は５回の打込操作より少ない回数の打込操作のための空気量を保持するように定められている、ことを特徴とする請求項５に記載の打込装置。
【請求項７】
前記ポンプ容量（２７）により保持される空気量は、打込操作のために必要な空気量に満たないものである、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の打込装置。
【請求項８】
前記ラム（３）は駆動ピストン（１４）と堅固に結合し、当該駆動ピストン（１４）は中空のガイドシリンダ（１５）内に作業容量（１８）を閉止し、前記圧縮空気を当該作業容量（１８）に流入させることができる、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の打込装置。
【請求項９】
電流パルス（３７）が磁気コイル（４０）に供給され、生成された磁場が、ポンプシリンダ（２３）の磁気コイル（４０）内で磁化可能なポンプピストン（２２）を移動させる、圧縮空気を生成するステップと、
打込方向（１３）に配置された留め具（２）に向かって当該圧縮空気でラムを加速するステップと
を有する打込装置の制御方法。
【請求項１０】
圧力容器（４）に圧縮空気が充填され、作業者による始動操作に応じて、当該圧力容器（４）からの圧縮空気により前記ラム（３）が加速される、ことを特徴とする請求項９に記載の制御方法。
【請求項１１】
前記圧力容器（４）の充填のため、電流パルス（３７）のシーケンス（３６）により磁気コイル（４０）が付勢され、ポンプピストン（２２）の複数の往復運動が行われる、ことを特徴とする請求項１０に記載の制御方法。
【請求項１２】
前記電流パルス（３７）の振幅（４３）及び／又は長さ（４２）が前記シーケンス（３６）内で増加する、ことを特徴とする請求項１１に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、釘、リベット、ピン、ブレース、クランプ、又はその他の、好ましくはピン状の留め具要素などの、留め具を打ち込むための打込装置に関する。本発明は、さらにその打込装置の制御方法に関する。
【発明の概要】
【０００２】
本発明による打込装置は、留め具を打込むための、圧縮空気により打込まれるラム（打込み棒）を有する。ポンプ装置が圧縮空気を生成する。ポンプ装置は、ポンプシリンダと、ポンプピストンと、ポンプシリンダを中心にした環状の磁力装置とを有する。ポンプピストンは、軸に沿ってポンプシリンダ内を移動することができる。ポンプシリンダの軸方向閉止体は、ポンプピストンを用いて、ポンプシリンダ内のポンプ容量を閉止する。環状の磁力装置は磁気コイルを有し、この磁気コイルは、ポンプシリンダを取り囲み、軸に沿って、磁化可能な閉止体と少なくとも部分的に重なり合い、また磁化可能なポンプピストンと部分的に重なり合う。
【０００３】
ポンプシリンダは、その一方が閉止体により覆われ、ポンプピストンとともに線形ピストン行程ポンプを形成している。ピストン行程ポンプの打込は、磁気コイルにより行われ、磁化可能なポンプピストンを磁気コイルの中心に引き込むことができ、それによりポンプ容量内の空気を圧縮することができる。
【０００４】
磁力装置内、好ましくは磁気コイル内での閉止体の配置は、空気の圧縮に関して効率的であることがわかっている。空気の圧縮に必要な力は、ポンプピストンと閉止体との間の距離の減少に対して、多かれ少なかれそれとは反対に増加する。このような磁力装置内での磁化可能な閉止体の配置の結果として、磁気コイルによりポンプピストンに作用する力も、閉止体とポンプピストンとの間の距離に対して、多かれ少なかれ反対に増加する。ポンプピストンの全体の動作により、磁気コイルにより，ポンプ容量がもたらす容量作業に対して最適にエネルギーを伝達することができる。
【０００５】
閉止体及びポンプピストンは、軟磁性材料（soft magnetic material）から形成されることが好ましい。磁気コイルが付勢されなくなるとすぐに、閉止体及びポンプピストンは、全体として分極しなくなり、周辺の浮遊磁場の磁場により消磁される。磁気コイルがなければ、閉止体とポンプピストンは互いに引き合うことはない。
【０００６】
ある態様では、閉止体は、磁力装置、好ましくは磁気コイルの少なくとも１０％が軸に沿って重なり合う。ポンプピストンは、各位置において、少なくとも１０％が軸に沿って磁力装置、好ましくは磁気コイルと重なり合っている。
【０００７】
ある態様では、圧力容器は、ポンプ装置により生成された圧縮空気の中間貯蔵を有するものとなっている。ポンプ装置は、ラムを直接打込することはない。圧力容器の容量は、１回の打込操作に対して、又は５回より少ない回数の打込操作に対して空気量を保持するよう決定されている。ポンプ容量により保持される空気量は、１回の打込操作で得られる空気量に満たないものであると都合が良い。打込操作に必要となる空気量が得られるまで、ポンプピストンが複数回の往復運動を行うことが必要となる。
【０００８】
ある態様では、ラムは、駆動ピストンと堅固に結合されたものとなっており、駆動ピストンは、中空のガイドシリンダ内の作業容量を閉止し、作業容量内に圧縮空気を供給することができる。圧縮空気は、ポンプ装置により生成され一時的に圧力容器内に保持されて、ガイドシリンダ内の駆動ピストンを加速する。ラムは駆動ピストンにより移動し、釘又は他の締結手段を打込する。
【０００９】
打込装置の制御方法は、以下のステップを有する。すなわち、磁気コイルに電流パルスを供給し、生成された磁場が磁気コイル内の磁化可能なポンプピストンをポンプシリンダ内で移動させる、圧縮空気を生成するステップと、打込方向に配置された留め具に向けてラムを圧縮空気により加速するステップである。打込装置は、電気エネルギーを磁場に変換し、それを空気の圧縮に変換し、最終的にラムの運動エネルギーに変換する。磁場から圧縮までのエネルギー変換は、磁気コイル内で行われ、ポンプピストンを用いて特に効率的なものとなる。
【００１０】
ある態様では、圧力容器には圧縮空気が充填され、作業者により操作される要素の動きに応じて、圧力容器内の圧縮空気によりラムが加速される。圧力容器の充填は、電流パルスのシーケンスにより、磁気コイルを付勢することにより行われ、ポンプピストンの複数回の往復運動が引き起こされる。１回の行程で打込操作に必要な空気量を得られるようにすることは、追加の圧力容器や圧縮空気の中間貯蔵を省くことができるという明らかな利点があるが、それにもかかわらず、ポンプ装置が、特に短い長さで動作する行程を複数回行うことは効率的であり、追加の圧力容器を設けることの欠点を補って余りある。
【００１１】
電流パルスの振幅及び／又は長さは、１つのシーケンス内で増加させることができる。１行程あたりの圧力容器内の空気量を増加させ、特により高い圧力を達成することにより、圧力容器をさらに充填することで、ポンプ装置はさらに多くの容量作業を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】打込装置の図である。
【図２】打込装置のポンプ装置の図である。
【図３】電流パルスの入り切りシーケンスの時系列の図である。
【図４】打込装置の断面図の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
特に指定のない限り，同一又は機能的に同様の要素については，図面上で同一の引用記号で表す。
【００１４】
図１は、釘２又は同様のピン状の留め具要素のための一例としての打込装置を示す。打込装置１は、圧縮空気により打込されるラム（打込み棒）３を有し、このラムが工作物内に釘２を打ち込む。１回の打込動作のための圧縮空気が圧力容器４内に保持される。打込装置１のポンプ装置５は、打込動作のために十分な空気量を圧量容器４内に充填し、必要な圧力レベルに到達させる。
【００１５】
機能を実現する上で必須となる打込装置１の構成機器は、ハウジング６内に設けられる。これらの構成機器は、特に、ラム３、圧力容器４及びポンプ装置５である。作業者はハンドルを用いて打込装置１を操作でき、釘２の打ち込み中はその装置を保持することができる。ハンドル７は打込装置１のハウジング６に対して着脱可能には接続されておらず、堅固に、あるいは緩衝要素を用いて接続されている。打込装置１には、例えばバッテリーパック８により、基本的に電気エネルギーが供給されており、このバッテリーパックは、取り外しできないか、又は好ましくは作業者により取り外しできるように、ハンドル７又はハウジング６に取り付けられている。始動スイッチ９はハンドルに又はハンドルの付近にあり、この始動スイッチは作業者による操作により打込操作を開始する。始動スイッチ９の作動に加えて、例えば、打込装置を壁に押し付けることによる、安全機構の解除も備えられていることが好ましい。
【００１６】
ラム３は衝撃ヘッド１０を有しており、この衝撃ヘッドは、その形状が用いられる釘２に対して適合している。衝撃ヘッド１０は、通常、釘２の頭部の直径と概ね同一の直径を有する。衝撃ヘッド１０は、釘ガイド１２内で作業軸１１に沿って動作する。打込操作に際し、釘２は基本的に環状の釘ホルダー１２に置かれる。釘の配置は、作業者による手作業で、あるいはフィーダによる半自動又は自動で行われる。衝撃ヘッド１０は釘ガイド１２内で釘１２を打ち付け、釘ガイド１２から作業軸１１に沿った打込方向１３に釘１２を工作物に打ち込む。
【００１７】
ラム３には、釘から見て反対側に、駆動ピストン１４が設けられている。駆動ピストン１４は、圧縮空気により効率的にラム３を打込できるよう、衝撃ヘッド１０の直径よりも基本的に大きな直径を有することが好ましい。
【００１８】
駆動ピストン１４は、ガイドシリンダ１５にその半分近くまで挿入されている。駆動ピストン１４は、ガイドシリンダ１５の内部ジャケット面１６上にまんべんなく密着して当接し、作業軸１１に沿ってジャケット面により案内される。ガイドシリンダ１５の端部は、底部１７により釘１２の反対側で閉じている。このように、駆動ピストン１４は、ガイドシリンダ１５内に空気圧作業容量１８を打込方向１３に対して閉止する。
【００１９】
圧力容器１４は作業容量１８に、制御可能な空気供給路１９を介して結合している。空気供給路１９を介した空気の供給は、底部１７の開口を通して行われることが好ましい。空気供給路１９は切り替え可能弁２０を含み、この切り替え可能弁は始動スイッチ９の作動に反応して開く。
【００２０】
圧力容器４はちょうど１回の打込操作に対応した空気量を貯蔵することができるよう、十分な容量を有するのが好ましい。この容量は、例えば、１０ｃｍ３から３００ｃｍ３の範囲である。１回の打込操作に対応して満充填された圧力容器４では、その内部圧力は７バールから１０バールの間となる。圧力容器４は、例えば、圧力容器４の内部壁に接するか又は外面に置かれた、断熱ジャケット２１により覆われている。このジャケット２１は、例えばプラスチック、とくに発泡プラスチックで製作されることが好ましい。
【００２１】
打込動作に必要な空気量及び／又は打込動作に必要な圧力に到達するまで、ポンプ装置５（図２）は圧力容器４に空気を充填する。ポンプ装置５は、直線状に移動するポンプピストン２２を有する。図示した実施例において、ポンプピストン２２は作業軸１１に沿って案内されるが、このポンプピストン２２は別の軸１１に沿って案内されることもできる。ポンプピストン２２は中空のポンプシリンダ２３内で動く。圧力を逃がさない閉止状態を形成するため、ポンプピストン２２の断面とポンプシリンダ２３の内断面とは完全に一致している。ポンプピストン２２の密閉リングが製造時の許容誤差を補償することができる。ポンプシリンダ２３は、ポンプピストン２２の前面２４に対する側で、固定された閉止体により閉止されている。ポンプピストン２２の前面２４、及びそれに面した閉止体２５の前面２６が、ポンプ容量２７内の空気を密閉する。
【００２２】
ポンプピストン２２は、磁気コイル２８により軸１１に沿って運動する。磁気コイル２８はポンプシリンダ２３の周囲に設けられている。この磁気コイル２８は、ポンプシリンダ２３の軸１１と同軸となっていることが好ましい。打込動作は、ポンプピストン２２に作用する抗力に基づくものである。このポンプピストン２２は、磁性材料、好ましくは強磁性材料で製作される。ポンプシリンダ２３の磁気コイル２８により生成される磁場は、ポンプピストン２２をポンプシリンダ２３内に引き込む。
【００２３】
ポンプピストン２２は、軟磁性材料で製作されており、その保磁力は１０００Ａ／ｍ未満である。弱い外部磁場が、すでにポンプピストン２２内に存在する磁化を変化又は打ち消すことができる。従って、磁気コイル２８により生じる磁気分極は、磁気コイル２８により生成される磁場が維持されている間のみ、基本的にポンプピストン２２内に保持され続ける。ポンプピストン２２は、例えば、強磁性鋼、好ましくは軟化焼鈍鋼で製作される。
【００２４】
閉止体２５は、軟磁性材料、例えば、ポンプピストン２２と同一の材料で製作される。磁気コイル２８により生成された磁場は、閉止体２５を通してポンプシリンダ２３内に侵入する。磁場は、ポンプピストン２２の前面２４と、閉止体２５の前面２６の間を、軸１１に沿って生じる。閉止体２５は、軸１１に沿って磁気コイル２８内に挿入されている。従って、磁気コイル２８の前端部２９は、閉止体２５と重なり合っている。前端部２９は、磁気コイル２８の少なくとも１０％を占有している。前端部２９の長さ３０は、磁気コイル２８の長さ３１の１０％から３０％の間であることが好ましい。ポンプピストン２２は、磁気コイル２８から完全に突き出ることはない。ポンプピストン２２の基本位置、すなわち、ポンプシリンダ２３から抜け出るほうに移動した位置では、ポンプピストン２２は磁気コイル２８の後端部３２と重なり合う。この後端部３２は、磁気コイル２８の長さ３１の少なくとも１０％の長さ３３を有し、好ましくは磁気コイル２８の長さ３１の２０％までである。ポンプ容量２７は、完全に磁気コイル２８の内部にあり、磁気コイル２８の多くとも８０％の長さ３４を有している。
【００２５】
ポンプ容量２７は、明らかに圧力容器４の容量よりも小さい。このポンプ容量２７は、例えば、打込操作に必要な空気量の２０％未満、好ましくは５％から１０％の間の容量である。ポンプ装置５の効率は、ポンプピストン２２が閉止体２５に近づくにつれて非線形に大きく増加する。打込装置１の全体システムとしての効率は、圧力容器４を利用可能とするための追加のコストと圧力容器４による損失があるにもかかわらず、圧力容器４の容量のオーダでのポンプ容量に比べて小さな、ポンプ容量２７により増加する。
【００２６】
ポンプ装置５は、制御装置３５により制御される。制御装置３５は、操作の開始により、あるいは打込操作の後に、圧力容器４への充填を行う。この充填は、電流パルス３７のシーケンス３６により行われるが、このシーケンスは磁気コイル２８に入力される（図３）。個々の電流パルス３７を用いて、ポンプピストン２２は、その基本位置から引き出されて磁気コイル２８内に移動し、ポンプ容量２７内の空気を圧縮する。圧縮空気の大部分は圧力容器４内に流入する。バネ３９及び／又は追加の磁気コイル４０が、ポンプシリンダ２３からポンプピストン２２を引き出し、それを基本位置に移動させることができる。ポンプ容量２７は、次の電流パルス３７の前に換気が行われる。例えば、ポンプピストン２２が基本位置に移動するとすぐに、ポンプピストン２２は換気チャネル４１を解除する。ポンプピストン２２が戻り動作を開始したらすぐに、換気チャネル４１が開くことが好ましい。位置センサが、ポンプ２２が基本位置に到達したかどうかを判定することができる。
【００２７】
シーケンス３６は、少なくとも５個の電流パルス３を含み、多くとも３０個の電流パルス３７を含むことが好ましい。圧力容器４はポンプ装置５により、５から３０の往復動作で、完全に給気が行われる。電流パルス３７のエネルギー注入はシーケンス３６の間、好ましくは電流パルス３７の長さ４２で増加する。これに代えて、又はこれに加えて、電流パルス３７の振幅４３を増加させることもできる。長さ４２及び電流強度／振幅４３は、あらかじめ決められた値に定めておくことができる。電流パルス３７は、ポンプピストン２２がその基本位置から閉止体２５に引き出され、最後に閉止体２５と接触することがないように調節されているのが好ましい。磁気コイル４０によりポンプピストン２２に働く力は、ポンプピストンが閉止体２５まで移動する間に、選択された増加率で増加する。この増加の特性曲線は、圧縮空気により増加する反力の増加を表す特性曲線と同様である。電流強度４３は、電流パルス３７が続く間、一定に保つことができる。
【００２８】
閉止体２５には、出口弁４４、例えば逆止弁が設けられている。ポンプ容量２７内の圧力が、圧力容器４内の圧力を上回ったらすぐに、出口弁４４が開くことが好ましい。ポンプ容量２７から圧力容器４へ空気量が移行するよう、ポンプ装置５は、圧力容器４内の圧力よりも僅かだけ上回るようポンプ容量内の圧力を上昇させる。このようにして、圧縮に伴って現れる熱損失を低く保つことができる。ポンプピストン２２が基本位置に戻ったらすぐに、出口弁４４が閉じる。
【００２９】
作業者は、始動スイッチ９を操作して打込操作を始動することができる。制御装置３５は、圧力容器４が充填状態にあるかどうかを、最初に試験することが好ましい。圧力容器４が充填されていない場合、例えば、打込装置１が長期間使用されていない状態にあった場合には、制御装置３５は圧力容器４を充填する。圧力容器４は、電流パルス３７の完全なシーケンス３６を用いて充填される。圧力容器４が部分的に充填されている場合、制御装置３５はシーケンス３６を短縮する。例えば、制御装置３５は、圧力センサを用いて、圧力容器４内の圧力を判定する。各圧力において、制御テーブルでのデータ記述は、シーケンス３６の最初の電流パルス３７をいくつ省略するか、すなわちシーケンス３６の電流パルス３７のどこから開始するかを定義するものとなっている。圧力容器４が充填されると、制御装置は制御弁２０を開く。圧力容器４内の圧力により、空気量は駆動ピストン１４を用いてラム３を加速する。打込操作の後、例えば、ポンプ、バネ、モータ、作業者により、駆動ピストン１４は復帰し、制御弁２０は閉じられる。駆動ピストン１４の復帰のために、作業容量１８は排気されることが好ましい。制御装置３５は、電流パルス３７のシーケンス３６により圧力容器４を充填する。
【００３０】
磁気コイル２８は、磁気ヨーク４６により取り囲まれていることが好ましい。磁気ヨーク４６は、各々にリング４７が設けられており、磁気コイル２８の２つの前方側４０を覆っている。磁気ヨーク４６は、半径方向にポンプピストン２２又は閉止体２２まで達している。磁気ヨーク４６のリブ４９は、軸１１と平行して延びており、２つのリング４７を結合している。磁気ヨーク４６は、例えば、強磁性鋼製の板で形成されている。
【００３１】
ポンプピストン２２は、外側シェル５０とコア５１とからなるシェル状の構造を有している。半径方向の最外部にあるシェル５０は、強磁性材料で製作されている。外側シェル５０内に磁場が形成される。外側シェル５０の壁厚は、ポンプピストン２２の直径の５％から２５％の間の範囲である。ポンプピストン２２のコア５１は中空円筒としてもよいし、あるいは、例えばプラスチックなどの非金属材料をその中に充填してもよい。前面２６は、圧縮に伴い変形することがないよう、鋼板であることが好ましい。それに代えて、ポンプピストン２２は、例えば鋼などの強磁性材料で製作された中身の詰まった円柱としてもよい。
【００３２】
図４は、駆動ピストン１４と圧力容器４のためのガイドシリンダ１５の態様を示すものである。圧力容器４は、ガイドシリンダ１５の作業容量１８に対して恒常的に開いている。駆動ピストン１４は制御弁２０を形成し、打込操作が始動されるまで、圧力容器４内の空気が流出することを防いでいる。阻止機構５２は、例えばラチェット要素として構成され、駆動ピストン１４をその基本位置に保持する。阻止機構５２は制御装置３５により解除されると、圧力により作動した駆動ピストン１４が打込方向１３に加速する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014000671.tif 000005
【図４】
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【外国語明細書】
2014000671000001.pdf