DE10058034A1 - Bolzenführungseinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bolzenführungseinheit für das Setzen von rondellenlosen Bolzen (200) in harte Werkstoffe mit einem Bolzenschubgerät. DOLLAR A Sie besteht aus einem Grundgehäuse (11) mit einem Bolzendurchtrittskanal (14) und wenigstens zwei am Umfang des Bolzensurchtrittskanals (14) angeordneten Kulissensteinen (20), die in dem Grundgehäuse (11) axial festgelegt und die in radialer Richtung verschiebbar angeordnet sind. DOLLAR A In einer ersten Endlage der Kulissensteine (20) ist zwischen den zum Zentrum des Grundgehäuses (11) gewandten Führungskanten der Kulissensteine (20) ein lichter Durchtrittskanal mit einem Inkreisdurchmesser d¶1¶ gebildet, der gleich wie oder kleiner als der Durchmesser d¶L¶ der Laufbohrung (109.2) ist. In einer zweiten Endlage der Kulissensteine (20) ist ein lichter Durchtrittskanal mit einem Inkreisdurchmesser d¶2¶ gebildet, der größer als oder gleich wie d¶1¶ ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bolzenführungseinheit für das Setzen von rondellenlosen Bolzen in harte Werkstoffe mit ei­ nem Bolzenschubgerät.

Zur Befestigung von Bauteilen an Werkzeugstahl und/oder Be­ ton werden vielfach Bolzen verwendet, die mit Hilfe von Bol­ zenschubgeräten montiert werden. In einem Bolzenschubgerät wird durch die Explosion eines Zündsatzes ein Kolben be­ schleunigt, der auf den zuvor in den Lauf des Bolzenschubge­ rätes eingesetzten Bolzen schlägt und diesen in die Werk­ stückoberfläche eindrückt. Der Durchmesser des Laufes des Bolzenschubgerätes entspricht dem größten Außendurchmesser des Bolzens, der je nach Ausführungsform an einem Bolzenkopf oder an einem Gewindeabschnitt vorliegt. Damit ergibt sich insbesondere bei den nagelartig ausgebildeten Bolzen mit Kopf die Schwierigkeit, dass eine Führung des Projektils während der Ausstoßphase nur im Bereich des größten Durchmessers, das ist der schmale Kopfbereich, erfolgt. Um zu ge­ währleisten, dass der Bolzen zentrisch entlang der Seele des Laufes läuft und rechtwinklig auf die Werkstückoberfläche auftrifft, wird der Bolzen allgemein mit einer Führungshilfe versehen. Diese Führungshilfe kann aus gelochten Scheiben, sogenannten Rondellen bestehen, die in einem von dem Kopf entfernten Bereich des Bolzens, beispielsweise hinter der Bolzenspitze montiert sind. Die Rondellen bestehen bei­ spielsweise aus Stahlblech oder aus Kunststoff und sind so gestaltet, dass sie aufgrund der großen Kräfte beim Auftref­ fen auf die Werkstückoberfläche aufreißen und von dem Bol­ zenschaft weggeschleudert werden.

Während es bei Stahlrondellen teilweise erwünscht ist, dass diese unter dem Kopf verbleiben und so die Flächenpressung im Bereich des Bolzenkopfes verringern, so dürfen Kunst­ stoffrondellen nicht in der fertigen Bolzenverbindung verbleiben. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Kunst­ stoffrondellen oftmals auf dem Bolzenschaft verbleiben und sich in einer undefinierten Lage unter den Kopf des Bolzens schieben. Bauteile, die mit solch einer fehlerhaften Verbin­ dung montiert sind, weisen nicht die konstruktiv berechnete Festigkeit auf, da das Setzungsverhalten der weichen Rondel­ lenscheibe aus Kunststoff unterhalb des Bolzenkopfes bei der Konstruktion nicht berücksichtigt werden kann und auch die Eindringtiefe des Bolzens verringert ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der Bolzen ohne zusätzliche Ron­ dellen gesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Bolzenführungseinheit für das Setzen von rondellenlosen Bolzen in harte Werkstoffe mit einem Bolzenschubgerät mit den Merkmalen des An­ spruchs 1.

Mit der erfindungsgemäßen Bolzenführungseinheit können die Bolzen ohne zusätzliche Zentrierhilfen in Form von Rondellen oder dergleichen gesetzt werden. Die Bolzen werden dabei entlag der Seele des Laufes des Bolzenschubgerätes beschleu­ nigt und treffen senkrecht auf die Werkstückoberfläche, so dass zum Eintreiben des Bolzens die größtmögliche Energie zur Verfügung steht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Bolzenführungsein­ heit besteht das Grundgehäuse aus einem Gehäusetopf und ei­ nem Führungselement. Hierbei können die Nuten für die Kulis­ sensteine auf einfache Weise in das Führungselement einge­ bracht werden. Nach Montage der Kulissensteine, gegebenen­ falls mit Druckfedern und Dämpfungselementen, wird das Füh­ rungselement in den Gehäusetopf eingesetzt, so dass sich insgesamt eine einfache und kostengünstige Konstruktion er­ gibt.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Kulissensteine an ihrer zur Rohrmitte gewandten Führungskante eine bogenförmige Nut aufweisen, die sich in axialer Richtung des Bolzendurch­ trittskanals erstreckt. Mit dieser bogenförmigen Nut wird der zylindrische Schaft des zu setzenden Bolzens über einen größeren Teil seines Umfangs berührt und entsprechend in a­ xialer Richtung geführt.

Bevorzugt weisen die Kulissensteine, in axialer Ansicht ge­ sehen, eine Auflaufschränge auf, bei der die Führungskante in einem Winkel α zur Seele der Laufbohrung verläuft. Bei einer solchen Ausbildung der Kulissensteine müssen keine Ü­ bergangsbereiche zwischen Schaft und Kopf am Bolzen selbst vorgesehen sein. Der auf die Auflaufschräge auftreffende Kopf erzeugt eine radiale Kraft, durch die die bevorzugt fe­ dernd gelagerten Kulissensteine radial nach außen wegge­ drückt werden.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Kulissensteine eine Ab­ laufschräge aufweisen, bei der die Führungskante in einem Winkel α von der Seele der Laufbohrung nach außen hin ver­ läuft. Durch die Ablaufschräge wird das Ausfedern der Kulis­ sensteine in ihre Ausgangsposition zurück erleichtert. Es wird insbesondere vermieden, dass nach Durchgang des Kopfes ein oder mehrere Kulissensteine schlagartig in ihrer Aus­ gangsposition zurück schnellen und hierdurch ein Impuls auf den Bolzen ausgeübt wird. Weiterhin erleichtert die Ablauf­ schräge das Einsetzen von Bolzen in den Lauf durch manuelles Eindrücken von der Laufmündung her. Durch den sich auf die Ablaufschräge aufschiebenden Bolzen werden dann die Kulis­ sensteine gegen die Kraft von Rückstellelementen, insbeson­ dere Druckfedern, aus ihrer ersten Endlage radial nach außen bewegt und geben den Bolzendurchtrittskanal frei, so dass der Bolzen insgesamt in den Lauf einschiebbar ist.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Winkel α der Auf­ lauf- bzw. Ablaufschräge in einem Bereich von 15° bis 25° zu wählen.

Bevorzugt weisen die Kulissensteine zwischen der Auflauf­ schräge und der Ablaufschräge einen Sattel auf, in dem die Führungskante parallel zur Seele der Laufbohrung verläuft. Mit der Anordnung eines Sattels wird der Kopf des Bolzens über die Länge des Sattels zwischen den ausgefederten Kulis­ sensteinen geführt. Durch den parallelen Sattelbereich wird ermöglicht, dass die nach außen gedrückten Kulissensteine ihre äußere Endlage einnehmen, bevor sie anschließend wieder ausfedern, so dass Überschwinger vermieden werden.

Zur Stabilisierung ist es weiterhin vorteilhaft, dass zwi­ schen dem Grundgehäuse und den Kulissensteinen jeweils ein Dämpfungselement angeordnet ist. Mit diesen Dämpfungselemen­ ten wird vermieden, dass die Kulissensteine beim radialen Ausfedern hart auf das Grundgehäuse schlagen. Es wird somit zum einen der Verschleiß gemindert und zum anderen ein Fe­ der-Dämpfer-System geschaffen, das Schwingungen minimiert.

Vorzugsweise weist die Bolzenführungseinheit drei Kulissen­ steine auf, die um jeweils 120° zueinander versetzt angeord­ net sind. Durch die drei Kulissensteine wird bei gleichzei­ tig kompakter Baugröße der Bolzenführungseinheit eine beson­ ders exakte Führung des Bolzens entlang der Seele des Bol­ zendurchtrittkanals erreicht.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfol­ genden Beschreibung.

Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbei­ spiels und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 Ein Bolzenschubgerät mit aufgesetzter Bolzenfüh­ rungseinheit in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2 Eine auf ein Bolzenschubgerät aufgesetzte Bolzen­ führungseinheit in teilweiser axialer Schnittan­ sicht;

Fig. 3 Die Ansicht aus Fig. 2 mit einem im Bolzendurch­ rittskanal befindlichen Kopfbolzen;

Fig. 4a Eine radiale Schnittansicht entlang der Linie A A in Fig. 2; und

Fig. 4b die Ansicht aus Fig. 4a mit ausgefederten Kulis­ sensteinen.

Fig. 1 zeigt ein Bolzenschubgerät 100. In einem Handgriff 104 ist ein Magazin 106 eingearbeitet, in dem sich Zündkar­ tuschen befinden. Durch Betätigung des Abzugs 102 wird eine Zündkartusche in eine Pulverkammer eingeführt und gezündet, wodurch ein Kolben in dem Lauf 109 nach vorne beschleunigt wird. Durch die Dämpfungseinheit 107 wird eine Übertragung der Rückstoßkraft auf die Laufspitze und damit auf die Werk­ stückoberfläche gemindert. Auf den Lauf 109 ist die erfin­ dungsgemäße Bolzenführungseinheit 10 mittels Klemmschrauben 12 aufgesetzt.

In Fig. 2 ist eine Laufeinheit 110 eines Bolzenschubgerätes 100 mit einer aufgesetzten Bolzenführungseinheit 10 im Schnitt gezeigt. Der Bolzendurchtrittskanal 14 der Bolzen­ führungseinheit 10 liegt in Flucht der Laufbohrung 109.1 der Laufeinheit 110. Die Bolzenführungseinheit 10 besteht im we­ sentlichen aus einem Gehäusetopf 11.1 und einem Führungsele­ ment 11.2, die zusammen ein Grundgehäuse 11 bilden. In das Führungselement 11.2 sind Nuten eingefräst, die sich radial, ausgehend von der Seele 109.1, nach Außen erstrecken und in denen die Kulissensteine 20.1 angeordnet sind. Zwischen dem Grundgehäuse 11 und dem Kulissenstein 20.1 ist eine Druckfe­ der 16.1 sowie ein Dämpfungselement 18.1 angeordnet. Aus dem Bolzendurchtrittskanal 14 der Bolzenführungseinheit 10 ist in der Darstellung der Fig. 2 ein Kopfbolzen 200 ausgetre­ ten. Der Kopfbolzen 200 weist eine Bolzenspitze 202, einen Bolzenschaft 206 und einen Bolzenkopf 208 auf.

Fig. 4a zeigt in einem radialen Schnitt die Anordnung der Kulissensteine 20.1, 20.2, 20.3 in ihrer Ruhelage, einer ersten Endlage. Dabei ragen die Kulissensteine teilweise, insbesondere mit ihren innen liegenden Führungskanten 25.1, 25.2, 25.3 in den Bolzendurchtrittskanal 14 hinein. Beim Durchtritt des Kopfbolzens 200 durch den Durchtrittskanal 14 werden die Kulissensteine 20.1, . . ., 20.3 gegen die von den als Druckfedern ausgebildeten Rückstellelementen 16.1, . . ., 16.3 ausgeübte Kraft radial nach außen gedrückt, bis sie an den Dämpfungselementen 18.1, . . ., 18.3 anschlagen. Die Dämpfungs­ elemente 18.1, . . ., 18.3 sind zu einem Dämpfungsringelement 19 verbunden, dessen Außendurchmesser in etwa dem Innendurch­ messer des Gehäusetopfes 11.1 entspricht. Somit kann durch Austausch des einstückigen Dämpfungsringelements eine einfa­ che Wartung oder eine anwendungsabhängige Anpassung des Dämpfungsgrades vorgenommen werden.

Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist der Federweg der Kulissensteine 20.1, . . ., 20.3 so gewählt, dass er der Dif­ ferenz zwischen dem Radius des Bolzenschaftes 206 und dem Radius des Bolzenkopfes 208 entspricht und vorzugsweise 2 mm beträgt.

Bei einer maximalen Auslenkung der Kulissensteine 20.1, . . ., 20.3 nach außen wird eine in Fig. 4b dargestellte zweite Endlage eingenommen, bei der der Querschnitt des Bol­ zendurchtrittskanals wenigstens so weit von den Kulissen­ steinen 20.1, . . ., 20.3 freigegeben ist, dass der Bolzen 200 den Bolzendurchtrittskanal 14 passieren kann.

Dieselbe Position der Kulissensteine 20 ist in axialer An­ sicht in Fig. 3 dargestellt. Der Außendurchmesser des Bolzenkopfes 208 entspricht der Öffnungsweite der Laufbohrung 109.2 und des sich anschließenden Durchtrittkanals 14 der Bolzenführungseinheit 10. Beim Auftreffen des Bolzenkopfes 208 auf die Auflaufschräge 21 wird der Kulissenstein 20 nach außen ausgelenkt und gegen das Dämpfungselement 18 gedrückt.

Die Geometrie eines Kulissensteins 20 in einer bevorzugten Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt. Im Eintrittsbe­ reich - das ist bei einer auf ein Bolzenschubgerät 100 auf­ gesetzten Bolzenführungseinheit 10 der dem Lauf 109 zuge­ wandte Bereich - ist die Unterkante um einen Winkel α gegen­ über der Seelenachse des Bolzendurchtrittskanals 14 geneigt. Durch die so ausgebildete Auflaufschräge 21 wird das Abglei­ ten des Bolzenkopfes 208 erleichtert. Es schließt sich ein Sattel 22 an, in dem der Bolzenkopf 208 entlang der Unter­ kante gleitet, ohne eine weitere Auslenkung des Kulissen­ steins in radialer Richtung zu bewirken. Um das allmähliche Rückfedern des Kulissensteins 20 in seine Ausgangslage zu erleichtern, ist im Austrittsbereich des Bolzens aus der Führungseinheit 10 eine Auslaufschräge 23 angeordnet, die in einem Winkel α₂ gegenüber der Laufseele 109.1 geneigt ist. Die Winkel α₁ und α₂ betragen etwa 15° bis 25° Grad.

Zur Aufnahme des Rückstellelements 16, das hier als Schrau­ ben Druckfeder ausgebildet ist, weist die dargestellte Aus­ führungsform eines Kulissensteins 20 eine Sackbohrung 24 auf.

In einer radialen Ansicht eines Kulissensteins 20, die in Fig. 6 dargestellt ist, ist die innere Führungskante 25 vorzugsweise mit einer bogenförmigen Nut mit einem Radius R_I versehen. Mittels dieser Nut schmiegt sich die Führungskante 25 so lange an den Bolzenschaft 206 an und führt den Bolzen, bis der Bolzenkopf 208 auf die Auflaufschräge 21 tritt und die Auslenkung des Kulissensteins bewirkt.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Bolzenführungseinheit 10 sei nachfolgend erläutert.

In einem Bolzenschubgerät 100 mit aufgesetzter Bolzenfüh­ rungseinheit 10 wird ein Kopfbolzen 200 von vorn, also in den Bolzendurchtrittskanal 14 der Bolzenführungseinheit 10 eingesetzt. Schon beim Einsetzen des Bolzens mit dem Bolzen­ kopf 208 voran werden die Kulissensteine 20.1, . . ., 20.3 ausge­ lenkt. Diese federn nach Durchgang des Bolzenkopfes 208 zu­ rück und pressen mit ihrer bogenförmig ausgebildeten Füh­ rungskante 25 auf den Bolzenschaft 206.

Durch Zünden einer Zündkartusche in der Abfeuereinheit 108 wird ein in den Figuren nicht dargestellter Kolben beschleu­ nigt, der durch die Laufbohrung 109.2 der Laufeinheit 110 hindurch tritt, bis er auf den Bolzenkopf 208 trifft. Der Kopfbolzen 200 wird durch den Kolben in Richtung der Aus­ trittsöffnung des Bolzendurchtrittskanals 14 an der Bolzen­ führungseinheit 10 beschleunigt. Hierbei wird der Bolzen 200 an seinem Bolzenschaft 206 so lange durch die daran anlie­ genden Kulissensteine 20.1, . . ., 20.3 geführt, bis der Bolzen­ kopf 208 auf die Auflaufschräge 21 trifft und die Auslenkung der Kulissensteine 20.1, . . ., 20.3 bewirkt.

Nach dem Durchgang des Bolzenkopfes 208 federn die Kulissen­ seine 20.1, . . ., 20.3 in ihre Ausgangslage zurück. Je nach Län­ ge des Bolzen und/oder der Härte des Montageuntergrundes kann ein solcher Kolbenhub an dem Bolzenschubgerät 100 ge­ wählt sein, dass der Kolben aus der Laufeinheit 110 austritt und den Kopfbolzen durch die Bolzenführungseinheit 10 hin­ durchpresst. In diesem Fall wird das Auslenken der Kulissen­ steine 20.1, . . ., 20.3 auch durch den Kolben bewirkt; ein Rück­ federn der Kulissensteine erfolgt dann erst nach Rückzug des Kolbens.

Bezugszeichenliste:

10

Bolzenführungseinheit

11

Grundgehäuse

11.1

Gehäusetopf

11.2

Führungselement

12

Klemmschrauben

14

Bolzendurchtrittskanal

16.1

. . .

16.3

Druckfedern

18.1

. . .

18.3

Dämpfungselemente

19

Dämpfungsringelement

20.1

. . .

20.3

Kulissensteine

21

Auflaufschräge

22

Sattel

23

Ablaufschräge

24

Sackbohrung

25

Führungskante

100

Bolzenschubgerät

102

Abzug

104

Handgriff

106

Magazin

107

Dämpfungeinheit

108

Abfeuereinheit

109

Lauf

109.1

Seele

109.2

Laufbohrung

110

Laufeinheit

200

Kopfbolzen

202

Bolzenspitze

206

Bolzenschaft

208

Bolzenkopf

Claims (16)

1. Bolzenführungseinheit (10) für das Setzen von rondellen­ losen Bolzen (200) in harte Werkstoffe mit einem Bolzen­ schubgerät (100),
bestehend aus einem Grundgehäuse (11) mit einem Bolzen­ durchtrittskanal (14) und wenigstens zwei am Umfang des Bolzendurchtrittskanals (14) angeordneten Kulissensteinen (20), die in dem Grundgehäuse (11) axial festgelegt und die in radialer Richtung so verschiebbar angeordnet sind, dass in einer ersten Endlage der Kulissensteine (20) zwi­ schen den zum Zentrum des Grundgehäuses (11) gewandten Führungskanten (25) der Kulissensteine (20) ein lichter Durchtrittskanal mit einem Inkreisdurchmesser d₁ gebildet ist, der gleich wie oder kleiner als der Durchmesser d_L der Laufbohrung (109.2) ist
und dass in einer zweiten Endlage der Kulissensteine (20) zwischen den zum Zentrum des Grundgehäuses (11) gewandten Führungskanten (25) der Kulissensteine (20) ein lichter Durchtrittskanal mit einem Inkreisdurchmesser d₂ gebildet ist, der größer als oder gleich wie d₁ ist.

2. Bolzenführungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Kulissensteine (20) jeweils durch ein federndes Rückstellelement (16) in der ersten Endlage gehalten sind.

3. Bolzenführungseinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass das Grundgehäuse (11) aus einem Gehäusetopf (11.1) und einem Führungselement (11.2) besteht.

4. Bolzenführungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissensteine (20) an ihrer zum Bolzendurchtrittskanal (14) gewandten Füh­ rungskante (25) jeweils eine bogenförmige Nut aufweisen, die sich in axialer Richtung des Bolzendurchtrittskanals (14) erstreckt.

5. Bolzenführungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dass der Radius R_I der bogenförmigen Nut dem Radius des Bolzenschafts (206) entspricht.

6. Bolzenführungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dass in axialer Ansicht die Kulissensteine (20) eine Auflaufschräge (21) aufweisen, bei der die Führungskante (25) in einem Winkel α zur Seele (109.1) der Laufbohrung (109.2) verläuft.

7. Bolzenführungseinheit (10) nach Anspruch einem der An­ sprüche 1 bis 6, dass in axialer Ansicht die Kulissen­ steine (20) eine Ablaufschräge (22) aufweisen, bei der die Führungskante (25) in einem Winkel α von der Seele der Laufbohrung (109.2) nach außen hin verläuft.

8. Bolzenführungseinheit (10) nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, dass der Winkel α 15° bis 25° be­ trägt.

9. Bolzenführungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissensteine (20) zwischen der Auflaufschräge (21) und der Ablaufschräge (23) einen Sattel (22) aufweisen, bei dem die Führungskante (25) parallel zur Seele (109.1) der Laufbohrung (109.2) verläuft.

10. Bolzenführungseinheit (10) nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Sattel (22) eine Länge von 1 mm bis 4 mm, vorzugsweise 2 mm, hat.

11. Bolzenführungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellelemente (16) Druckfedern mit eine Federrate von 0,3 bis 0,6 N/mm sind.

12. Bolzenführungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundgehäu­ se (11) und den Kulissensteinen (20) jeweils ein Dämp­ fungselement (18) angeordnet ist.

13. Bolzenführungseinheit (10) nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (18) zu einem in einen Gehäusetopf (11.1) des Grundgehäuses (11) einsetz­ baren Dämpfungsringelement (19) verbunden sind.

14. Bolzenführungseinheit (10) nach Anspruch 12 oder 13, da­ durch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (18) aus einem Elastomer mit einer Härte von 85 bis 95 Shore(A) gebildet sind.

15. Bolzenführungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch 3 Kulissensteine (20.1, 20.2, 20.3), die um jeweils 120° zueinander versetzt angeordnet sind.

16. Bolzenschubgerät (100) mit einer Bolzenführungseinheit (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Bol­ zenführungseinheit (10) über wenigstens zwei am Umfang des Grundgehäuses (11) angeordnete Klemmschrauben (12) mit dem Lauf (10) verbunden ist.