(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-21
(45)【発行日】2022-07-29
(54)【発明の名称】固定工具
(51)【国際特許分類】
B25C 1/06 20060101AFI20220722BHJP
【ＦＩ】
B25C1/06
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2020567891
(86)(22)【出願日】2019-05-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-09-24
(86)【国際出願番号】 EP2019063918
(87)【国際公開番号】W WO2019233841
(87)【国際公開日】2019-12-12
【審査請求日】2020-12-04
(31)【優先権主張番号】18176196.6
(32)【優先日】2018-06-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】591010170
【氏名又は名称】ヒルティ アクチエンゲゼルシャフト
【住所又は居所原語表記】Ｆｅｌｄｋｉｒｃｈｅｒｓｔｒａｓｓｅ １００， ９４９４ Ｓｃｈａａｎ， ＬＩＥＣＨＴＥＮＳＴＥＩＮ
(74)【代理人】
【識別番号】100123342
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 承平
(72)【発明者】
【氏名】ティロ ディットリッヒ
(72)【発明者】
【氏名】ノアベルト ヘーブ
(72)【発明者】
【氏名】カイ フリーヴァルド
【審査官】城野 祐希
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１７９６６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭４９－０１９４７０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｃ １／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
留め具を基板内に打ち込むための固定工具であって、留め具を保持するためのホルダと、前記ホルダに保持された留め具を固定軸に沿って前記基板内に搬送するための打ち込み要素と、前記打ち込み要素を前記固定軸に沿って前記留め具に向かって駆動するためのドライブと、を備え、前記ドライブは、電気コンデンサと、前記打ち込み要素上に配置されたかご形回転子と、前記コンデンサの急速放電中に、電流が流れ、前記打ち込み要素を前記留め具に向かって加速する磁場を生成する励起コイルと、を備え、前記固定工具は、前記固定工具の状態パラメータを検出するための検出手段と、電流が前記励起コイルを流れていない間に、前記コンデンサの放電を通常モード及びバックアップモードで動作させることができる制御ユニットと、を有し、前記制御ユニットは前記通常モードでは急速放電を実行し、前記検出手段により検出された前記状態パラメータに依存してバックアップモードに入りヒューズ放電を実行する、固定工具。
【請求項2】
前記ドライブが、放電スイッチを含むスイッチング回路を有し、前記制御ユニットが、前記急速放電を引き起こすために前記通常モードで前記放電スイッチを閉じ、前記制御ユニットが、ヒューズスイッチを含み、前記ヒューズ放電を引き起こすために前記バックアップモードで前記ヒューズスイッチを閉じる、請求項１に記載の固定工具。
【請求項3】
前記固定工具、特に前記制御ユニットが、前記コンデンサがすでに充電されている期間を検出するための手段を有し、前記検出された状態パラメータが、前記検出された期間を含む、請求項１又は２に記載の固定工具。
【請求項4】
前記固定工具が、前記固定工具の機械的負荷変数、特に加速度を検出するための手段を有し、前記検出された状態パラメータが、前記固定工具の前記検出された負荷変数、特に加速度を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項5】
前記固定工具が、前記コンデンサの充電電圧を検出するための手段を有し、前記検出された状態パラメータが、前記コンデンサの前記充電電圧を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項6】
前記制御ユニットが、前記コンデンサの前記充電電圧が所定の限界電圧を超えると、バックアップモードに入る、請求項５に記載の固定工具。
【請求項7】
前記固定工具が、周囲エリアの、及び／又は前記固定工具の、特に前記励起コイルの温度を検出するための手段を有し、前記検出された状態パラメータが、前記検出された温度を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項8】
前記固定工具が、前記固定工具の構成要素、特にハウジング部分又はバッテリの取り外しを検出するための手段を有し、前記検出された状態パラメータが、前記固定工具の前記構成要素の不存在を示す、請求項１～７のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項9】
前記制御ユニットが、前記コンデンサの前記ヒューズ放電中に電流が流れる電気抵抗器を有する、請求項１～８のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項10】
前記電気抵抗器が、抵抗器ネットワークを含む、請求項９に記載の固定工具。
【請求項11】
前記固定工具が、前記コンデンサの前記ヒューズ放電中に電流が流れ、充電されるバッテリを有する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項12】
前記制御ユニットが、バッテリ電流を前記コンデンサの充電のためのコンデンサ充電電流に変換し、且つ、前記コンデンサの放電電流を前記コンデンサのヒューズ放電のためのバッテリ充電電流に変換する、双方向スイッチングコンバータを備える、請求項１１に記載の固定工具。
【請求項13】
前記双方向スイッチングコンバータが、前記ヒューズ放電を引き起こすために閉じられる、１つ以上の整流器スイッチを備える、請求項１２に記載の固定工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、留め具を基板（被打ち込み材）に打ち込むための固定工具に関する。
【背景技術】
【0002】
そのような固定工具は通常、留め具用のホルダを有し、ホルダからホルダ内に保持された留め具を固定軸に沿って基板内に搬送する。このため、打ち込み要素は、ドライブによって固定軸に沿って留め具に向かって駆動される。
【0003】
特許文献１は、打ち込み要素用のドライブを備えた固定工具を開示している。ドライブは、電気コンデンサとコイルとを有する。打ち込み要素を駆動するために、コンデンサはコイルを介して放電され、それによってローレンツ力が打ち込み要素に作用し、その結果、打ち込み要素が釘に向かって移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】米国特許第６，８３０，１７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、高効率及び／又は良好な固定品質が保証される、前述のタイプの固定工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この目的は、留め具を基板内に打ち込むための固定工具によって達成され、固定工具は、留め具を保持するためのホルダと、ホルダに保持された留め具を固定軸に沿って基板内に搬送するための打ち込み要素と、打ち込み要素を固定軸に沿って留め具に向かって駆動するためのドライブと、を備え、ドライブは、電気コンデンサと、打ち込み要素上に配置されたかご形回転子と、コンデンサの急速放電中に、電流が流れ、打ち込み要素を留め具に向かって加速する磁場を生成する励起コイルと、を備え、固定工具は、電流が励起コイルを流れていない間に、コンデンサのヒューズ放電を実行するのに適した制御ユニットを有する。これにより、固定工具から留め具を排出することなく、コンデンサを放電することが可能になる。この場合、固定工具は、好ましくは、手持ち式で使用することができる。或いは、固定工具は、静止（固定）又は半静止（半固定）方式で使用することができる。
【0007】
本発明において、コンデンサは、電荷及び関連するエネルギーを電界に貯蔵する電気構成要素を意味するものとして理解されるべきである。特に、コンデンサは、２つの導電性電極を有し、電極が異なって帯電すると、その間に電界が形成される。本発明において、留め具は、例えば、釘、ピン、クランプ、クリップ、スタッド、特にねじ付きボルトなどを意味するものとして理解されるべきである。
【0008】
本発明の有利な態様では、制御ユニットを、通常モード及びバックアップモードで動作させることができ、この制御ユニットが、通常モードで急速放電を実行し、且つ、バックアップモードでヒューズ放電を実行する、ことを特徴とする。
【0009】
有利な態様では、ドライブが、放電スイッチを含むスイッチング回路を有し、制御ユニットが、急速放電を引き起こすために通常モードで放電スイッチを閉じ、制御ユニットが、ヒューズスイッチを含み、ヒューズ放電を引き起こすためにバックアップモードでヒューズスイッチを閉じる、ことを特徴とする。
【0010】
有利な態様では、固定工具が、固定工具の状態パラメータを検出するための検出手段を有し、制御ユニットが、検出された状態パラメータに基づいてバックアップモードに入る、ことを特徴とする。
【0011】
有利な態様では、固定工具が、コンデンサがすでに充電されている期間を検出するための手段を有し、検出された状態パラメータが、検出された期間を含む、ことを特徴とする。制御ユニットは、好ましくは、期間を検出するための手段を有する。
【0012】
有利な態様では、固定工具が、固定工具の機械的負荷変数を検出するための手段を有し、検出された状態パラメータが、固定工具の検出された負荷変数を含む、ことを特徴とする。検出された機械的負荷変数は、好ましくは、固定工具の加速度であり、特に好ましくは、留め具が基板に打ち込まれている間の固定工具の反動である。
【0013】
有利な態様では、固定工具が、コンデンサの充電電圧を検出するための手段を有し、検出された状態パラメータが、コンデンサの充電電圧を含む、ことを特徴とする。制御ユニットは、好ましくは、コンデンサの充電電圧が所定の限界電圧を超えると、バックアップモードに入る。
【0014】
有利な態様では、固定工具が、周囲エリアの、及び／又は固定工具の温度を検出するための手段を有し、検出された状態パラメータが、検出された温度を含む、ことを特徴とする。検出された温度は、好ましくは、励起コイルの温度である。
【0015】
有利な態様では、固定工具が、固定工具の構成要素の取り外しを検出するための手段を有し、検出された状態パラメータが、固定工具の構成要素の不存在を示すことである、ことを特徴とする。この手段は、好ましくは、固定工具のハウジング部分又はバッテリの取り外しを検出するのに適している。
【0016】
有利な態様では、制御ユニットが、コンデンサのヒューズ放電中に電流が流れる電気抵抗器を有する、ことを特徴とする。この電気抵抗器は、好ましくは、抵抗器ネットワークを含む。
【0017】
有利な態様では、固定工具が、コンデンサのヒューズ放電中に、電流が流れ、充電されるバッテリを有する、ことを特徴とする。この制御ユニットは、好ましくは、バッテリ電流をコンデンサの充電のためのコンデンサ充電電流に変換し、且つ、コンデンサの放電電流をコンデンサのヒューズ放電のためのバッテリ充電電流に変換する、双方向スイッチングコンバータを備える。この双方向スイッチングコンバータは、特に好ましくは、ヒューズ放電を引き起こし、それを制御するために閉じられる、１つ以上の整流器スイッチを備える。
【0018】
有利な態様では、制御ユニットが、検出された状態パラメータに依存して、コンデンサの急速放電中に励起コイルを流れる電流のエネルギー量を制御する、ことを特徴とする。
【0019】
有利な態様では、急速放電の開始時にコンデンサが充電電圧で充電され、制御ユニットが、充電電圧を制御する、ことを特徴とする。コンデンサは、好ましくは、急速放電前に充電プロセスで充電され、充電プロセスは、制御ユニットによって制御される。
【0020】
本発明は、図面中に示された複数の実施例により説明されている。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】固定工具の縦断面図である。
【図2】固定工具の回路図である。
【図3】固定工具の更なる回路図である。
【図4】固定工具の更なる回路図である。
【図5】固定工具の更なる回路図である。
【図6】固定工具の更なる回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
図１は、図示されていない基板（被打ち込み材）に留め具を打ち込むための手持ち固定工具１０を示している。固定工具１０は、スタッドガイドとして形成されたホルダ２０を有し、ここに、釘として形成された留め具３０が（図１の左側上の）固定軸Ａに沿って基板に打ち込まれるために保持されている。留め具をホルダに供給する目的で、固定工具１０は、留め具がストア内に個別に、又は留め具ストリップ５０の形態で保持されて、ホルダ２０に１つずつ搬送されるマガジン４０を備える。この目的のために、マガジン４０は、特に示されていない、バネ仕掛け供給要素を有する。固定工具１０は、ピストンプレート７０及びピストンロッド８０を含む打ち込み要素６０を有する。打ち込み要素６０は、留め具３０をホルダ２０から固定軸Ａに沿って基板内に搬送するために提供される。そのプロセスでは、打ち込み要素６０は、そのピストンプレート７０で、固定軸Ａに沿ってガイドシリンダ９５に案内される。
【0023】
打ち込み要素６０は、その一部が、ピストンプレート７０上に配置されたかご形回転子９０、励起コイル１００、軟磁性フレーム１０５、スイッチング回路２００、及び内部抵抗が５ｍΩのコンデンサ３００を備えるドライブによって駆動される。かご形回転子９０は、好ましくはリング状、特に好ましくは円形リング状の、低電気抵抗の、例えば銅製の要素からなり、例えば、ホルダ２０とは反対側を向くピストンプレート７０の側部上のピストンプレート７０に、はんだ付けされ、溶接され、接着接合され、クランプされ、又は形状適合方式で結合されて、締結される。図示されていない実施例では、ピストンプレート自体は、かご形回転子として形成されている。スイッチング回路２００は、事前に充電されたコンデンサ３００の急速放電を引き起こし、それによってフレーム１０５に組み込まれた励起コイル１００を通して流れる放電電流を伝導するために提供される。フレームは、好ましくは、少なくとも１．０Ｔの飽和磁束密度、及び／又は最大１０６Ｓ／ｍの実効比電気伝導率を有し、その結果、励起コイル１００によって生成される磁場がフレーム１０５によって増強され、フレーム１０５内の渦電流は抑制される。
【0024】
打ち込み要素６０（図１）の準備完了位置では、打ち込み要素６０は、かご形回転子９０が励起コイル１００から少し離れたところに配置されるように、ピストンプレート７０で、特に示されていないフレーム１０５のリング状の凹部に入る。その結果、励起コイルを流れる電気励起電流の変化によって生成される励起磁場は、かご形回転子９０を通過し、その一部が、かご形回転子９０に、リング状に循環する二次電流を誘導する。増大し、したがって変化するこの二次電流は、次いで励起磁場に対抗する二次磁場を生成し、その結果、かご形回転子９０はローレンツ力を受け、それによって励起コイル１００によって反発されて、打ち込み要素６０をホルダ２０とその中に保持された留め具３０とに向けて駆動する。
【0025】
固定工具１０は、ドライブが保持されるハウジング１１０と、トリガとして形成された操作要素１３０を備えたハンドル１２０と、充電式バッテリとして形成された電気エネルギー貯蔵器１４０と、制御ユニット１５０と、トリップスイッチ１６０と、接触圧力スイッチ１７０と、フレーム１０５上に配置された温度センサ１８０として形成された励起コイル１００の温度を検出するための手段と、制御ユニット１５０を電気エネルギー貯蔵器１４０、トリップスイッチ１６０、接触圧力スイッチ１７０、温度センサ１８０、スイッチング回路２００、及びコンデンサ３００にそれぞれ接続する電気接続ライン１４１、１６１、１７１、１８１、２０１、３０１と、を更に備える。図示されていない実施例では、固定工具１０は、電気エネルギー貯蔵器１４０の代わりに、又は電気エネルギー貯蔵器１４０に加えて、電力ケーブルによって電気エネルギーを供給される。制御ユニットは、好ましくはプリント回路基板上で相互接続されて１つ以上の電気制御回路、特に１つ以上のマイクロプロセッサを形成する、電子構成要素を備える。
【0026】
固定工具１０が（図１の左側上に）示されていない基板に対して押し付けられると、特に示されていない接触圧力要素が、接触圧力スイッチ１７０を操作し、その結果、接続ライン１７１によって接触圧力信号を制御ユニット１５０に送信する。これにより、制御ユニット１５０をトリガしてコンデンサ充電プロセスを開始し、ここで、コンデンサ３００を充電するために、電気エネルギーが、接続ライン１４１によって電気エネルギー貯蔵器１４０から制御ユニット１５０に、且つ、接続ライン３０１によって制御ユニット１５０からコンデンサ３００に伝導される。この目的のために、制御ユニット１５０は、電気エネルギー貯蔵器１４０からの電流をコンデンサ３００のための適切な充電電流に変換する、特に示されていないスイッチングコンバータを備える。コンデンサ３００が充電され、打ち込み要素６０が図１に示されるその準備完了状態位置にあるとき、固定工具１０は準備完了状態にある。コンデンサ３００の充電は、固定工具１０を基板に対して押し付けることによってのみ実施されるので、エリアの人々の安全性を高めるために、設定プロセスは、固定工具１０が基板に対して押し付けられたときのみに実行可能になる。図示されていない実施例では、制御ユニットは、固定工具がオンにされるときに、又は固定工具が基板から持ち上げられるときに、又は先行する打ち込みプロセスが完了するときに、コンデンサ充電プロセスをすでに開始している。
【0027】
操作要素１３０が、例えば、ハンドル１２０を保持している手の人差し指を使用して引っ張られることで、固定工具１０が準備完了状態で操作されると、操作要素１３０はトリップスイッチ１６０を操作し、その結果、接続ライン１６１によってトリップ信号が制御ユニット１５０に送信される。これにより、制御ユニット１５０をトリガしてコンデンサ放電プロセスを開始し、ここで、コンデンサ３００に貯蔵された電気エネルギーが、コンデンサ３００が放電されることによって、スイッチング回路２００を用いてコンデンサ３００から励起コイル１００に伝導される。
【0028】
このために、図１に概略的に示されるスイッチング回路２００は、２つの放電ライン２１０、２２０を備え、これらは、コンデンサ３００を励起コイル２００に接続し、少なくとも１つの放電ライン２１０は、通常開である放電スイッチ２３０によって遮断される。スイッチング回路２００は、励起コイル１００及びコンデンサ３００と電気振動回路を形成する。この振動回路の前後の振動、及び／又はコンデンサ３００の負の充電は、ドライブの効率に悪影響を及ぼす可能性があり得るが、フリーホイールダイオード２４０を用いて抑制することができる。放電ライン２１０、２２０は、例えば、はんだ付け、溶接、ねじ込み、クランプ、又は形状適合接続によって、いずれの場合も、ホルダ２０に面するコンデンサ３００の端部側３６０上に配置されたコンデンサ３００の電気接点３７０、３８０によって、コンデンサ３００の１つの電極３１０、３２０に電気的に接続される。放電スイッチ２３０は、好ましくは、高電流強度の放電電流をスイッチングするのに適しており、例えば、サイリスタとして形成される。加えて、放電ライン２１０、２２０は、互いに小さな距離にあるので、それらによって誘導される寄生磁場は可能な限り低くなる。例えば、放電ライン２１０、２２０は、組み合わされてバスバーを形成し、適切な手段、例えば、保持デバイス又はクランプによって一緒に保持される。図示されていない実施例では、フリーホイールダイオードは、放電スイッチと電気的に並列に接続されている。図示されていない更なる実施例では、フリーホイールダイオードは回路内にはない。
【0029】
コンデンサ放電プロセスを開始する目的で、制御ユニット１５０は、接続ライン２０１によって放電スイッチ２３０を閉じ、その結果、高電流強度のコンデンサ３００の放電電流が、励起コイル１００を流れる。急速に上昇する放電電流は、かご形回転子９０を通過する励起磁場を誘導し、その一部が、かご形回転子９０内に、リング状に循環する二次電流を誘導する。増大するこの二次電流は、次いで励起磁場に対抗する二次磁場を生成し、その結果、かご形回転子９０はローレンツ力を受け、それによって励起コイル１００によって反発されて、打ち込み要素６０をホルダ２０とその中に保持された留め具３０とに向けて駆動する。打ち込み要素６０のピストンロッド８０が留め具３０の、特に示されていないヘッドに接触するとすぐに、留め具３０は、打ち込み要素６０によって基板内に打ち込まれる。打ち込み要素６０の過剰な運動エネルギーは、打ち込み要素６０がピストンプレート７０と共にブレーキ要素８５に対して移動し、それが停止するまでブレーキ要素８５によりブレーキがかけられることによって、ばね弾性及び／又は減衰材料、例えばゴムで作られたブレーキ要素８５によって吸収される。次いで、打ち込み要素６０は、特に示されていないリセットデバイスによって、準備完了位置にリセットされる。
【0030】
コンデンサ３００、特にその重心は、固定軸Ａ上の打ち込み要素６０の後ろに配置されるが、ホルダ２０は、打ち込み要素６０の前に配置される。したがって、固定軸Ａに関して、コンデンサ３００は、打ち込み要素６０に対して軸方向にオフセットされた方法で、及び打ち込み要素６０と半径方向にオーバーラップするように配置されている。その結果、一方では、長さが短い放電ライン２１０、２２０を実現することができ、その結果、それらの抵抗を低減することができるため、ドライブの効率を高めることができる。一方、固定工具１０の重心と固定軸Ａとの間に、わずかな距離を実現することができる。その結果、打ち込みプロセス中に固定工具１０が反動した場合の傾斜（角度）モーメントは小さい。図示されていない実施例では、コンデンサは、打ち込み要素の周りに配置されている。
【0031】
電極３１０、３２０は、例えば、キャリアフィルム３３０のメタライゼーションによって、特に蒸着によって、固定軸Ａと一致する巻線軸の周りに巻かれたキャリアフィルム３３０の両側に配置される。図示されていない実施例では、電極を備えたキャリアフィルムは、巻線軸に沿って通路が残るように巻線軸の周りに巻かれている。特に、この場合、コンデンサは、例えば、固定軸の周りに配置されている。キャリアフィルム３３０は、１５００Ｖのコンデンサ３００の充電電圧で、２．５μｍ～４．８μｍの膜厚を有し、３０００Ｖのコンデンサ３００の充電電圧で、例えば９．６μｍの膜厚を有する。図示されていない実施例では、キャリアフィルムは、その一部が、層として上下に配置された２つ以上の個別のフィルムからなる。電極３１０、３２０は、５０Ω／□のシート抵抗を有する。
【0032】
コンデンサ３００の表面は、円筒、特に円柱の形状をしており、その円柱軸は、固定軸Ａと一致している。巻線軸方向のこの円柱の高さは、巻軸に垂直に測定して、その直径と実質的に同じサイズである。シリンダの直径に対する高さの比が小さいため、コンデンサ３００の比較的高い静電容量に対する低内部抵抗、及びとりわけ、固定工具１０のコンパクト構造が実現される。コンデンサ３００の低内部抵抗はまた、電極３１０、３２０の大きなライン断面によって、特に電極３１０、３２０の厚い層厚によって実現され、ここでは、自己回復効果、及び／又はコンデンサ３００の耐用年数に対する層厚の影響を考慮に入れるべきである。
【0033】
コンデンサ３００は、減衰要素３５０によって減衰されるように、固定工具１０の残りの部分に取り付けられている。減衰要素３５０は、固定軸Ａに沿った固定工具１０の残りの部分に対するコンデンサ３００の動きを減衰させる。減衰要素３５０は、コンデンサ３００の端部側３６０上に配置され、端部側３６０を完全に覆う。結果として、キャリアフィルム３３０の個々の巻線は、固定工具１０の反動による均一な負荷を受ける。この場合、電気接点３７０、３８０は、端面３６０から突出し、減衰要素３５０を通過する。このために、それぞれの場合の減衰要素３５０は、電気接点３７０、３８０が突出するためのクリアランスを有する。接続ライン３０１はそれぞれ、コンデンサ３００と、固定工具１０の残りの部分との間の相対的な動きを補償するために、詳細には示されていない、ひずみ緩和及び／又は拡張ループを有する。図示されていない実施例では、更なる減衰要素が、コンデンサ上に、例えば、ホルダとは反対側に面するコンデンサの端部側上に配置される。次いで、コンデンサは、好ましくは、２つの減衰要素間にクランプされ、すなわち、減衰要素は、プレストレスでコンデンサを支える。図示されていない更なる実施例では、接続ラインは、コンデンサからの距離が増大するにつれて連続的に減少する剛性を有する。
【0034】
図２は、図示されていない基板に留め具を打ち込むための固定工具の電気回路図４００を示しており、固定工具のそれ以外の部分は図示されていない。固定デバイスは、図示されていないハウジングと、図示されていない操作要素付きハンドルと、図示されていないホルダと、図示されていないマガジンと、図示されていない打ち込み要素と、及び打ち込み要素用のドライブと、を有する。ドライブは、打ち込み要素上に配置された図示されていないかご形回転子と、励起コイル４１０と、図示されていない軟磁性フレームと、スイッチング回路４２０と、コンデンサ４３０と、充電式バッテリとして設計された電気エネルギー貯蔵器４４０と、及び例えばＤＣ／ＤＣコンバータとして設計されたスイッチングコンバータ４５１を備えた制御ユニット４５０と、を備える。スイッチングコンバータ４５１は、電気エネルギー貯蔵器４４０に電気的に接続された低電圧側ＵＬＶと、コンデンサ４３０に電気的に接続された高電圧側ＵＨＶとを有する。
【0035】
スイッチング回路４２０は、事前に充電されたコンデンサ４３０の急速放電を引き起こし、それによって励起コイル４１０を通して流れる放電電流を伝導するために設けられる。この目的のために、スイッチング回路４２０は、２つの放電ライン４２１、４２２を含み、それらはコンデンサ４３０を励起コイル４２０に接続し、それらの少なくとも１つの放電ライン４２１は、通常開である放電スイッチ４２３によって遮断される。フリーホイールダイオード４２４は、励起コイル４１０及びコンデンサ４３０を備えたスイッチング回路４２０によって形成された振動回路の前後の過度の振動、及びコンデンサ４３０の負の充電を防止する。
【0036】
固定工具が基板に対して押し付けられると、制御ユニット４５０は、コンデンサ充電プロセスを開始し、ここで、電気エネルギーが、コンデンサ４３０を充電するために、電気エネルギー貯蔵器４４０から制御ユニット４５０のスイッチングコンバータ４５１に、且つ、スイッチングコンバータ４５１からコンデンサ４３０に伝導される。そのプロセスでは、スイッチングコンバータ４５１は、例えば２２Ｖの電圧で、電気エネルギー貯蔵器４４０からの電流を、例えば１５００Ｖの電圧で、コンデンサ４３０のための適切な充電電流に変換する。
【0037】
図示されていない作動要素の作動によってトリガされると、制御ユニット４５０は、コンデンサ放電プロセスを開始し、ここで、コンデンサ４３０に貯蔵された電気エネルギーが、コンデンサ４３０が放電されることによって、スイッチング回路４２０を用いてコンデンサ４３０から励起コイル４１０に伝導される。コンデンサ放電プロセスを開始するために、制御ユニット４５０は、図示されていない制御ラインによって放電スイッチ４２３を閉じ、その結果、コンデンサ４３０の放電電流が、高電流強度で励起コイル４１０を流れる。結果として、図示されていないかご形回転子は、ローレンツ力を受け、励起コイル４１０によって反発され、打ち込み要素を駆動する。打ち込み要素は、図示されていないリセットデバイスによって、準備完了位置にリセットされる。
【0038】
コンデンサ４３０の急速放電中に励起コイル４１０を流れる電流のエネルギー量は、コンデンサ４３０に印加される充電電圧（ＵＨＶ）が、コンデンサ充電プロセス中及び／又はその終了時に、並びに急速放電の開始前に設定されるという点で、制御ユニット４５０によって、特に無段階に制御される。充電されたコンデンサ４３０に貯蔵された電気エネルギー、したがってコンデンサ４３０の急速放電中に励起コイル４１０を流れる電流のエネルギー量もまた、充電電圧に比例して、したがって充電電圧によって制御することができる。コンデンサは、充電電圧ＵＨＶが設定点値に到達するまでに、コンデンサ充電プロセス中に充電される。次いで、充電電流がオフになる。例えば寄生効果により、急速放電の前に充電電圧が減少した場合、充電電圧ＵＨＶが再び設定点値に到達するまで、充電電流が再びオンになる。
【0039】
制御ユニット４５０は、複数の制御変数に依存して、コンデンサ４３０の急速放電中に励起コイル４１０を流れる電流のエネルギー量を制御する。この目的のために、固定工具は、励起コイル４１０の温度を検出するための温度センサ４６０として設計された手段と、例えば、計算プログラム４７０として設計され、コンデンサ充電プロセス中の充電電流の電流強度及び電圧のプロファイルからコンデンサの静電容量を計算する、コンデンサの静電容量を検出するための手段と、を備える。固定工具は、固定工具の機械的負荷変数を検出するための加速度センサ４８０として設計された手段を更に備える。固定工具は、基板への留め具の打ち込み深さを検出するための手段を更に備え、この手段は、例えば、図示されていない打ち込み要素の反転位置を含む、光学的、容量性、又は誘導性の近接センサ４９０である、近接センサ４９０を備える。固定工具は、打ち込み要素が留め具に向かって移動している間に第１の位置を通過する際の第１の時点を検出するための第１の近接センサ５００として設計された手段を有する、打ち込み要素の速度を検出するための手段と、打ち込み要素が留め具に向かって移動している間に第２の位置を通過す際の第２の時点を検出するための第２の近接センサ５１０として設計された手段と、第１の時点と第２の時点との間の時間差を検出するための計算プログラム５２０として設計された手段と、を更に備える。固定工具は、ユーザが調整できる操作要素５３０と、打ち込まれる留め具の特性変数を検出するためのバーコードリーダー５４０として設計された手段と、を更に備える。
【0040】
制御ユニット４５０がコンデンサ４３０の急速放電中に励起コイル４１０を流れる電流のエネルギー量を制御することが依存する制御変数には、温度センサ４６０によって検出された温度、及び／又は計算プログラム４７０によって計算されたコンデンサの静電容量、及び／又は加速度センサ４８０によって検出された固定工具の負荷変数、及び／又は近接センサ４９０によって検出された留め具の打ち込み深さ、及び／又は計算プログラム５２０によって計算された打ち込み要素の速度、及び／又はユーザによって調整された操作要素５３０の調整、及び／又はバーコードリーダー５４０によって検出された留め具の特性変数、が含まれる。
【0041】
それ以外の点では、固定工具の構造及び動作原理は、図１に示す固定工具１０と実質的に一致する。
【0042】
図３は、図示されていない基板に留め具を打ち込むための固定工具の更なる電気回路図６００を示しており、固定工具のそれ以外の部分は図示されていない。固定工具は、打ち込み要素と、打ち込み要素用のドライブとを有する。ドライブは、打ち込み要素上に配置された、図示されていないかご形回転子、励起コイル６１０と、図示されていない軟磁性フレームと、放電スイッチ６２３及びフリーホイールダイオード６２４を備えたスイッチング回路６２０と、コンデンサ６３０と、図示されていない電気エネルギー貯蔵器と、例えばＤＣ／ＤＣコンバータとして設計されたスイッチングコンバータ６５１を備えた制御ユニット６５０と、を備える。スイッチングコンバータ６５１は、電気エネルギー貯蔵器に電気的に接続された低電圧側６５２と、複数の、例えば４つの整流ダイオード６５４でコンデンサ６３０に電気的に接続された高電圧側６５３とを有する。
【0043】
制御ユニット６５０は、通常モード及びバックアップモードで動作することができる。制御ユニット６５０が通常モードで動作している間に固定工具が基板に対して押し付けられると、制御ユニット６５０は、コンデンサ充電プロセスを開始し、ここで、電気エネルギーが、コンデンサ６３０を充電するために、電気エネルギー貯蔵器から制御ユニット６５０のスイッチングコンバータ６５１に、且つ、スイッチングコンバータ６５１からコンデンサ６３０に伝導される。打ち込み要素を留め具に向かって加速するために、制御ユニット６５０は、コンデンサの急速放電プロセスを開始し、ここで、コンデンサ６３０に貯蔵された電気エネルギーが、コンデンサ６３０が放電されることによって、スイッチング回路６２０を用いてコンデンサ６３０から励起コイル６１０に伝導される。コンデンサ放電プロセスを開始するために、制御ユニット６５０は、図示されていない制御ラインによって放電スイッチ６２３を閉じる。
【0044】
制御ユニット６５０がバックアップモードに入ると、制御ユニット６５０は、コンデンサ６３０のヒューズ放電を開始し、ここで、励起コイル６１０には電流が流れないため、留め具は固定工具から排出されない。この目的のために、制御ユニット６５０、特にスイッチングコンバータ６５１は、抵抗器ネットワークの形態の抵抗器６５５と、抵抗器６５５と直列に接続されたヒューズスイッチ６５６とを有する。抵抗器６５５及びヒューズスイッチ６５６は、コンデンサ６３０とヒューズ回路を形成する。ヒューズ放電を開始するために、制御ユニット６５０は、図示されていない制御ラインによってヒューズスイッチ６５６を閉じる。これによりヒューズ回路が閉じるため、ヒューズ放電電流がコンデンサ６３０から抵抗器６５５を流れるようになる。次いで、充電されたコンデンサに貯蔵された電気エネルギーが抵抗器６５５で放散されて、抵抗器６５５が加熱される。
【0045】
複数の状態パラメータに依存して、制御ユニット６５０は、バックアップモードに入る。この目的のために、固定工具は、励起コイル６１０の温度を検出するための温度センサ６６０として形成された手段と、例えば電圧計６７０として形成されるコンデンサ６３０の充電電圧を検出するための手段と、を備える。更に、固定工具は、固定工具の機械的負荷変数を検出するための加速度センサ６８０として設計された手段を備える。更に、固定工具、特に制御ユニット６５０は、コンデンサ６３０がすでに充電されている期間を検出するための手段と、計算プログラム６９０として形成されている期間を検出するための手段と、を備える。更に、固定工具は、固定工具のハウジング部分又はバッテリの取り外しを検出するための接触センサ６９５として形成された手段を備える。これにより、例えば、固定工具のハウジングが開かれたときに検出される。図示されていない実施例では、バッテリの取り外しを検出するための手段は、バッテリの電圧を測定する電圧計として形成される。測定された電圧が０Ｖに低下するとすぐに、これがバッテリの取り外しとして検出される。
【0046】
制御ユニット６５０がバックアップモードに入るのに依存する状態パラメータには、温度センサ６６０によって検出された温度、及び／又は電圧計６７０によって検出されたコンデンサ６３０の充電電圧、及び／又は加速度センサ６８０によって検出された固定工具の負荷変数、及び／又は計算プログラム６９０によって計算された、コンデンサ６３０がすでに充電されている期間、及び／又は接触センサ６９５によって検出されたハウジング部分若しくはバッテリの取り外し、が含まれる。制御ユニット６５０は、温度センサ６６０によって測定された温度が所定の最大温度値を超え、及び／又は電圧計６７０によって検出されたコンデンサ６６０の充電電圧が所定の限界電圧を超え、及び／又は、加速度センサ６８０によって検出された加速度が所定の最大加速度値を超え、及び／又は計算プログラム６９０によって計算された、コンデンサ６３０がすでに充電されている期間が所定の最大期間を超え、及び／又は接触センサ６９５によってハウジング部分若しくはバッテリの取り外しが検出されたときに、例えば、バックアップモードに入るために提供される。
【0047】
【0048】
図４は、図示されていない基板内に留め具を打ち込むための、それ以上は図示されていない固定工具の更なる電気回路図７００を示している。固定工具は、打ち込み要素と、打ち込み要素用のドライブとを有する。ドライブは、励起コイル７１０と、放電スイッチ７２３及びフリーホイールダイオード７２４を備えたスイッチング回路７２０と、コンデンサ７３０と、スイッチングコンバータ７５１を備えた制御ユニット７５０と、を備える。スイッチングコンバータ７５１は、低電圧側７５２と、複数の、例えば４つの整流器スイッチ７５４、抵抗器７５５、ヒューズスイッチ７５６、及び充電スイッチ７５７を備えた高電圧側７５３とを有する。コンデンサ７３０のための充電電流を整流するために、制御ユニット７５０は、充電スイッチ７５７が閉じた状態で、整流器スイッチ７５４を対で交差して開閉する。コンデンサ７３０が充電されるとすぐに、制御ユニット７５０は、充電スイッチ７５７を開き、その結果、コンデンサは、スイッチングコンバータ７５１を介して放電しない。
【0049】
【0050】
図５は、図示されていない基板内に留め具を打ち込むための、それ以上は図示されていない固定工具の更なる電気回路図８００を示している。固定工具は、打ち込み要素と、打ち込み要素用のドライブとを有する。ドライブは、励起コイル８１０と、放電スイッチ８２３及びフリーホイールダイオード８２４を備えたスイッチング回路８２０と、コンデンサ８３０と、スイッチングコンバータ８５１を備えた制御ユニット８５０と、を備える。スイッチングコンバータ８５１は、低電圧側８５２と、４つの整流器スイッチ８５４、抵抗器８５５、及び充電スイッチ８５７を備えた高電圧側８５３とを有する。
【0051】
制御ユニット８５０がバックアップモードに入ると、制御ユニット８５０は、コンデンサ８３０のヒューズ放電を開始し、ここで、制御ユニット８５０は、図示されていない制御ラインによって、直列に接続された整流器スイッチ８５４のうちの少なくとも２つ、好ましくは整流器スイッチ８５４の全てを閉じる。これにより、コンデンサ８３０、抵抗器８５５、及び整流器スイッチ８５４によって形成されたヒューズ回路が閉じられ、その結果、ヒューズ放電電流が、抵抗器８５５を通ってコンデンサ８３０から流出する。したがって、整流器スイッチ８５４は、ヒューズスイッチを形成する。抵抗器８５５と並列に接続された充電スイッチ８５７は、開いたままである。次いで、充電されたコンデンサに貯蔵された電気エネルギーが、抵抗器８５５で放散される。
【0052】
【0053】
図６は、図示されていない基板内に留め具を打ち込むための、それ以上は図示されていない固定工具の更なる電気回路図９００を示している。固定工具は、打ち込み要素と、打ち込み要素用のドライブとを有する。ドライブは、励起コイル９１０と、放電スイッチ９２３及びフリーホイールダイオード９２４を備えたスイッチング回路９２０と、コンデンサ９３０と、スイッチングコンバータ９５１を備えた制御ユニット９５０と、を備える。スイッチングコンバータ９５１は、低電圧側９５２と、４つの整流器スイッチ９５４及び充電スイッチ９５７を備えた高電圧側９５３とを有する。
【0054】
制御ユニット９５０がバックアップモードに入ると、制御ユニット９５０は、コンデンサ９３０のヒューズ放電を開始し、ここで、制御ユニット９５０は、図示されていない制御ラインによって、整流器スイッチ９５４及び充電スイッチ９５７を閉じる。これにより、コンデンサ９３０、充電スイッチ９５７、及び整流器スイッチ９５４によって形成されたヒューズ回路が閉じられ、その結果、ヒューズ放電電流が、充電スイッチ９５７及び整流器スイッチ９５４を通ってコンデンサ９３０から流出する。したがって、充電スイッチ９５７は、ヒューズスイッチを形成する。第１の実施例では、整流器スイッチ９５４の全てが、同時に閉じられる。次いで、充電されたコンデンサ９３０に貯蔵された電気エネルギーが、整流器スイッチ９５４及び充電スイッチ９５７内で放散される。放電プロセスの期間は、好ましくは、制御ユニット９５０による整流器スイッチ９５４の適切な起動によって設定することができる。更なる実施例では、整流器スイッチ９５４は、対で交差して交互に閉じられ、その結果、ヒューズ放電電流は、低電圧側９５２上で、スイッチングコンバータ９５１によってバッテリ充電電流に変換される。次いで、低電圧側９５２に接続されたバッテリに、電流を流して充電する。充電されたコンデンサ９３０に貯蔵された電気エネルギーは、したがってバッテリに貯蔵され、固定工具の更なる動作で再利用することができる。この目的のために、スイッチングコンバータ９５１は、双方向スイッチングコンバータとして形成される。
【0055】
【0056】
本発明は、図面に示されている一連の実施例、及び図示されていない実施例を使用して説明されてきた。様々な実施例の個別の特徴は、それらが矛盾しないという前提で、個別に、又は互いに任意の所望の組み合わせで、適用可能である。本発明による固定工具はまた、他の用途にも使用できることに留意されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】