專利名稱：將固定元件打入底座中的設(shè)備和該設(shè)備的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的將固定元件打入底座中的設(shè)備以及一種根據(jù)權(quán)利要求26前序部分所述的該設(shè)備應(yīng)用，該設(shè)備借助所述固定元件將零部件固定在底座上。
已公知了大量此類設(shè)備，它們借助諸如銷、鉚釘、釘?shù)裙潭ú考⒉煌牧悴考潭ㄔ诓煌问降牡鬃?。根?jù)實(shí)施形式不同，這些設(shè)備的工作方式有單獨(dú)運(yùn)行式、半自動(dòng)或全自動(dòng)式。所有設(shè)備構(gòu)造基本上相同。一工作活塞通過(guò)機(jī)械方式或在介質(zhì)的壓力下，例如在高溫過(guò)程中產(chǎn)生的氣壓下起動(dòng)(加速)。該工作活塞驅(qū)動(dòng)所述固定元件。此外，這些設(shè)備具有附加裝置，它們滿足一定的附加功能或保證其功能或操作。這種附加裝置的一個(gè)例子是在打入過(guò)程之后的工作活塞的復(fù)位。其他附加裝置例如起導(dǎo)引固定元件和減震或緩沖的作用。還有一些諸如殼體件的零部件完成功能上處于從屬的任務(wù)。
本發(fā)明的目的在于-提供一種本文開(kāi)頭所述種類的設(shè)備，它設(shè)計(jì)成能最優(yōu)地滿足基本功能和不同的附加功能；使得在該設(shè)備的構(gòu)造和應(yīng)用中可以有大量變型；-提出一種該設(shè)備的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是通過(guò)權(quán)利要求1和權(quán)利要求26中特征部分所述特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的設(shè)備的有利構(gòu)造和優(yōu)選實(shí)施例由與獨(dú)立權(quán)利要求1有關(guān)的從屬權(quán)利要求給出。
下面借助實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的原理和本發(fā)明所取得的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在此不僅本發(fā)明而且打入技術(shù)的基本理論和現(xiàn)有技術(shù)都得到闡述。附圖中

圖1為一種現(xiàn)有的由基本零部件組成的設(shè)備的簡(jiǎn)化示意圖；圖2示出另一現(xiàn)有設(shè)備；圖3A示出本發(fā)明的設(shè)備，其中，工作活塞位于其初始位置，即在工作沖程之前；
圖3B示出圖3A所示設(shè)備，其中，工作活塞位于其終端位置，即在工作沖程之后和在復(fù)位之前；圖4A和4B示出本發(fā)明設(shè)備的兩種變型，其中沖程限制方式有所變化；圖5A至5F示出具有不同實(shí)施形式的機(jī)械復(fù)位裝置的多個(gè)設(shè)備；圖6示出一種具有一構(gòu)造成臺(tái)階式托板的活塞托板的設(shè)備；圖7A和7B示出在活塞托板的固定區(qū)域內(nèi)具有活塞軸的加固件的設(shè)備；圖8示出圖3A所示設(shè)備的一種變型，它具有一特殊實(shí)施形式的工作活塞；圖9示出圖3A所示設(shè)備的另一種變型，它具有另一特殊實(shí)施形式的工作活塞；圖10A至10E示出在結(jié)構(gòu)上有可能改變工作活塞的工作沖程的設(shè)備；圖11A至11C示出三種設(shè)備，它們具有配置圖5E所示復(fù)位彈簧的實(shí)施例；圖12A和12B示出兩個(gè)帶有具有阻尼元件的工作活塞的實(shí)施例；圖13A和13B示出兩種具有串聯(lián)系統(tǒng)的的設(shè)備；其中工作活塞包含一副活塞；圖14A和14B示出兩種設(shè)備，其中工作活塞電磁驅(qū)動(dòng)。
在此應(yīng)該指出，在不同設(shè)備中安裝的滿足相應(yīng)功能的零部件，根據(jù)設(shè)備不同具有不同的附圖標(biāo)記；而且在各個(gè)設(shè)備中不是所有的組成部分都有附圖標(biāo)記。
圖1示出一現(xiàn)有設(shè)備的基本零部件。在一殼體1中，借助一驅(qū)動(dòng)介質(zhì)2起動(dòng)(加速)一工作活塞3。該工作活塞3驅(qū)動(dòng)一待打入的固定元件4(例如一釘子或銷)通過(guò)或?yàn)橐粠Ч潭ǖ牧悴考?而進(jìn)入一底座6，該零部件5借助固定元件4固定在底座6上。工作活塞3在一活塞導(dǎo)引套7內(nèi)運(yùn)動(dòng)。工作活塞3的復(fù)位由一還用作沖程限制件的阻尼裝置9實(shí)現(xiàn)。工作活塞3具有一活塞軸10和一活塞托板11。通過(guò)一密封元件12來(lái)實(shí)現(xiàn)與在活塞托板11后的施加介質(zhì)的腔2的密封。待打入的固定元件4基本上由一銷軸4a、一銷母14和一導(dǎo)引段15組成。一附加裝置用作銷匣13?；钊S10和固定元件4在一軸導(dǎo)引套16內(nèi)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)一控制裝置17來(lái)進(jìn)行控制。一殼體18形成一從屬部件。一阻尼元件19位于活塞導(dǎo)引套7和一裝配套20之間。
影響這類設(shè)備功率的性能是工作活塞效能和活塞做功路徑或工作活塞沖程。工作活塞功率主要由工作活塞的質(zhì)量mk和活塞速度vk確定?；钊蹺k和活塞動(dòng)量Ik在起動(dòng)(加速)工作活塞時(shí)和在打入過(guò)程中傳遞到所述固定元件上和所述殼體上?；钊蹺k和活塞動(dòng)量Ik按下式計(jì)算Ek=mk/2vk2Ik=mkvk固定元件的性能(以在打入過(guò)程中總有足夠的形狀穩(wěn)定性為前提)可以由所期望的在底座內(nèi)的打入深度和由打入通道的種類所說(shuō)明或定義。假設(shè)為了底座內(nèi)排擠體積元V所需的動(dòng)能E近似保持為常數(shù)(在終段彈道學(xué)中該假設(shè)作為所謂的Cranz’sches模擬定律有其他擴(kuò)展)，那么從關(guān)系式E／V=k式中k為一常數(shù)，得出打入功率的最基本準(zhǔn)繩，由此得到對(duì)所述設(shè)備的基本思路。下面以一相對(duì)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。
設(shè)銷有某一確定的打入深度，那么工作活塞為此所需的動(dòng)能例如可根據(jù)Richter的理論(它在ISL中得到進(jìn)一步發(fā)展)來(lái)估算。該理論針對(duì)鉆入的有不同銷尖形或尖拱形的剛性芯核，除材料強(qiáng)度外還考慮慣性力和摩擦力；該本來(lái)針對(duì)均質(zhì)目標(biāo)提出的理論也已擴(kuò)展到帶有多層結(jié)構(gòu)的目標(biāo)，在“ISL報(bào)告，R120／83”上由K．Hoog在論文“用于不可變形的尖拱形子彈的鎧裝公式及其向可變形射彈的擴(kuò)展(Eine Panzerformel fuer unverformbareOgivalgeschosse und ihre Erweiterung auf verformbare Projektile)”中對(duì)此作了說(shuō)明。該理論是對(duì)不變形穿透物的終段彈道學(xué)問(wèn)題的分析處理的歸納。當(dāng)在結(jié)構(gòu)鋼制的底座內(nèi)打入深度為10mm，銷的直徑為4mm，其頂部為尖拱形，并假設(shè)該尖拱形部是細(xì)長(zhǎng)的，那么有下式E／V≈2因此為了打入這個(gè)銷子，需要0．25kJ的能量。該能量例如可以由一質(zhì)量等于該銷子質(zhì)量和具有0．1kg重的工作活塞的設(shè)備以72m／s的速度來(lái)獲得，或可以由一質(zhì)量?jī)杀队谠撲N子質(zhì)量和具有0．2kg重的工作活塞的設(shè)備以約50m／s的速度來(lái)獲得。根據(jù)Richter的理論，在能量恒定時(shí)，鉆入功率隨碰撞速度的減低而增加，并且當(dāng)碰撞速度根據(jù)上述例子從72m／s降到約50m／s時(shí)增加約20％；由于能量需求小，因此對(duì)在較低碰撞速度時(shí)給定的打入深度，碰撞速度不是50m／s，而是約40m／s。這一關(guān)系必須在考慮本設(shè)備的工作活塞的質(zhì)量和速度時(shí)要予以重視。相應(yīng)的考慮因此也是有意義的，因?yàn)槁?lián)系到一個(gè)可能出現(xiàn)的彎曲(對(duì)此下面還將討論)可以指出，不應(yīng)超過(guò)一由設(shè)備所確定的臨界速度或?qū)λ鲈O(shè)備概念要確定動(dòng)態(tài)參數(shù)的極限值。
與根據(jù)預(yù)定的活塞能量時(shí)的有利活塞速度的問(wèn)題有關(guān)，也應(yīng)考慮到工作活塞和所討論的設(shè)備之間的相互作用。為此進(jìn)行下述考慮設(shè)活塞和殼體的質(zhì)量比為1∶10，或活塞質(zhì)量為0．1kg，殼體質(zhì)量為1kg，以及活塞速度為30m／s，那么根據(jù)活塞和殼體的動(dòng)量守恒這一事實(shí)，在工作活塞起動(dòng)(加速)后殼體的返回速度為3m／s?；钊膭?dòng)能為45J，殼體的動(dòng)能為4．5J，因此動(dòng)能和為49．5J。總動(dòng)能與殼體的動(dòng)能之比為49．5／4．5，或約為11。如果活塞質(zhì)量提高到0．2kg，同時(shí)殼體質(zhì)量下降到0．9kg，以便不改變總質(zhì)量，那么當(dāng)總能量保持不變和考慮到活塞和殼體的沖量必須相同，就得出活塞速度為20m／s，殼體的返回速度為4．5m／s。此時(shí)活塞的動(dòng)能為40．5J，殼體的動(dòng)能為9J?？倓?dòng)能與殼體的動(dòng)能之比相應(yīng)為49．5／9或約為5．5。這就意味著在工作活塞的質(zhì)量從0．1kg翻倍到0．2kg時(shí)，作為反沖能量傳遞到殼體的能量也翻倍，即從占總能量的10％增加到占總能量的20％。
所述能量雖然可獲得一高的活塞速度，但與上面闡述的Richter的理論相反。根據(jù)Richter的理論優(yōu)選采用低速度。此外在實(shí)踐中，結(jié)構(gòu)因素引起的活塞質(zhì)量變化而導(dǎo)致的工作活塞和殼體之間的極其微小的質(zhì)量差應(yīng)視作上面提及的質(zhì)量差，因此當(dāng)活塞速度下降時(shí)工作活塞和殼體的能量之比僅僅可以下降3％至5％。因此根據(jù)Richter理論進(jìn)行的終段彈道學(xué)方面的討論尤其適用于小的活塞速度。在此還要考慮到彎曲和許可的材料應(yīng)力，這兩者同樣限制活塞速度。這些考慮也表明通過(guò)將質(zhì)量或能量分布到殼體的沖擊負(fù)荷上可以看出其影響。
對(duì)設(shè)備和材料方面問(wèn)題的處理和相應(yīng)的計(jì)算通常最好對(duì)其動(dòng)力學(xué)行為例如可通過(guò)解析關(guān)系式描述的材料來(lái)進(jìn)行。下述打入過(guò)程是十分復(fù)雜和難于處理和計(jì)算的過(guò)程，即將給定固定元件或銷子打入不均質(zhì)的和非金屬質(zhì)的底座例如混凝土，尤其是加固的混凝土、帶有石子雜質(zhì)的混凝土，多孔和脆性或堅(jiān)硬的材料，以及多層結(jié)構(gòu)的過(guò)程。在打入固定元件或銷子時(shí)，另一技術(shù)方面比較棘手的問(wèn)題出現(xiàn)在待固定的零部件(例如裝罩、絕緣墊或金屬板)和底座在結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能方面差異很大。
從上面對(duì)問(wèn)題的說(shuō)明中必定得出，所述設(shè)備的基本部件，即工作活塞單元必須這樣設(shè)計(jì)和構(gòu)造，使得它們適應(yīng)出現(xiàn)的不同的使用條件。此外，該工作活塞單元在不改變所述原理或借助相對(duì)簡(jiǎn)便地改變單個(gè)零部件的條件下就能最優(yōu)地滿足不同的要求。上述要求還因?yàn)橐袷刈兓陌踩珮?biāo)準(zhǔn)而強(qiáng)化。
打入功率、不同材料配對(duì)時(shí)的工作可靠性和預(yù)定的要保持的打入深度，以及各個(gè)設(shè)備組件可變性是獲得最優(yōu)技術(shù)方案的重要前提。
在迄今為止公知的設(shè)備中，一個(gè)特殊問(wèn)題在于所要求的工作活塞的制動(dòng)。在處理這一問(wèn)題時(shí)必須區(qū)分實(shí)際上打入了固定元件的打入過(guò)程和沒(méi)有打入固定元件的打入過(guò)程；后者為設(shè)備制造商所擔(dān)心，并稱作為“空射”。這些空射例如當(dāng)在拆開(kāi)所述設(shè)備時(shí)沒(méi)有可打入的固定元件時(shí)出現(xiàn)，或當(dāng)設(shè)置的底座是一空腔(例如縫隙)或具有一空腔時(shí)出現(xiàn)。眾所周知，在打入過(guò)程中，一部分活塞能量或活塞沖量傳遞到固定元件和底座。工作活塞的制動(dòng)和保持一定的打入深度在此發(fā)揮作用。在空射時(shí)，設(shè)備中的活塞總能量必須自動(dòng)補(bǔ)償。這通常在所涉及的設(shè)備部件中導(dǎo)致峰載荷，并需要相應(yīng)的阻尼裝置或設(shè)置活塞制動(dòng)器。
在手工操作的設(shè)備中，該阻尼問(wèn)題具有重大意義；其解決方案需要各個(gè)設(shè)備部件技術(shù)上均衡協(xié)調(diào)，并且其目標(biāo)是只會(huì)出現(xiàn)不可避免的外力或使載荷端面得到最優(yōu)化。在不是為手工操作設(shè)置的設(shè)備中沒(méi)有這一要求。但是在此要考慮的是，在基本上放棄阻尼裝置或阻尼元件條件下，在有些設(shè)備零部件中的應(yīng)力升高，這在設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)要予以考慮。
本發(fā)明不僅考慮上面討論過(guò)的理論性闡述，還考慮所有與實(shí)現(xiàn)該設(shè)備有關(guān)的觀點(diǎn)。這就意味著所述新設(shè)備在工作活塞的結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)不僅以最優(yōu)的方式滿足此范圍內(nèi)的所有技術(shù)要求，而且在各個(gè)關(guān)系上容許最大可能地改變可供選擇的設(shè)計(jì)方案。因此，該新設(shè)備例如傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須最優(yōu)化，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可能是機(jī)械的、熱解的、氣動(dòng)的或電氣的。此外，該新設(shè)備建造成有一個(gè)迄今為止還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的最小設(shè)備長(zhǎng)度，它實(shí)際上僅由所期望的打入深度確定。此外，該新設(shè)備具有一設(shè)計(jì)方案，它容許差異極大地實(shí)施該設(shè)備；該設(shè)備既可制造成手動(dòng)設(shè)備，也可制造成滿足苛刻要求的設(shè)備或根據(jù)完全確定的預(yù)先規(guī)定制造；例如用作重載荷設(shè)備，它將較大尺寸的固定元件打入鋼結(jié)構(gòu)，或用于生產(chǎn)機(jī)器人中，但也具有特別輕的或小型化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
另一對(duì)設(shè)計(jì)該設(shè)備重要的要求是使用時(shí)設(shè)備的堅(jiān)固程度。
同樣期望制造出性能完好的設(shè)備，并且不需要采用特種材料。這些材料在大多數(shù)情況下只在很窄的使用范圍內(nèi)適用，并且可靠程度相應(yīng)很低，成本高，經(jīng)常在一段較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)難以得到，難于加工，在與其他材料組合時(shí)常常出現(xiàn)問(wèn)題。一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)的、可廣泛采用的、同時(shí)成本低的解決方案的前提是各個(gè)零部件要求最少的機(jī)械加工和基本上避免代價(jià)高昂的材料處理和表面加工。
在自動(dòng)運(yùn)作的設(shè)備中，必須保證工作活塞在每一打入過(guò)程之后都復(fù)位。為此公知了一系列方法，從經(jīng)過(guò)金屬?gòu)椈稍膹U氣活塞復(fù)位件(Hilti)到由彈性材料制成的復(fù)位彈簧(Wuerth)。具有廢氣活塞復(fù)位件的系統(tǒng)在技術(shù)上相對(duì)要求高，在使用范圍以及結(jié)構(gòu)安全性方面受限。因此它們要求例如一產(chǎn)生氣體的起動(dòng)(加速)介質(zhì)。此外在發(fā)生工作故障時(shí)或在邊界范圍內(nèi)難于保證復(fù)位過(guò)程。對(duì)金屬?gòu)椈珊蛷椥圆牧蠌?fù)位彈簧要保證的是它們?cè)诠ぷ鳑_程中不抽取太多的能量，因此與所使用的能量相比不利地影響打入功率。此外，金屬?gòu)椈刹蝗菰S過(guò)高的加速，因?yàn)樵趧?dòng)負(fù)荷時(shí)材料的機(jī)械性能有限。另外，具有緩沖功能的彈性材料或橡膠類的復(fù)位元件還影響系統(tǒng)的安裝長(zhǎng)度，并要求一相對(duì)大的工作空間。此外，它們還象具有廢氣在循環(huán)系統(tǒng)的裝置一樣限制了結(jié)構(gòu)造型余量。
原則上講，復(fù)位裝置或復(fù)位元件在功能上必須有保證，以便避免慣性力和打入過(guò)程的負(fù)面影響；質(zhì)量應(yīng)該??；在機(jī)械方面僅受自身負(fù)荷；只應(yīng)產(chǎn)生相對(duì)小的復(fù)位力；要求小的安裝空間和以簡(jiǎn)便的方式適應(yīng)于技術(shù)變化(例如單個(gè)元件的更改)。
對(duì)于圖1所示公知設(shè)備所屬的設(shè)備種類來(lái)說(shuō)，公知了一系列對(duì)工作活塞3進(jìn)行阻尼或沖程限制和對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行阻尼的可能性。在迄今為止公知的解決方案中，活塞阻尼例如通過(guò)一位于阻尼和沖程限制裝置9和活塞軸10之間的摩擦卡件(由Hilti提出)或通過(guò)軸向緩沖件(例如借助由Kellner／Wuerth提出的錐)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中工作活塞3的能量或沖量通過(guò)復(fù)位彈簧8傳遞到阻尼或沖程限制裝置9上。這就決定性地限制了復(fù)位彈簧8的結(jié)構(gòu)，在工作活塞3的功率有富余(正如例如在空射時(shí)出現(xiàn)的那樣)情況下也導(dǎo)致在阻尼和沖程限制裝置9和活塞軸10內(nèi)的不許可的負(fù)荷。在借助阻尼和沖程限制裝置9來(lái)卡住工作活塞軸10時(shí)不會(huì)產(chǎn)生確定的制動(dòng)。此外，此類與摩擦相關(guān)的過(guò)程基本上不是同類，或在使用過(guò)程中承受因表面性質(zhì)所加重的變化。
圖2較深入地討論由Kellner／Wuerth提出的阻尼問(wèn)題的解決方案，它與當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平相吻合。在這一設(shè)備中的基本元件是通過(guò)活塞軸錐22來(lái)限制工作活塞21的路徑限制件和一彈性材料復(fù)位彈簧27。為了制動(dòng)工作活塞21，活塞軸錐22座落在一錐形環(huán)狀元件25上。這一錐形環(huán)狀元件25通過(guò)一緩沖元件26緩沖。開(kāi)口角28a和28b確定活塞能量的徑向和軸向分量?；钊S錐22的面積由后活塞軸段23和前活塞軸段24的直徑之比給出。在此可以看到，對(duì)材料應(yīng)力起決定性作用的圓錐面積不能隨意改變或擴(kuò)大一方面它位于軸的附近，半徑變化對(duì)面積的影響相對(duì)較小。前活塞軸段24的最小直徑由在打入固定元件時(shí)的要求確定。后活塞軸段23的直徑不能隨意擴(kuò)大，因?yàn)榉駝t的話，為一復(fù)位元件27保留的工作空間就太小了。在這一點(diǎn)上必定得出活塞套相對(duì)較長(zhǎng)。
如果選擇較大的開(kāi)口角28a或28b，那么活塞軸錐22的錐面就變小，其結(jié)果是材料受的應(yīng)力迅速超過(guò)許用應(yīng)力。當(dāng)開(kāi)口角28a或28b較小時(shí)，活塞能量的徑向分量擴(kuò)大。這導(dǎo)致在活塞軸錐22內(nèi)有大的壓應(yīng)力。在錐形環(huán)狀元件25內(nèi)這一相對(duì)較高的徑向分量在那兒導(dǎo)致高的拉應(yīng)力。因此在這種解決方案中，只在有限程度上可對(duì)所述設(shè)備中所設(shè)置的受應(yīng)力的工作區(qū)域內(nèi)起決定性作用的參數(shù)進(jìn)行匹配或優(yōu)化。
原則上講，借助諸如橡膠彈簧的彈性元件使工作活塞復(fù)位是一技術(shù)上有趣的解決方案。但這種解決方案具有兩個(gè)缺點(diǎn)。首先在此出現(xiàn)長(zhǎng)的活塞軸21，因?yàn)樵诨钊S錐22之后由于復(fù)位元件27的功能還必須有一相應(yīng)于所要求的活塞路徑的后活塞軸段23；然而該工作活塞是所述設(shè)備中在應(yīng)力方面是最關(guān)鍵的元件；因此所述活塞軸的長(zhǎng)度也總是一決定性的準(zhǔn)繩。第二，所述工作活塞在能量富余較多或空射時(shí)也是一關(guān)鍵元件，尤其在至較細(xì)的前活塞軸段24的過(guò)渡(Obergang)處的位置。該尤其在動(dòng)態(tài)負(fù)荷時(shí)的關(guān)鍵位置使得在整個(gè)工作活塞上采用高價(jià)的材料成為必要，因此該工作活塞是一個(gè)要求非常高、同時(shí)又是十分昂貴的部件。相應(yīng)的考慮也適用于所述錐形環(huán)狀元件25?？傊畬?duì)這一解決方案而言，帶有一活塞軸錐的工作活塞的結(jié)構(gòu)以及所述錐形環(huán)狀元件使最優(yōu)化設(shè)計(jì)變得困難，并且只在有限程度上容許改變?cè)O(shè)備構(gòu)造。
具有特別意義的是，這樣來(lái)構(gòu)造構(gòu)造活塞，使得它具有足夠的防止彎曲的能力，因?yàn)橐呀?jīng)十分微小的構(gòu)造活塞的軸偏差由于打入過(guò)程的動(dòng)力學(xué)關(guān)系會(huì)導(dǎo)致所述設(shè)備失效。在細(xì)長(zhǎng)體承受動(dòng)負(fù)荷時(shí)，在防止彎曲方面要區(qū)分靜態(tài)彎曲問(wèn)題和動(dòng)態(tài)彎曲問(wèn)題。對(duì)靜態(tài)彎曲問(wèn)題，根據(jù)歐拉(Euler)定律可得出一相應(yīng)的彎曲臨界載荷。動(dòng)態(tài)彎曲問(wèn)題在零部件承受高動(dòng)態(tài)負(fù)荷和沖擊負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)，并導(dǎo)致所謂的動(dòng)態(tài)塑性彎曲。在此參見(jiàn)由G．Weihrauch等發(fā)表在“ISL報(bào)告RT13／70”上的論文“細(xì)長(zhǎng)金屬圓柱在碰撞到金屬目標(biāo)物時(shí)的塑性彎曲研究”(ISL-Bericht RT 13／70 mit der Studie“Untersuchungenzum plastischen Knick von schlanken Metallzylindem beim Auftreffen aufmetallische Ziele”)。與靜態(tài)或歐拉式彎曲相反，在動(dòng)態(tài)彎曲時(shí)物體的長(zhǎng)度和細(xì)長(zhǎng)度不發(fā)揮作用，因?yàn)閯?dòng)態(tài)彎曲過(guò)程發(fā)生在沖擊面和擴(kuò)展的塑性峰面之間。根據(jù)細(xì)長(zhǎng)高強(qiáng)度的物體以高達(dá)約100m／s的速度碰撞堅(jiān)硬目標(biāo)物時(shí)的碰撞速度實(shí)驗(yàn)研究可以得到，只要沒(méi)有超過(guò)塑性極限，彎曲問(wèn)題可按照歐拉定律來(lái)處理。
在起動(dòng)(加速)固定元件時(shí)，在設(shè)備內(nèi)有兩個(gè)會(huì)優(yōu)先出現(xiàn)彎曲的區(qū)域，一是位于活塞托板和打入頭部?jī)?nèi)的前導(dǎo)引段之間的區(qū)域，二是位于打入頭部?jī)?nèi)的前導(dǎo)引段和固定元件或銷子或釘子之間的區(qū)域。
此外彎曲還出現(xiàn)在固定元件本身中，即出現(xiàn)在銷子或釘子中。上面提及的出現(xiàn)在位于打入頭部?jī)?nèi)的前導(dǎo)引段和固定元件之間的區(qū)域內(nèi)的彎曲十分復(fù)雜，因?yàn)樵诖蛉霑r(shí)伸出的銷軸的自由部分持續(xù)變長(zhǎng)；因此所提及的彎曲尤其在碰撞到該固定元件時(shí)和在打入過(guò)程中必須與該固定元件一起考慮。
因此借助解析方法只能進(jìn)行一些基本的估算，因?yàn)樵跈M向運(yùn)動(dòng)時(shí)不再是軸對(duì)稱分布，精確的考量必須借助三維有限元進(jìn)行計(jì)算。
在按照歐拉定律估算彎曲臨界載荷時(shí)，第一步是在上面提及第一和第二類彎曲問(wèn)題中涉及兩種彎曲的混合，即一方面自由的在軸向?qū)氲臈U端的彎曲，另一方面涉及受應(yīng)力的自由運(yùn)動(dòng)的桿端的彎曲，因此所謂的自由彎曲長(zhǎng)度位于1和2之間。出現(xiàn)在視作為桿的零部件中的應(yīng)力由下式計(jì)算
σ=Eπ／4(r／L)2式中E為桿的彈性模量，r為桿的半徑，L為桿長(zhǎng)。例如當(dāng)長(zhǎng)度與直徑之比為10或相應(yīng)的長(zhǎng)度與半徑之比為20時(shí)，約為1300N／mm2的應(yīng)力是出現(xiàn)靜態(tài)彎曲的極限。
在工作活塞碰撞到固定元件或銷子時(shí)引起的應(yīng)力通常根據(jù)下式確定σ=v(Eρ)1／2式中E為彈性模量，V為碰撞速度，ρ為密度。由該等式可得出某一材料達(dá)到極限應(yīng)力時(shí)的速度v。該速度對(duì)所述例子為35m／s。人們考慮到對(duì)工作活塞采用具有例如1500N／mm2的高強(qiáng)度材料；在動(dòng)態(tài)過(guò)程中可以預(yù)計(jì)更高的極限應(yīng)力，其中在所述情況下極限應(yīng)力可提高約1．5倍，因此得出約60m／s的速度。當(dāng)前活塞軸段或固定元件有更高的速度時(shí)，彈性極限被超過(guò)，出現(xiàn)局部流動(dòng)。此外要考慮到歐拉彎曲。
上述估算對(duì)設(shè)計(jì)本設(shè)備具有重要意義。尤其要強(qiáng)調(diào)的是，工作活塞的自由長(zhǎng)度要盡可能地短。這對(duì)銷子／釘子的對(duì)中碰撞至關(guān)重要。此外，為了避免臨界應(yīng)力，速度不應(yīng)選擇得太高。這就要求所需打入功率可通過(guò)變化采用其他手段，例如通過(guò)活塞質(zhì)量來(lái)調(diào)節(jié)。
圖3A和3B示意性示出一種工作活塞的區(qū)域結(jié)構(gòu)，該工作活塞用于根據(jù)本發(fā)明所述的打入固定元件的設(shè)備。這樣設(shè)計(jì)的新設(shè)備有一系列優(yōu)點(diǎn)，由這些優(yōu)點(diǎn)不僅可以基本上解決上述問(wèn)題，而且可確保有大量可能的結(jié)構(gòu)性變型。在圖3A中示出了這一方案的主要特征。它們是，為了限制工作沖程31，設(shè)置一作用在活塞托板11上的沖程限制裝置。這樣來(lái)構(gòu)造該裝置，使得在活塞托板11上有一止擋面，它在活塞的終端位置，即在工作沖程之后與一設(shè)置在圓柱體上的對(duì)接面相接觸。
該止擋面可由一活塞套35的前端面37形成。對(duì)接面43可由一與環(huán)狀元件39相連接的止擋套38的正對(duì)活塞托板11的端面形成。在此可能的是，只要配置活塞套35，帶有止擋套38的環(huán)狀元件39，或配置活塞套35和環(huán)狀元件39／止擋套38的組合件。該止擋套38也可構(gòu)造成接片狀。
通過(guò)這種布局形成一腔室，它作為彈簧室44，在其中安裝復(fù)位裝置8。該復(fù)位裝置8在打入過(guò)程中和在空射時(shí)僅受自身載荷。傳遞到活塞套35或環(huán)狀元件38上的沖擊通過(guò)一支撐環(huán)29作用，該支撐環(huán)29在需要時(shí)還可再次相對(duì)殼體借助阻尼元件來(lái)緩沖沖擊。
下面列出本新設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)(不追求完整)，-活塞軸34的長(zhǎng)度最短。
-該結(jié)構(gòu)滿足不同的復(fù)位可能性。因此由于所述可在寬大限度內(nèi)變化的彈簧室44，不僅所有機(jī)械復(fù)位裝置(例如金屬?gòu)椈苫驈椥韵到y(tǒng))，而且其他復(fù)位裝置(例如具有傳動(dòng)介質(zhì)，尤其是氣體的復(fù)位裝置)都可以安裝在該彈簧室44內(nèi)。
-本設(shè)計(jì)方案基本上適合于不同類別的工作活塞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，尤其也適合于一電磁或電熱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
-在初始能力為常量時(shí)可通過(guò)改變活塞質(zhì)量在寬大限度內(nèi)改變活塞速度。
-尺寸設(shè)計(jì)與所采用的材料相匹配在此例如由于功率需求變化了，可相對(duì)容易地進(jìn)行修正。
-活塞軸34可構(gòu)造成具有任意剛度。
-活塞托板11與活塞套35構(gòu)成一剛度極大的部件。
-在活塞托板11的區(qū)域內(nèi)可有利地實(shí)施活塞導(dǎo)引和活塞密封。
-借助通過(guò)改變尺寸和／或選擇具有其他密度的材料來(lái)改變活塞軸10的直徑或工作活塞的質(zhì)量，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相同時(shí)可改變本設(shè)備的功率，這在應(yīng)用技術(shù)方面是特別重要的。由此，本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的各細(xì)節(jié)都匹配于打入過(guò)程的終段彈道學(xué)的給定參數(shù)。
-活塞軸10或34和活塞托板11可以是分開(kāi)的部件。由此可對(duì)這兩個(gè)部件例如在表面加工、材質(zhì)、質(zhì)量和尺寸方面分開(kāi)進(jìn)行最優(yōu)化。當(dāng)軸為一純圓柱體時(shí)，例如可采用某些材料，它們?yōu)榱诉_(dá)到確定的機(jī)械性能，例如達(dá)到高的抗裂性能可進(jìn)行只適合于圓柱體的特殊處理，例如通過(guò)錘打的冷加工硬化。因此，另外已用氮進(jìn)行合金化的鋼在合適的尺寸下可具有高達(dá)約3000N／mm2的強(qiáng)度。
-不同的活塞軸可與多種多樣的活塞托板組合。
-在圖3B中用圓表示的高負(fù)荷區(qū)域內(nèi)，可采用多梯度材料，它們是指例如機(jī)械性能(例如硬度)在所給定的極限值之間朝一個(gè)方向變化的材料，該方向例如在備好的物體內(nèi)為軸向或徑向，然而通常不會(huì)在兩個(gè)正交方向。
-這些設(shè)計(jì)方案可以最優(yōu)的方式匹配于對(duì)打入深度和打入功率的不同要求。因此，由于活塞軸短，其剛度大，不僅可以實(shí)現(xiàn)很大的打入深度，而且還可以掌握很高的打入力。
-只有少許面積需要高附加值地加工。它們可特別簡(jiǎn)便地實(shí)施。
-由于在工作活塞范圍內(nèi)有上述更改可能性，本設(shè)備在外力方面也可最優(yōu)化，例如對(duì)在打入時(shí)的負(fù)荷形式和大小進(jìn)行最優(yōu)化。
-本設(shè)計(jì)方案以最優(yōu)方式符合給定條件，因?yàn)樗蟮膹?fù)位力相對(duì)較小。這只是因?yàn)榛钊|(zhì)量，例如在用于手工操作的設(shè)備中活塞質(zhì)量只許在50和300克之間變動(dòng)。因此復(fù)位裝置必須首先確保一足夠快速的和可靠的復(fù)位和將活塞固定在初始位置。根據(jù)由本發(fā)明所帶來(lái)的可能性，使用帶寬可從質(zhì)量動(dòng)態(tài)變動(dòng)在克范圍內(nèi)的小型化的器件，例如通過(guò)使用高強(qiáng)度的非金屬部件作承受動(dòng)負(fù)荷的部件，擴(kuò)大到用于滿足特殊要求(例如當(dāng)要求極大的打擊或錘擊力時(shí))的重型或大質(zhì)量裝置。
-活塞軸可以配置一孔，例如用于容納一信號(hào)線或一附加機(jī)械裝置。在此，例如能夠想到通過(guò)一內(nèi)軸在所述打入過(guò)程中或之后來(lái)觸發(fā)另一功能。一中空活塞也可以容納一內(nèi)活塞或副活塞，如圖11所示。
在圖3B中示出了位于其最前端位置的工作活塞。活塞套35的止擋面和止擋套38的對(duì)接面相互靠在一起，因此活塞套35與止擋套38的環(huán)狀元件39形成在此封閉的彈簧室44，它容納復(fù)位裝置，例如一復(fù)位彈簧或其他復(fù)位元件。
可以對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱部件進(jìn)行兩維模擬計(jì)算和對(duì)不對(duì)稱部件進(jìn)行三維模擬計(jì)算以估算動(dòng)態(tài)負(fù)荷，在ISL中根據(jù)本發(fā)明人的建議為了了解也進(jìn)行了這樣的模擬計(jì)算。借助模擬計(jì)算進(jìn)行的計(jì)算不僅證實(shí)了上述對(duì)彎曲和所述出現(xiàn)的速度下的材料應(yīng)力的考慮，還表明就在打入過(guò)程中(即在工作活塞碰撞到待打入的固定元件和在使其前進(jìn)時(shí))恰如在制動(dòng)和尤其在空射時(shí)一樣出現(xiàn)沖擊載荷，該沖擊載荷確定組成部件的動(dòng)態(tài)性能，也確定出現(xiàn)的或許可的材料應(yīng)力。此外，例如由于沖擊疊加在局部可能出現(xiàn)高應(yīng)力，直至超過(guò)屈服極限；這種疊加可借助結(jié)構(gòu)措施加以避免。這是本發(fā)明新型設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，即通過(guò)變更各個(gè)零部件就能特別簡(jiǎn)便地實(shí)施此類結(jié)構(gòu)措施。
如已經(jīng)提及的那樣，承受高動(dòng)態(tài)負(fù)荷的區(qū)域在圖3B中用圓圈出。在此涉及的有-驅(qū)動(dòng)固定元件或銷子的工作活塞端面45a；-在區(qū)域45b內(nèi)會(huì)合的止擋面和對(duì)接面；
-尤其在空射時(shí)由于活塞軸34的質(zhì)量慣性而受拉伸載荷的區(qū)域45c；-在活塞軸34和活塞托板11之間的過(guò)渡區(qū)45d；-在活塞托板11和活塞套35之間的過(guò)渡區(qū)45e；-在前套面41和套緩沖器30之間或在套緩沖器30和環(huán)29之間的過(guò)渡區(qū)45f。
圖4A和4B示出一復(fù)位裝置8，它用一箭頭表示，包含在兩個(gè)極限情況下的區(qū)48A或室48B。根據(jù)圖4A，區(qū)48A僅僅由一長(zhǎng)活塞套35a形成；根據(jù)圖4B，室48b僅僅由一長(zhǎng)止擋套39a產(chǎn)生。在圖4A所示第一種情況下夾圈50相應(yīng)變平，在圖4B所示第二種情況下活塞托板51相應(yīng)變平。
在圖4A中也示出用于輸入一種工作介質(zhì)(例如一種工作氣體)的例子。除了一通常的中心入口46外，輸入還可通過(guò)在圓周上分布的通孔47a或通過(guò)多個(gè)孔47b來(lái)實(shí)現(xiàn)。
同樣在圖4A中示出了位于工作活塞區(qū)域內(nèi)相對(duì)介質(zhì)室的不同密封裝置，這些密封裝置在采用流體驅(qū)動(dòng)介質(zhì)時(shí)是必要的。在此可能指一環(huán)密封件49a或一迷宮式密封件49b，它們作為例子示出在圖4A的上半部；長(zhǎng)的活塞套有利地僅安裝在端部，如在圖4A的下半部所示；在此由于有中空腔49c，可以放棄一特殊的密封元件。
如已多次討論過(guò)的那樣，在高打入功率下對(duì)圖3A所示工作活塞的沖程31的限制和在空射時(shí)的阻尼要予以特別重視。對(duì)于阻尼，必須分辨針對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的阻尼和針對(duì)其他部件(例如殼體)的阻尼。
運(yùn)動(dòng)部件的阻尼可以按如下方式進(jìn)行-通過(guò)活塞套38繼續(xù)傳遞工作活塞的剩余能量；-借助活塞托板11內(nèi)的阻尼裝置；-通過(guò)止擋套38和活塞套35的材料彈性；-部分通過(guò)復(fù)位裝置8；-通過(guò)將活塞套35的面37直接放置在環(huán)29上或直接放置在活塞套7的內(nèi)面上或支撐套20上。
此外，也可以通過(guò)硫化膠合將阻尼元件設(shè)置在止擋套38的區(qū)域以及在活塞托板11或活塞套35的區(qū)域。
在包圍工作區(qū)域的殼體區(qū)域內(nèi)的阻尼可能受到下列因素的影響-在運(yùn)動(dòng)的有待制動(dòng)的質(zhì)量和靜止質(zhì)量之間的確定比例；
-在殼體上的專用阻尼裝置，優(yōu)選彈性元件。
通過(guò)“裝滿度”，例如基于橡膠的特殊動(dòng)態(tài)性能，在橡膠阻尼器與阻尼元件組合時(shí)可通過(guò)材料和形狀選擇來(lái)調(diào)節(jié)任一阻尼功能，直至達(dá)到全裝滿時(shí)的“硬沖擊”性能。
一個(gè)在技術(shù)上要求特別高的、同時(shí)由于其簡(jiǎn)單性又是令人感興趣的變型方案使得絕對(duì)不必設(shè)置特殊的阻尼措施。這樣所出現(xiàn)的力必須單由結(jié)構(gòu)措施和材料性能來(lái)承受。通過(guò)模式化的結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的特殊特征，有可能使用在構(gòu)造、密度和承載能力方面具有極端特性的材料。用下述例子來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)-相應(yīng)于特性硬、重、輕、阻尼的，止擋套38完全或部分地由重金屬或硬質(zhì)金屬、陶瓷、輕金屬或纖維強(qiáng)化的材料制成；-相應(yīng)于特性硬、輕，活塞軸34(有時(shí)僅在銷子側(cè)范圍內(nèi))由硬質(zhì)金屬或陶瓷制成；-相應(yīng)于特性輕、阻尼的，活塞托板11包含例如由玻璃纖維強(qiáng)化的材料制成的元件；-在活塞托板11內(nèi)安置一硫化層；-活塞軸34減震地設(shè)置在活塞托板11內(nèi)；-止擋套38、活塞軸34或帶活塞套35的活塞托板11由一種多梯度材料制成。
尤其在已運(yùn)動(dòng)的和未運(yùn)動(dòng)的部件的直徑較大時(shí)，采用低密度的材料，如輕金屬、纖維強(qiáng)化塑料或可成形陶瓷可能是有利的。還可設(shè)想的技術(shù)解決方案是，物件構(gòu)造成中空的，在需要時(shí)例如與泡沫金屬相結(jié)合，該泡沫金屬用于高剛度的輕質(zhì)構(gòu)造。
在活塞軸34和活塞托板11為兩個(gè)組件的實(shí)施形式時(shí)，活塞托板11可以用澆鑄技術(shù)方法來(lái)制造。這對(duì)于非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀或活塞托板11和活塞套35與活塞軸34相連接的復(fù)雜構(gòu)成特別有利?；钊邪?1和活塞軸34之間的連接可以是可松開(kāi)的或不可松開(kāi)的，例如通過(guò)螺紋、釬焊、粘貼、硫化膠合膠合、摩擦焊、界面燒結(jié)、夾住或熱裝方法相連接。
圖5A至5E示出具有機(jī)械復(fù)位裝置或復(fù)位元件的設(shè)備的兩個(gè)實(shí)施例。
根據(jù)圖5A，復(fù)位元件是指一簡(jiǎn)單的橡膠套或一軟管52，它例如由均質(zhì)的彈性材料或發(fā)泡材料制成。對(duì)用于較大活塞沖程的長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，必須設(shè)置相應(yīng)的導(dǎo)引件52a。而簡(jiǎn)單的配置僅適合于相對(duì)短的工作沖程31。但也必須例如通過(guò)構(gòu)造彈簧室來(lái)確?；钊?5的運(yùn)動(dòng)不受干擾。一個(gè)薄套52b有助于此。
根據(jù)圖5B，復(fù)位元件要么由一個(gè)帶有橡膠中空室53a的系統(tǒng)組成，如圖5B的上半部所示；要么由一個(gè)風(fēng)箱式元件53b組成，如圖5B的下半部所示。
圖5C包含一個(gè)與圖2所示相應(yīng)的復(fù)位裝置，然而橡膠彈簧54a不必產(chǎn)生制動(dòng)作用或一個(gè)力來(lái)限制沖程。所述環(huán)或墊片54b在此用作固定元件。
根據(jù)圖5D，復(fù)位裝置是指一種金屬螺旋彈簧55a。
根據(jù)圖5E，所述復(fù)位裝置由一具有四邊形橫斷面的金屬?gòu)椈桑庑途€材55b構(gòu)成。該金屬?gòu)椈捎擅?6a、56b或56c固定。
在圖5F中示出了一個(gè)用于多節(jié)或多段狀的復(fù)位裝置。它是一種由一頭部側(cè)或套側(cè)元件57a、一活塞托板側(cè)元件57b和一分隔元件57c組成的組合件。該分隔元件也可用作端面37和43之間的緩沖器。
圖6作為所述活塞托板的一個(gè)特殊實(shí)施例示出一臺(tái)階式托板60，它由一前活塞托板部分61和一后活塞托板部分62組合而成。容納該臺(tái)階式托板60的活塞室套或活塞導(dǎo)引套64相應(yīng)地適配。當(dāng)例如在工作沖程期間有負(fù)荷變化時(shí)，這種實(shí)施形式是有利的。這樣，前活塞托板部分61的外區(qū)相宜地承擔(dān)導(dǎo)引和介質(zhì)密封63的任務(wù)。用這種方式可以在被驅(qū)動(dòng)的活塞部分和被導(dǎo)入或阻尼或復(fù)位的部分之間基本上完成一種結(jié)構(gòu)性分隔?；钊姨谆蚧钊麑?dǎo)引套64的后部分在此以特別的方式適合于接納例如一個(gè)用于改變腔室初始容積的調(diào)節(jié)裝置64a。
在圖7A和7B示出在活塞托板范圍內(nèi)具有可能的活塞軸加強(qiáng)件的設(shè)備。該設(shè)計(jì)方案適合于承受出現(xiàn)在活塞托板和活塞軸之間過(guò)渡區(qū)內(nèi)的較高動(dòng)態(tài)應(yīng)力，為此參見(jiàn)圖3B中用圓圈出的區(qū)45c、45d和45e。
根據(jù)圖7A，軸66的直徑向后逐漸擴(kuò)大。該后活塞軸部分66a例如借助螺紋66b與相應(yīng)構(gòu)造的活塞托板69相連接?；钊邪?9和活塞軸66或后活塞軸部分66a在此這樣來(lái)構(gòu)造，使得該后活塞軸部分66a穿過(guò)活塞托板69或僅插裝在活塞托板69內(nèi)。該在本實(shí)施例中說(shuō)明的活塞軸部分66a在驅(qū)動(dòng)流體側(cè)包含一輸入介質(zhì)的孔67?？椎娜莘e可通過(guò)旋入的元件68來(lái)改變。
圖7B示出一個(gè)工作活塞，它帶有一個(gè)裝在活塞托板71內(nèi)的圓柱裝活塞軸70。該活塞軸70安裝在活塞托板71內(nèi)一個(gè)相應(yīng)的活塞軸插口71a內(nèi)?；钊S70和活塞軸插口71a之間的連接例如借助螺紋、釬焊或熱裝方法實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中活塞托板71具有一凹槽72，例如為輸入介質(zhì)或改變?cè)薪橘|(zhì)容積的車(chē)削槽形式。
圖8示出一工作活塞，它用于圖3所示帶有一直通活塞軸73的設(shè)備。該活塞軸73是純圓柱形，因此具有最簡(jiǎn)單的形式。在活塞軸73內(nèi)也可設(shè)置一孔74，它在需要時(shí)可用一個(gè)塞子75與介質(zhì)室相閉合。這種孔的用途之一是通過(guò)軸73將介質(zhì)引導(dǎo)到待打入的固定元件上?；钊邪?6和其至活塞軸插口或活塞軸導(dǎo)引件76a的區(qū)域相應(yīng)地構(gòu)造。
圖9示出一個(gè)用于圖3所示設(shè)備的工作活塞，它在活塞托板78的區(qū)域內(nèi)具有一獨(dú)立的環(huán)狀元件77。該環(huán)狀元件77例如可以加強(qiáng)在此區(qū)域內(nèi)的活塞軸，或改變活塞質(zhì)量。此外，在碰撞到相應(yīng)匹配的止擋套79的內(nèi)接片80上時(shí)該環(huán)狀元件77作為專用的阻尼元件。這樣，例如在活塞套78區(qū)域和止擋套79的外接片81的區(qū)域以及環(huán)狀元件77和止擋套79的內(nèi)接片80的組合區(qū)域內(nèi)分時(shí)間先后地實(shí)現(xiàn)套裝過(guò)程。
從上述用實(shí)施例說(shuō)明的設(shè)計(jì)中可以看到，在新設(shè)備中，工作活塞以其變化可能性成為本設(shè)備的中心部件。特別重要的一點(diǎn)是它分成一個(gè)軸段和一個(gè)活塞托板段。只有這樣的分段才產(chǎn)生了已經(jīng)說(shuō)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料工程的施展空間，它使得最優(yōu)地匹配于各種載荷狀況成為可能。
在圖10A至10E中示出了幾個(gè)用于改變工作沖程31或打入深度的實(shí)施例。打入深度或工作沖程31例如可通過(guò)下述方式改變-改變整個(gè)工作活塞的長(zhǎng)度；-選擇不同長(zhǎng)度的活塞軸，為此參見(jiàn)圖7、8、10A和10B所示；-選擇不同長(zhǎng)度的軸座83，它們要么例如通過(guò)釬焊、粘貼或金屬熔結(jié)與活塞軸84固定連接，要么可替代地通過(guò)活塞座83的插頭85或活塞軸84的插頭86來(lái)插接或螺旋連接，參見(jiàn)圖10C；-改變活塞套35的長(zhǎng)度，參見(jiàn)圖10D；-改變套接片39或止擋套的長(zhǎng)度，參見(jiàn)圖10E；-在活塞托板足夠高時(shí)，活塞軸70在活塞托板71內(nèi)的裝配深度不同，例如參見(jiàn)圖7B；-上述各種可能性的適當(dāng)組合。
對(duì)本發(fā)明新設(shè)備的一系列應(yīng)用可能，在此處提出的原理中出發(fā)點(diǎn)是即便在空射時(shí)也可放棄阻尼。在這種情況下，工作活塞單元的安裝長(zhǎng)度降到最小。在圖11A至11C中示出了本設(shè)備的相應(yīng)實(shí)施例。根據(jù)圖11A，活塞套35直接座落在一環(huán)87上，在環(huán)87之后只裝入一個(gè)用于設(shè)備19(如圖1所示)的阻尼件。在此一個(gè)扁型線材彈簧作為彈簧元件安裝在彈簧室55b中，參見(jiàn)圖5e。
圖11B示出本發(fā)明新設(shè)備的另一變型，其中，活塞套35直接座落在活塞室87a的前界面上。
為了擴(kuò)大工作沖程，在活塞套35的長(zhǎng)度一定時(shí)可以舍棄環(huán)87，彈簧元件55b的前端面通過(guò)直接座落在安裝套89上而相應(yīng)更加向前錯(cuò)放，參見(jiàn)圖11C。
原則上還可設(shè)想，活塞軸34通過(guò)一內(nèi)活塞托板90彈性地安置在一相應(yīng)構(gòu)造的外活塞托板91內(nèi)。這一點(diǎn)可以例如借助一個(gè)活塞托板彈簧92或通過(guò)一彈性材料阻尼元件90a來(lái)實(shí)現(xiàn)。參見(jiàn)圖12A。
圖12B示出另一變型，其中，所述例如通過(guò)一活塞托板彈簧92或一彈性材料層90b而減震緩沖的活塞托板90直接受到氣體力的作用。
圖13A和13B涉及用于特殊用途的新設(shè)備的一個(gè)實(shí)施形式，在此它是指帶有一個(gè)工作活塞托板97的串聯(lián)系統(tǒng)，在此工作活塞托板97內(nèi)另有一個(gè)活塞或副活塞94。根據(jù)圖13A，副活塞94可動(dòng)，該副活塞94具有屬于它的活塞軸95，它設(shè)置在外工作活塞的活塞軸96內(nèi)。在本實(shí)施例中，副活塞94和外工作活塞96大體通過(guò)一用于副活塞94的介質(zhì)輸入口46和一用于外工作活塞96的介質(zhì)輸入口47a而被分開(kāi)驅(qū)動(dòng)，參見(jiàn)圖4A。
在圖13B所示實(shí)施例中，內(nèi)活塞94在一個(gè)用一蓋板98封閉的后活塞套內(nèi)運(yùn)動(dòng)。
在圖13A和13B所示的設(shè)備中，副活塞94的活塞軸95相對(duì)于工作活塞的活塞軸96運(yùn)動(dòng)一段距離99。因此例如在一相應(yīng)構(gòu)造的固定元件或銷子內(nèi)可以觸發(fā)某種附加功能。
在至此說(shuō)明的新設(shè)備的實(shí)施形式中，其出發(fā)點(diǎn)是，工作活塞的傳動(dòng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)介質(zhì)(例如一種熱解產(chǎn)生的氣體)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如已經(jīng)提及的那樣，除了這種通常的借助氣體力進(jìn)行的傳動(dòng)外還考慮其他傳動(dòng)可能性。在此特別感興趣的明顯是電磁起動(dòng)(加速)。這種使用可能性在下面簡(jiǎn)要地，即不采用電路和電流地進(jìn)行說(shuō)明，其中，相應(yīng)的基礎(chǔ)理論見(jiàn)Sterzelmeier著的CCG教科書(shū)。
在此基本上采用所謂的線圈起動(dòng)(加速)器，它脈沖式以有時(shí)間限制的感應(yīng)工作。在這種所討論的應(yīng)用中，首先采用一種所謂的扁線圈起動(dòng)(加速)器，它已由電動(dòng)力學(xué)所公知。該基于LENZ規(guī)則的原理眾所周知，它是指通過(guò)一個(gè)良好導(dǎo)電的位于帶有一個(gè)線圈的磁耦合器中的環(huán)導(dǎo)出一個(gè)電流脈沖。在此兩個(gè)部件以一個(gè)大力相互排斥。這一原理適用于環(huán)狀元件，也適用于平面元件。在此可區(qū)分-在活塞套或環(huán)起動(dòng)(加速)器中的線圈系統(tǒng)；-在活塞托板或扁型線材圈起動(dòng)(加速)器中的線圈系統(tǒng)；-電磁制動(dòng)裝置。
電氣裝置的特殊優(yōu)點(diǎn)在于控制。因此例如可以相應(yīng)于所需打入功率來(lái)調(diào)節(jié)能量。由于信號(hào)運(yùn)行時(shí)間很短，在打入過(guò)程中顯然可以實(shí)現(xiàn)控制／調(diào)節(jié)。
在圖14A中示出了兩種可能性。在活塞托板的底部，一個(gè)初級(jí)線圈100起動(dòng)(加速)一次級(jí)線圈101。可以選擇或平行布置的是，工作活塞還通過(guò)一個(gè)徑向線圈系統(tǒng)102來(lái)驅(qū)動(dòng)。
還可能的是，工作活塞的復(fù)位通過(guò)相應(yīng)的線圈系統(tǒng)103和104以及安置在環(huán)106內(nèi)的次級(jí)線圈105來(lái)實(shí)現(xiàn)，參見(jiàn)圖14B。
原則上推薦采用帶有在軸向比較短的、優(yōu)選為朝側(cè)向伸展的系統(tǒng)的電磁驅(qū)動(dòng)裝置，因?yàn)橐环矫嬖谳^大線圈系統(tǒng)時(shí)效率增加，另一方面在起動(dòng)(加速)較高時(shí)較大的徑向力必須由包圍該線圈的材料來(lái)承受。
權(quán)利要求
1．一種用于將固定元件(4)打入一個(gè)底座(6)中的設(shè)備，該設(shè)備具有一包括活塞軸(34)和一活塞托板(11)在內(nèi)的在打入時(shí)向固定元件(4)施加載荷的工作活塞，其中活塞托板(11)在從靜止位置到達(dá)終端位置的工作沖程(31)中可在一活塞導(dǎo)引套(7)內(nèi)移動(dòng)，其特征在于在工作活塞(11、34)上設(shè)置有一止擋面(37)，它在終端位置與一設(shè)置在活塞導(dǎo)引套(7)上的對(duì)接面(43)相接觸，以便限制工作沖程(31)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述止擋面(37)通過(guò)一活塞套(35)的前端面形成，該活塞套(35)與活塞托板(11)相連接，并同心地包圍活塞軸(34)。
3．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于對(duì)接面(43)通過(guò)一止擋套(38、39)的面對(duì)所述活塞的自由面形成，該止擋套(38、39)與活塞導(dǎo)引套(7)相連接，并平行于活塞軸(34)的縱軸突入活塞導(dǎo)引套(7)。
4．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于活塞套(35)和／或止擋套(38)具有以所述活塞的縱軸中心對(duì)稱設(shè)置的接片狀分面。
5．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于止擋面(37)和對(duì)接面(43)構(gòu)造成圓環(huán)狀或錐狀。
6．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于受活塞套(35)或止擋套接片(39)和活塞軸(34)限制的空間形成一彈簧室(44)，在其中打入一復(fù)位裝置(8)，以便將工作活塞(11、34)從所述終端位置回移到初始位置。
7．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于為了驅(qū)動(dòng)工作活塞(11、34)設(shè)置驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它建立在化學(xué)／熱解技術(shù)或高壓流體或電磁技術(shù)或電熱技術(shù)基礎(chǔ)上。
8．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于活塞軸(34)在其前端面上包含一壓鑄的或安裝在芯軸上的裝置和／或一建立與固定元件(4)接觸關(guān)系的承接部件和／或構(gòu)造成中空的或?qū)嵭牡臎_壓工具，其中活塞軸(4)的前部區(qū)域與其后部區(qū)域在直徑和／或形狀方面不相同。
9．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于活塞軸(34)或活塞托板(11)或活塞套(35)可用鑄造、車(chē)削、鍛造或拉拔生產(chǎn)，由重金屬、鋼、諸如硬鋁或鈦的輕金屬、陶瓷材料、纖維復(fù)合材料、通過(guò)錘鍛的或冷加工硬化的金屬材料或多梯度材料制成。
10．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于活塞軸(34)具有一孔，和／或由一對(duì)中的圓柱形芯和一包圍該芯的軸套組成，和／或在直徑和長(zhǎng)度方面不同，和／或具有一任意的橫斷面。
11．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于活塞托板(11)在所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)側(cè)是平的，或在至少一側(cè)包含一凹槽，和／或在所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)側(cè)具有一導(dǎo)入和／或分配介質(zhì)的裝置。
12．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于活塞托板(11)具有一安裝在一孔(67)內(nèi)的元件。
13．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于活塞托板(11)借助于一環(huán)(49a)或一迷宮式密封件(49b)相對(duì)于介質(zhì)室(46)密封。
14．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于活塞軸(34)和活塞托板(11)通過(guò)螺紋、釬焊、粘貼、硫化膠合、夾緊或熱裝、摩擦焊方法相連接，或在相互的接觸面上例如通過(guò)燒結(jié)或粘結(jié)方法有金屬結(jié)合地相連接。
15．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于為了使工作活塞(3)止動(dòng)，設(shè)置一更彈性的緩沖器、一金屬元件、一摩擦夾件、一彈簧元件和／或一環(huán)狀元件，其中所述環(huán)狀元件在至少一側(cè)為純平面圓柱狀，和／或在至少一側(cè)包含一凹槽。
16．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述環(huán)狀元件或所述止擋套具有一外接片和／或一內(nèi)接片。
17．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于例如通過(guò)分布在圓周上的輸入部件來(lái)集中式或分散式輸入工作流體。
18．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于復(fù)位裝置(8)具有一橡膠套或一橡膠軟管(52)、一中空腔橡膠系統(tǒng)(53a)、一例如為金屬質(zhì)或多分子材料的彈性風(fēng)箱(53b)、一橡膠彈簧(54a)、一螺旋彈簧(55a)、一扁型線材狀彈簧(55b)和／或多個(gè)多段或多級(jí)狀的彈簧元件(57)，其中后者有時(shí)具有一導(dǎo)引件(57c)。
19．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于活塞托板(11)構(gòu)造成帶有一前活塞托板部分和一后活塞托板部分的臺(tái)階式托板(60)，其中驅(qū)動(dòng)同時(shí)通過(guò)兩個(gè)臺(tái)階中的至少一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
20．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于臺(tái)階式托板(60)的各級(jí)由相同的、優(yōu)選為均質(zhì)的材料或由不同的材料制成，并通過(guò)釬焊、焊接、螺栓連接或硫化膠合相連接，或在它們的接觸面上例如通過(guò)燒結(jié)或粘結(jié)方法有金屬結(jié)合地相連接。
21．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于一環(huán)狀元件(77)與一活塞軸(73)或一活塞托板(78)相連接，該環(huán)狀元件(77)用于改變質(zhì)量，它優(yōu)選具有彈性特性和優(yōu)選直接支撐在止擋套(79)上。
22．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于工作活塞(97)包含一安置在其內(nèi)的副活塞(94)；工作活塞(97)和副活塞(94)優(yōu)選是可驅(qū)動(dòng)的，其中所述副活塞(94)在一開(kāi)的或閉合的系統(tǒng)中是可運(yùn)動(dòng)的。
23．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于在活塞軸(34)和活塞托板(90)之間有一阻尼元件(92)。
24．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于在活塞托板(11)內(nèi)固定至少兩根活塞軸。
25．根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于在活塞托板(90)和一活塞托板蓋(90a)之間例如用一金屬?gòu)椈苫蛞粡椥栽O(shè)置一阻尼元件(92)。
26．上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述設(shè)備的一種應(yīng)用，該設(shè)備借助一固定元件(4)將一零部件(5)固定在一底座(6)的表面上，其特征在于待固定的零部件(5)被帶到底座(6)的表面上；所述設(shè)備和其軸引套(16)被帶到零部件(5)上止動(dòng)，其中工作活塞(3)處于其靜止位置；工作活塞(3)被驅(qū)動(dòng)，直到它到達(dá)其終端位置，以便在此將固定元件(4)通過(guò)零部件(5)打入底座(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將固定元件打入一個(gè)底座中以便固定零部件的設(shè)備。該設(shè)備具有一個(gè)工作活塞,其加速和減速范圍在保持最優(yōu)的打入深度(31)和最小的活塞長(zhǎng)度(32)的同時(shí)可以適應(yīng)不同的條件。這適合于機(jī)械的、熱解的、氣動(dòng)的、電磁的和電熱的工作活塞傳動(dòng)。這些設(shè)備可以構(gòu)造成供人工使用,也可以供生產(chǎn)機(jī)器人使用。其主要特征在于:工作沖程借助一與活塞托板(11)相連接的活塞套(36)、一與一環(huán)狀元件(38)相連接的接片(39)或這兩者的組合件來(lái)限制。因此,無(wú)論在活塞托板側(cè)(48a)還是在環(huán)側(cè)(48b)都形成一腔室,它容納一個(gè)例如機(jī)械返回裝置(8),該裝置在打入時(shí)和在空射時(shí)只承受其自身的負(fù)荷。其余的活塞能量經(jīng)過(guò)一個(gè)緩沖器(30)減輕。活塞托板(11)和活塞軸(10)的模件化設(shè)計(jì)容許在成形和材料兩方面獨(dú)立地對(duì)零部件進(jìn)行優(yōu)化?；钊|(zhì)量可以變化很大。該設(shè)備可以構(gòu)造成有任意的剛度,可以匹配于不同的固定元件、底座和打入條件。
文檔編號(hào)B25C1/00GK1283145SQ98812545
公開(kāi)日2001年2月7日 申請(qǐng)日期1998年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月4日
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