(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】2022-08-23
(45)【発行日】2022-08-31
(54)【発明の名称】固定工具
(51)【国際特許分類】
B25C 1/06 20060101AFI20220824BHJP
【ＦＩ】
B25C1/06
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020567929
(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】 EP2019063937
(87)【国際公開番号】W WO2019233846
(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】18176191.7
(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】チャフィック アブ アントゥン
(72)【発明者】
【氏名】ペーター ブルグミュラー
【審査官】城野 祐希
(56)【参考文献】
【文献】特表２００４－５１０５９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０９５６３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０１３００４００（ＣＮ，Ｙ）
【文献】米国特許出願公開第２００８／０１７９３７１（ＵＳ，Ａ１）
(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（被打ち込み材）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、前記励起コイルの温度を検出するための手段と、前記励起コイルの前記検出温度に基づいて前記固定工具の動作シーケンスを制御する制御ユニットと、を有し、前記制御ユニットは、前記励起コイルの前記検出温度が所定の最高温度よりも低い場合に前記打ち込み要素が前記留め具上に加速される打ち込みプロセスを可能にし、且つ、前記励起コイルの前記検出温度が前記所定の最高温度よりも高い場合に前記打ち込みプロセスを抑制する、固定工具。
【請求項2】
前記励起コイルの温度を検出するための前記手段が、前記励起コイル上、及び／又は前記励起コイルを保持するフレーム上に配置された温度センサを含む、請求項１に記載の固定工具。
【請求項3】
前記励起コイルの温度を検出するための前記手段が、前記励起コイルのオーミック抵抗を検出するための手段を含む、請求項１に記載の固定工具。
【請求項4】
前記励起コイルの温度を検出するための前記手段が、時間を検出するための手段と、前記励起コイルの温度上昇を引き起こすプロセスを検出するための手段と、前記励起コイルの標準冷却レート、及び前記プロセスによって引き起こされた前記温度上昇が記憶されたデータメモリと、記録されたプロセス及び前記記憶された温度上昇、並びに記録された時間及び記憶された標準冷却レートに基づいて、開始時間における開始温度から開始して、前記励起コイルの前記温度を計算するためのプログラムと、を含む、請求項１に記載の固定工具。
【請求項5】
前記励起コイルの温度を検出するための前記手段が、周囲温度センサを含み、前記開始温度が、前記周囲温度センサによって検出された前記固定工具の周囲エリアの温度である、請求項４に記載の固定工具。
【請求項6】
前記固定工具が、前記励起コイルを冷却するための手段と、前記データメモリに記憶されている前記励起コイルの増大した冷却レートと、前記励起コイルを冷却するための前記手段が動作していない期間における前記標準冷却レートを使用して、及び前記励起コイルを冷却するための前記手段が動作している期間における前記増大した冷却レートを使用して、前記励起コイルの前記温度を計算するための前記プログラムとを有する、請求項４又は５に記載の固定工具。
【請求項7】
前記固定工具が、前記励起コイルを冷却するための手段を有し、前記制御ユニットが、前記励起コイルの前記検出温度に基づいて前記励起コイルを冷却するための前記手段を制御する、請求項１～６のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項8】
前記励起コイルを冷却するための前記手段が、回転子を含み、前記制御ユニットが、前記励起コイルの前記検出温度に基づいて、前記回転子の運転時間及び／又は速度を制御する、請求項７に記載の固定工具。
【請求項9】
前記制御ユニットが、前記励起コイルの前記検出温度が高くなるほど、前記回転子の前記運転時間及び／又は前記速度を増大させる、請求項８に記載の固定工具。
【請求項10】
前記急速放電の開始時に前記コンデンサが充電電圧で充電され、前記制御ユニットが、前記励起コイルの前記検出温度に基づいて前記充電電圧を制御する、請求項１～９のいずれか１項に記載の固定工具。
【請求項11】
前記充電電圧が、前記励起コイルの前記検出温度が高くなるほど更に大きくなる、請求項１０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（被打ち込み材）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、励起コイルの温度を検出するための手段と、励起コイルの検出温度に依存して固定工具の動作シーケンスを制御するのに適した制御ユニットと、を有する。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、両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、励起コイルの温度を検出するための手段が、励起コイルに、及び／又は励起コイルを保持するフレームに配置された温度センサを含む、ことを特徴とする。
【0009】
有利な態様では、励起コイルの温度を検出するための手段が、励起コイルのオーミック抵抗を検出するための手段を含む、ことを特徴とする。
【0010】
有利な態様では、励起コイルの温度を検出するための手段が、時間を検出するための手段、励起コイルの温度上昇を引き起こすプロセスを検出するための手段、励起コイルの標準冷却レート、及びプロセスによって引き起こされた温度上昇が記憶されたデータメモリ、並びに、記録されたプロセス及び記憶された温度上昇、並びに記録された時間及び記憶された標準冷却レートに基づいて、開始時間における開始温度から開始して、励起コイルの温度を計算するためのプログラムを含む、ことを特徴とする。励起コイルの温度を検出するための手段は、好ましくは、周囲温度センサを含み、その開始温度は、周囲温度センサによって検出された固定工具の周囲エリアの温度である。固定工具はまた、好ましくは、励起コイルを冷却するための手段、データメモリに記憶されている励起コイルの増大した冷却レート、並びに、励起コイルを冷却するための手段が動作していない期間における標準冷却レートを使用して、及び励起コイルを冷却するための手段が動作している期間における増大した冷却レートを使用して、励起コイルの温度を計算するためのプログラム、を有する。
【0011】
有利な態様では、固定工具が、励起コイルを冷却するための手段を有し、制御ユニットが、励起コイルの検出温度に基づいて励起コイルを冷却するための手段を制御する、ことを特徴とする。その結果、励起コイル、及び／又は固定工具の他の構成要素が過熱する前に、より多くの打ち込み動作が可能である。加えて、温度上昇に関連する励起コイルのオーミック抵抗の増大、及び関連する駆動効率の低下が、低減又は回避される。励起コイルを冷却するための手段は、好ましくは、回転子を含み、制御ユニットは、励起コイルの検出温度に基づいて、回転子の運転時間及び／又は回転速度を制御する。制御ユニットは、特に好ましくは、検出された励起コイルの温度が高くなるほど、回転子の運転時間及び／又は速度を増大させる。
【0012】
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、励起コイルの検出温度に基づいて充電電圧を制御する、ことを特徴とする。充電電圧は、好ましくは、励起コイルの検出温度が高くなるほど更に大きくなる。これにより、温度上昇に伴う励起コイルのオーミック抵抗の増大を補償することが可能になる。
【0013】
有利な態様では、制御ユニットが、励起コイルの検出温度が所定の最高温度よりも低い場合に打ち込み要素が留め具に加速される打ち込みプロセスを可能にし、且つ、励起コイルの検出温度が所定の最高温度よりも高い場合に打ち込みプロセスを抑制する、ことを特徴とする。これにより、過熱による、励起コイル及び／又は軟磁性フレーム及び／又はドライブ若しくは固定工具の他の構成要素への損傷が防止される。
【0014】
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。
【0015】
本発明は、図面中に示された複数の実施例で説明される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
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の左側に）固定軸Ａに沿って基板内に打ち込む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内に案内される。
【0018】
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が、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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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、これらのうちの少なくとも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と電気発振回路を形成する。この発振回路の前後の発振、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。
【0024】
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工具によって、準備完了位置にリセットされる。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
図２は、図示されていない基板内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、固定工具は図示されていない。固定工具は、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、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。
【0030】
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発振回路の前後の過度の発振を抑制する。
【0031】
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。
【0032】
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目的で、制御ユニット４５０は、放電スイッチ４３０を閉じ、その結果として、高電流強度のコンデンサ４３０の放電電流が、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。
【0033】
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。
【0034】
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として形成された手段と、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。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４８０として設計された手段を備える。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の位置を通過する際の第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。
【0035】
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。
【0036】
更に、固定工具、好ましくは制御ユニット４５０は、励起コイルの温度を検出するための手段５５０を備える。１つの実施例では、手段５５０は、制御ユニット４５０が温度センサ４６０から受信する信号を処理するプログラムである。更なる実施例では、手段５５０は、信号送信機及び電圧計を有する、励起コイルのオーミック抵抗を検出するための手段を備える。信号生成器は、励起コイル４１０を流れる測定電流を生成し、電圧計は、励起コイル４１０の両端のそれによって降下した電圧を測定する。計算プログラムは、測定電流及び励起コイル４１０の両端の電圧降下から、励起コイル４１０のオーミック抵抗を計算する。次いで、手段５５０は、このように得られた励起コイル４１０のオーミック抵抗と、固定動作なしで、すなわち周囲温度で、比較的長い時間後に同じ方法で記録された基準抵抗との間の差を計算する。手段５５０は最終的に、この差から、励起コイル４１０の温度を計算する。
【0037】
更なる実施例では、手段５５０は、時間を記録するためのタイマとして形成された手段、励起コイルの温度上昇を引き起こすプロセスとして打ち込みプロセスを検出するためのデータ受信機として形成された手段、励起コイルの標準冷却レート、及びプロセスによって引き起こされた温度上昇が記憶されているデータメモリ、及び励起コイル４１０の温度を計算するためのプログラム、を備える。打ち込みプロセスを検出するための手段は、いずれの場合も、制御ユニット４５０によって開始された打ち込みプロセスに関する情報を制御ユニット４５０から受信する、情報受信機として設計される。励起コイル４１０の温度は、以下のように計算される。固定工具を比較的長期間使用しなかった後、固定工具のデバイス電子機器は、メインスイッチ、圧力スイッチ、トリガスイッチ、又は動きセンサを作動させることによって起動される。次いで、励起コイル４１０の温度を計算するためのプログラムは、温度センサ４６０又は周囲温度センサによって検出された開始温度を、実際の温度として読み取る。タイマも、スタートする。最初の打ち込みプロセスが記録されるとすぐに、データメモリに記憶されている温度上昇が実際の温度に追加され、その合計が新しい実際の温度として保存される。更なる打ち込みプロセスが検出されるとすぐに、実際の温度と周囲温度センサによって検出された周囲温度との差、及びデータメモリに記憶されている標準冷却レートを使用して、タイマによって記録された最後の打ち込みプロセスから経過した時間から、温度低下が最初に計算される。次いで、実際の温度から温度低下が差し引かれ、データメモリに記憶されている温度上昇が加算され、その合計が新しい実際の温度として保存される。打ち込み動作なしの比較的長い時間後、例えば２時間後、タイマはゼロに設定され、固定工具の電子機器はスリープモードに入るか、又はオフになる。周囲温度センサは、好ましくは、電子機器の回路基板、例えば、制御ユニット４５０に配置される。
【0038】
固定工具は、回転子を含み、且つ、例えば、冷却液用のファン又は循環ポンプとして設計された、励起コイル４１０を冷却するための手段５６０を有する。制御ユニット４５０は、励起コイル４１０の検出温度に依存して、励起コイル４１０を冷却するための手段５６０、例えば、回転子の実行時間及び／又は速度を制御することを意図している。上述の実施例では、励起コイル４１０の増大した冷却レートは、データメモリに記憶され、励起コイル４１０の温度を計算するためのプログラムは、励起コイル４１０を冷却するための手段５６０が動作していない期間中の標準冷却レートを使用し、及び手段５６０が動作している期間中の増大した冷却レートを使用する。
【0039】
制御ユニット４５０は、励起コイル４１０の検出温度に依存して、固定工具の更なる動作シーケンスを制御するのに適している。例えば、コンデンサ４３０の充電電圧の設定点値は、励起コイル４１０の検出温度に依存して制御され、設定点値は、励起コイル４１０の検出温度が高くなるほど大きくなる。更に、制御ユニット４５０は、励起コイル４１０の検出温度が所定の最高温度よりも低い場合にのみ、打ち込みプロセスを可能にする。対照的に、励起コイル４１０の検出温度が所定の最高温度よりも高い場合、打ち込みプロセスは抑制される。励起コイル４１０を冷却するための手段５６０は、好ましくは、動作したままである。
【0040】
図３は、励起コイル６００の縦断面図を示している。励起コイル６００は、例えば、固定軸Ａ２の周りに数ターン６１０で巻かれた、円形断面を有する、好ましくは銅製の導電体を備える。全体として、励起コイルは、外径Ｒａ、及び固定軸Ａ２方向にコイル長ＬＳｐを有する、実質的に円筒形、特に円柱形の外形を有する。固定軸Ａ２に対して半径方向内側領域において、励起コイル６００は、好ましくは同様に円筒形、特に円柱形であり、励起コイルの内径Ｒｉを画定するクリアランス６２０を有する。
【0041】
励起コイル６００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は、固定軸Ａ２に対して励起コイル６００の軸方向端部面に配置され、且つ、熱伝導性方式で、例えばサーマルペーストによって、励起コイル６００に接続されている。図示されていない実施例では、温度センサは、励起コイルの内周又は外周に配置されている。
【0042】
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】