EP4091735A2 - Verbundwerkzeug - Google Patents

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Publication number
EP4091735A2
EP4091735A2 EP22170558.5A EP22170558A EP4091735A2 EP 4091735 A2 EP4091735 A2 EP 4091735A2 EP 22170558 A EP22170558 A EP 22170558A EP 4091735 A2 EP4091735 A2 EP 4091735A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
movement
composite tool
sheet metal
metal elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22170558.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4091735A3 (de
Inventor
Josef Hagn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hagn KS
Original Assignee
Hagn KS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hagn KS filed Critical Hagn KS
Publication of EP4091735A2 publication Critical patent/EP4091735A2/de
Publication of EP4091735A3 publication Critical patent/EP4091735A3/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
    • B21D39/034—Joining superposed plates by piercing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING, OR HOLDING
    • B25B27/00—Hand tools, specially adapted for fitting together or separating parts or objects whether or not involving some deformation, not otherwise provided for
    • B25B27/14—Hand tools, specially adapted for fitting together or separating parts or objects whether or not involving some deformation, not otherwise provided for for assembling objects other than by press fit or detaching same

Definitions

  • the present invention relates to a compound tool for connecting sheet metal elements, in particular for use by a user in connection with drywall work.
  • Composite tools for sheet metal elements are known from the prior art, which are used in particular in the context of dry construction work, the composite tools being used to connect a large number of sheet metal elements to one another in order to provide a support structure for a dry construction element on which in a subsequent operation appropriate drywall, such as plasterboard or gypsum fiber boards, are attached.
  • the support structure can be extremely time-consuming and labor-intensive and include a large number of work steps, in the course of which the usually standardized sheet metal elements , which are also called profile elements, have to be connected to one another in a reliable manner in order to realize the desired geometric shape in a complex manner and with the usually limited working space available.
  • One object of the present invention is therefore to provide a composite tool that enables sheet metal elements to be connected more efficiently, in particular in the context of dry construction work.
  • a composite tool for connecting sheet metal elements in particular for use by a user in the context of drywall work, is provided with a matrix element and a tool bit, the compound tool being set up to translate the tool bit from a starting position along a first direction of movement into the die element and in the course of this to penetrate sheet metal elements arranged in the starting position between the tool chisel and the die element, with partial areas of the penetrated sheet metal elements being brought into contact with a contour of the die element by bending plastic deformation in such a way that over the plastically deformed partial areas a positive connection is made between the individual sheet metal elements.
  • the composite tool includes an electric operated drive device configured to move the tool bit back and forth along the first direction of movement and to provide a force required to penetrate the sheet metal members.
  • the partial areas are areas of at least two sheet metal elements to be connected to one another in an environment around a penetration point of the tool bit, which is plastically deformed in the course of a progressive movement of the tool bit and partially on the contour or on a contact contour of the die element (as a shape-determining element) are brought into contact or run at least partially parallel to said contact contour, with the contact contour ensuring that each form-fitting connection produced is designed as similarly as possible and the sub-areas are not deformed in any way that is always different, but rather in a way that is caused by the interaction of an outer contour of the tool chisel and the contact contour of the die element.
  • the plastically deformed sub-areas can be seen as tabs that are bent over together, which at least partially restrict relative movements between the sheet metal elements (see also Figures 3b, 3c ).
  • the required force is to be understood as the force provided on the tool bit along the first direction of movement, which is required for penetration and for the subsequent plastic deformation of the sheet metal elements or partial areas, but also for a subsequent extraction of the tool bit from the previously penetrated sheet metal elements and which is applied or provided entirely by the drive device of the composite tool according to the invention.
  • the invention in the exemplary comparison to the composite tongs from the WO 2007/093145 A1 provided a composite tool that enables sheet metal elements to be connected far more efficiently, with a time aspect in the sense of a throughput rate, which can be specified, for example, as a total number of connections made over a working day, to assess efficiency, a processing quality of the connections made positive connections as well as exhaustion of the user.
  • the compound tool advantageously only has to be positioned by the user on the sheet metal elements to be connected. All subsequent work steps for connecting the sheet metal elements are carried out by the composite tool itself, in particular by the electrically operated drive device, without the user having to do any significant work.
  • the penetration of the sheet metal elements, the associated plastic deformation of the sub-areas to produce the form-fitting connection and the retraction and separation of the tool bit from the successfully connected sheet metal elements are carried out fully automatically by the composite tool, whereby the user only has to hold it in position.
  • the composite tool of the present invention can be used continuously and repeatedly by the user without undue fatigue, resulting in less to no user rest breaks due to fatigue, which in turn increases the throughput rate of connections made over time.
  • the processing quality of the connection points is no longer dependent on the user being exhausted at the moment, since the compound tool has processing parameters, such as penetration speed or force progression, in several successive work steps essentially retained, which obviously cannot be guaranteed with purely manual use.
  • the force provided by the drive device means that more than just two sheet metal elements can also be connected to one another in a simple manner, since the force to be applied manually is no longer a limiting factor in connection production.
  • the movement of the tool bit along the first direction of movement is preferably a completely linear, purely translational movement.
  • the necessary installation space can be significantly reduced in comparison to a partially rotating movement, for example, with the tool chisel being guided particularly precisely through the sheet metal elements at the same time without becoming wedged in them.
  • the composite tool comprises an energy storage device that is set up to store electrical energy and to supply the drive device with electrical energy, the energy storage device being in particular a rechargeable battery.
  • a composite tool that can be used in a completely mobile manner is provided, which works independently of an energy source arranged outside of the composite tool and corresponding connection means, such as power cables, and can therefore be used in any location, including in places that are difficult to access, without having to the manual power of a user must be resorted to in the course of handling.
  • the composite tool can also be used in places where no external energy supply is available per se, but would first have to be set up, which in turn would mean additional time expenditure.
  • the energy storage device is detachably connected to a housing of the composite tool in such a way that the energy storage device can be completely decoupled from the composite tool.
  • the energy storage device can be exchanged quickly and easily for a charged energy storage device with a high energy level during mobile use of the composite tool in the event of a low energy level, which in turn means only a brief interruption of the connection work.
  • the composite tool preferably includes a control unit which is coupled to the drive device and is set up to control the drive device on the basis of user inputs received via input means.
  • this is an operating lever or button which, after being actuated by the user, causes the control unit to start the drive device and start the translational movement of the tool bit from the starting position to the end position and back to the to carry out the initial position.
  • the composite tool preferably comprises input means for user inputs, which are each set up to cause the control unit to adapt one or more machining parameters of a group of machining parameters as a function of the user input, the group of machining parameters having an average speed of the translatory movement of the tool bit, a relative the end position of the tool bit that can be specified relative to the housing or the die element, a maximum force to be transmitted to the tool bit, and a direction of movement of the translational movement of the tool bit.
  • the user can adapt the machining parameters of the composite tool according to his wishes and thus react to application-specific features, e.g. different material of individual sheet metal elements or the like.
  • the drive device comprises a drive unit providing a rotary movement and a transmission gear, with the transmission gear being designed to convert the provided rotary movement of the drive unit into the translatory one Translate movement of the tool bit along the first direction of movement.
  • the step-up gear is preferably composed of a plurality of gear stages, each of which in turn is a gear.
  • the step-up gear consists of a first and a second gear stage, the first gear stage being set up to convert the rotational movement of the drive unit with an output speed into a rotational movement with a nominal speed specified for the second gear stage via at least one pair of gear wheels.
  • the second gear stage is in turn set up to convert or translate the rotational movement provided via the first gear stage at the nominal speed into the translatory movement of the tool chisel.
  • the drive unit can be selected as freely as possible, the speed of which is specifically adapted to the nominal speed via the first gear stage, which in turn determines a speed of the translational movement provided via the second gear stage.
  • the step-up gear comprises a crank drive step-up with a crank element driven in rotation via the drive unit and a connecting element coupled thereto for transmitting the translational movement to the tool bit.
  • the crank drive transmission offers a relatively inexpensive variant for converting or translating a rotary movement into a translatory movement, whereby, in contrast to other types of translation, an alternating translatory movement can be provided directly without reversing a direction of rotation or a direction of rotation of the rotary movement of the drive unit.
  • a forward movement of the tool bit along the first direction of movement after reaching the end position can change directly into a backward movement counter to the first direction of movement, without the direction of rotation of the drive unit having to be switched.
  • the connecting element is a connecting rod rotatably connected both to the crank element and to the tool bit.
  • the connecting rod is connected to the crank element via a rotary joint which is arranged eccentrically with respect to the latter, it being possible for the rotary joint to be, for example, a plain bearing or a roller bearing.
  • a force profile of the force acting on the tool chisel in (or against) the first direction of movement is not constant when using a crank drive transmission, but depends on a current configuration of the crank element and connecting element. Thus, no force is usually provided at the reversal points of the alternating translational movement of the tool bit, since in these configurations no torque of the crank element can be converted into a force along (or against) the first direction of movement.
  • crank drive transmission is designed as a Scotch-Yoke crank drive, with the connecting element being designed as a sliding guide for an eccentrically arranged pin of the crank element.
  • the Scotch-Yoke crank drive which is sometimes also referred to as link guide, represents an alternative to the connecting rod-based crank drive, which in contrast takes up more space, but allows a far more harmonious transmission of power and movement, in the course of which essentially sinusoidal curves of force and displacement of the tool bit as a function of a twisting angle of the crank element (also called crank angle), with one period of said sinusoidal curves corresponding to a complete revolution of the crank element.
  • the slideway of the Scotch-Yoke crank mechanism is connected to the tool bit so that the force (and motion) transmitted by contact between the slideway and the crank pin is also transmitted directly to the tool bit.
  • the transmission gear comprises a spindle and a spindle nut that engages with it, which are arranged in such a way that a rotation of the spindle is translated into a longitudinal movement of the spindle nut along the first direction of movement, or that a rotation of the spindle nut is translated into a longitudinal movement of the spindle is implemented along the first direction of movement.
  • the respective longitudinal movement is transmitted to the tool bit either directly or indirectly, e.g. via an elastic or viscoelastic element, in order to provide its translatory movement in the first direction of movement (or counter to the first direction of movement).
  • the step-up gear also comprises a worm gear with a worm shaft driven by the drive unit and a worm wheel meshing with the worm shaft.
  • the worm shaft arranged on the drive unit side provides a rotational movement that is transmitted to the worm wheel in engagement with it, whereby compared to a conventional Spur gear pairing much higher gear ratios can be implemented.
  • a self-locking transmission mechanism in the transmission gear is provided by the worm gear, which only allows a transmission of movement in one direction.
  • the die element is attached to a bracket-shaped die holder, which is connected to the housing of the composite tool in such a way that in the starting position the tool bit and the die element are spaced apart from one another in such a way that sheet metal elements of a predefined width and thickness can be arranged in between.
  • the bow-shaped configuration ensures that the die element is arranged at a distance, with a connection made by the die holder to the housing of the composite tool having a relatively large distance to a connecting line between the tool bit and the die element along the first direction of movement, so that even wide sheet metal elements can be arranged between the die element and the tool holder without any problems and still be penetrated almost in the middle by the tool bit.
  • the die holder preferably has additional reinforcement elements, so that it has increased flexural rigidity when a force acts on the die element in the direction of the first direction of movement.
  • the matrix element and/or the matrix holder can be exchanged.
  • the die holder can be rotated relative to the housing of the composite tool about an axis of rotation, which runs in particular along or parallel to the first direction of movement, and/or the die holder can be rotated back and forth relative to the housing of the composite tool along a second direction of movement, which in particular runs parallel to the first direction of movement, displaceable.
  • the relative arrangement of the die holder and die element with respect to the housing can be varied in order to provide the optimal configuration depending on the application and user preferences.
  • a right-handed user can choose an angular position of the die holder rotated by 180° compared to a left-handed user in order to provide an optimal view of the sheet metal elements to be connected without the die holder obstructing them.
  • the tool chisel comprises a chisel tip designed to penetrate the sheet metal elements, which is releasably connected to a carrier element of the tool chisel that is movably mounted with respect to the housing along the first direction of movement, in particular via a pair of threads.
  • the part of the tool chisel that is in contact with the sheet metal elements is kept exchangeable, so that not only can chisel tips that have been adapted to die elements that may have a different shape be exchanged, but also worn-out chisel tips that may have a blunt cutting edge can be replaced without much effort by a exchange a new chisel tip, which in turn increases machining quality without having to accept long downtimes due to complex maintenance work, e.g. grinding work on the cutting edge.
  • the housing of the composite tool comprises a holding section that can be enclosed by one of the user's hands and that acts as an interface between the user and the composite tool during handling, the holding section being designed in such a way that it is held in place by the user during handling State the first direction of movement is substantially parallel to a longitudinal axis of a metacarpal bone of a middle finger of the user's hand and / or substantially parallel to a longitudinal axis of the user's forearm associated with the hand.
  • Substantially parallel is to be understood as meaning that deviations caused by anatomy or the holding position can certainly exist, but the holding section is ergonomically designed in such a way that when the user's arm is fully extended, the first direction of movement is largely in the first direction runs parallel to said arm and not vertically, as is the case, for example, with the compound tongs from WO 2007/093145 A1 the case is.
  • the range of the composite tool is increased during use, while at the same time a body or arm position that is comfortable for the user can be maintained during handling, which, among other things, prevents excessive exhaustion.
  • Figure 1a 10 shows an exemplary embodiment of the composite tool 100 according to a first embodiment.
  • the composite tool 100 set up for connecting sheet metal elements comprises a tool bit 20 arranged largely within a housing 40 of the composite tool 100 and a die 10 arranged at a distance from the tool bit 20, which in the course of an at least partial insertion of the tool bit 20 into the die 10 Interaction allows the production of a form-fitting connection of the sheet metal elements penetrated by the tool bit 20 .
  • the tool chisel 20 shown is made up of a displaceable carrier shaft 22 and a chisel point 21 attached to it, which is screwed to an end face of the carrier shaft 22 via a pair of threads 23 and which has one or more cutting edges for penetrating the sheet metal elements.
  • the carrier shaft 22 is mounted displaceably in a first direction of movement X relative to the housing 40 of the composite tool 100 via two anti-rotation linear guide bearings 24 and can be moved translationally forwards (in the positive X direction) or backwards (in the negative X direction), with the anti-rotation lock Said linear guide bearing 24 prevents or blocks a twisting movement of the carrier shaft 22 about an axis of rotation running in the direction of the first direction of movement X.
  • the composite tool 100 is set up to move the tool chisel 20 translationally and linearly in the first direction of movement X against the die 10 in such a way that it is partially inserted into the die 10, with the context of the expedient use of the composite tool 100 according to the invention between the chisel tip 21 Sheet metal elements (not shown here) arranged on the die 10 are penetrated in such a way that these are positively connected to one another by plastic deformation of partial areas of the sheet metal elements around the point of penetration (see also Figures 3a to 3c ).
  • the die 10 is kept interchangeable in that it is attached to a bow-shaped die holder 12 via a screw connection that can be released relatively easily and quickly, via which a position and orientation of the die 10 relative to the tool bit 21 are clearly defined can.
  • the die 10 has a contact contour 11 in an insertion area for the chisel tip 21, wherein during the process of penetrating the sheet metal elements, not shown here, by the chisel tip 21, the partial areas of the sheet metal elements to be plastically deformed are at least partially brought into contact with said contact contour 11 of the die 10 (see also Figures 3a to 3c ).
  • An outer contour of the chisel tip 21 is at least partially adapted to the contact contour 11 of the die 10 in order to guide the partial areas to be plastically deformed in the course of the penetration process to the contact contour 11 and bring them to rest there.
  • the die 10 is attached to the bow-shaped die holder 12 which in turn is rotatably connected to the housing 40 of the composite tool 100 via a needle bearing 14 .
  • a needle bearing 14 In the exemplary embodiment shown, an axis of rotation for rotation of the die holder 12, including the die 10 attached to it, via the needle bearing 14 points in the direction of the first direction of movement X, with the die holder 12 being locked or fixed in a specific angular position with respect to the housing 40 via a locking screw 13 can be.
  • the bow-shaped design of the die holder 12 and the possibility of varying the angular position with respect to the housing 40 allow the composite tool 100 to be adapted to site-specific conditions, so that sheet metal elements that are largely arranged in any way relative to one another can be positively connected to one another even in areas that are difficult to access without great effort on the part of the user be able.
  • the movement of the tool bit 20 in the first direction of movement X required for the process of penetrating the sheet metal elements and the force required for this purpose are provided via the drive device 50 which is arranged within the housing 40 of the composite tool 100 and which has an electric motor 51, a first gear stage 52a and a second gear stage 52b, the latter being connected to the tool bit 20 and being set up to convert a rotational movement into a translational movement along the first movement direction X.
  • energy provided by electric motor 51 and present in mechanical form is transmitted to tool bit 20 via the two gear stages 52a and 52b, with the first gear stage 52a, starting from electric motor 51, comprising two spur gears and a worm shaft 53 driven by them.
  • connection to the second gear stage 52b takes place through the gearwheel contact between the worm shaft 53 of the first gear stage 52a and a worm wheel 54 of the second gear stage 54b which is in engagement with it.
  • worm shaft 53 and worm wheel 54 provides a self-locking mechanism that allows motion transmission in one direction from the first gear stage 52a to the second gear stage 52b and thus to the tool chisel 20, but not vice versa.
  • the second gear stage 52b ultimately converts a rotational movement originally provided by the electric motor 51 into the translational movement of the tool bit 20, with the second gear stage 52b being designed here as a crank drive mechanism, with the aid of which the rotational movement of the worm wheel 54 is eccentrically connected to the Worm wheel 54 rotatably connected connecting rod 55a is converted into the translational movement of the tool bit 20.
  • the second gear stage 52b with crank drive mechanism used in the exemplary embodiment shown is advantageous in that an alternating translatory movement (ie back and forth) of the tool chisel 20 can be implemented while the direction of rotation of the worm wheel 54 remains the same.
  • a direction of rotation of the electric motor 51 does not have to be switched, but the electric motor 51 can always be operated in one direction of rotation.
  • Electric motor 51 is controlled via a control unit 32 of composite tool 100, which is connected via connecting cables both to an energy storage device designed as accumulator 30 for supplying energy to drive device 50 and to an actuating lever 31 for activating or deactivating the electric drive via electric motor 51.
  • a control unit 32 of composite tool 100 which is connected via connecting cables both to an energy storage device designed as accumulator 30 for supplying energy to drive device 50 and to an actuating lever 31 for activating or deactivating the electric drive via electric motor 51.
  • the accumulator 30 is attached to the underside of the housing 40 of the composite tool 100 in a detachable or replaceable manner, with it being fixed and held in position by a connecting clip provided there. If the energy level of accumulator 30 is coming to an end, it can be decoupled from composite tool 100 without any great effort, decoupling being understood to mean both detachment from housing 40 and detachment of the electrical connection to control unit 32 . The accumulator 30 can then either be recharged or replaced by another already charged accumulator, with the latter only leading to a short service life for the composite tool 100 .
  • the actuating lever 31 is arranged in a region of a holding section 41 of the housing 40 of the composite tool 100, the holding section 41 being designed in such a way that it can be at least partially enclosed by the hand of the user when handling the composite tool 100 (see also 2 ).
  • a Scotch-Yoke crank mechanism is shown, in which the rotational movement of the worm wheel 54 is converted into a translational movement of that same carrier shaft 22 of the tool bit 21 with the aid of an eccentrically arranged journal 54a and a frame-shaped sliding guide 55b, which is firmly connected to the carrier shaft 22 is translated.
  • the transmission principle shown is often referred to in the prior art as a link guide.
  • the Scotch-Yoke crank drive is also characterized by a translation, which is easier to describe kinematically, of the rotational movement of the worm wheel 54 into the translational movement of the carrier shaft 22 or the tool bit 21, which essentially follows a purely sinusoidal curve over a crank angle of the worm wheel 54 corresponds to a period length corresponding to one complete revolution of the worm wheel.
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment according to a second embodiment of the composite tool 100 with one compared to that in the exemplary embodiment from FIG Fig. 1a alternatively designed drive device 50.
  • the construction of the composite tool 100 in the areas around the die 10 and the tool chisel 20 or the chisel tip 21 essentially corresponds to the construction of the composite tool already described Fig. 1a , which is why no repeated descriptions are given here.
  • the alternative drive device 50 in the illustrated exemplary embodiment of the second embodiment of the composite tool 100 also comprises an electrically operated electric motor 51 and a first and a second gear stage 52a and 52b, via which a rotary movement provided by the electric motor 51 is converted into a translatory movement of a carrier shaft 22 of the tool bit 20 is converted, at the left end of which a tool bit 21 designed for penetrating sheet metal elements is fastened (see also Fig. 1a ).
  • the spindle 57 is designed as part of the tool bit 20, which as in the previous embodiment Fig. 1a is mounted displaceably in a first direction of movement X by linear guide bearings 24 secured against rotation relative to a housing 40 of the composite tool 100 .
  • the spindle nut 56 is rotatably mounted with respect to the housing 40 of the composite tool 100 via roller bearings, with an axis of rotation for twisting or rotational movements of the spindle nut 56 running parallel to the first direction of movement X in the exemplary embodiment shown.
  • the first gear stage 52a comprises three gears, via which a rotary movement is transmitted to the spindle nut 56, starting from the electric motor, as a result of which the spindle 57 and thus the entire tool bit 20 are moved translationally along the first movement direction X.
  • the provision of the combination of the spindle 57 and the spindle nut 56 advantageously allows a constant rotational movement in the sense of a constant speed to provide a substantially uniform translatory movement of the tool bit 20 at a constant movement speed along (or against) the first direction of movement X.
  • a starting position and an end position of the tool bit 20 in the course of a penetration process compared to the embodiments from FIGS Figures 1a and 1b , in which the starting and end position per se are predetermined by the diameter of the worm wheel there and by the position of the eccentrically arranged connecting element, can be readjusted or adjusted at least within certain limits, provided that the trapezoidal thread pairing 58 is always maintained.
  • the second gear stage 52b can be provided with a comparatively compact design and still apply the force required to penetrate sheet metal elements.
  • the tool bit 20 either moves forward (in the direction of the first direction of movement X, which corresponds to the positive X-direction) or back (opposite to the first movement direction X, which corresponds to the negative X-direction).
  • a control unit 32 connected to the electric motor 51 is set up in such a way that this is dependent on a arranged on the spindle 56 position sensor 59 reverses a direction of rotation of the electric motor 51 as soon as the tool bit 20 or the bit tip 21 has reached the predefined end position.
  • a control command from the control unit 32 to the electric motor 51 that initiates the movement of the tool chisel 20 is initiated here (as also in the exemplary embodiment in FIG. 1a) by an actuation of an actuation lever 31 by a user.
  • the rest of the structure of the composite tool 100 essentially corresponds to that of the exemplary embodiment from FIG Fig. 1a , a hand 300 of a user at least partially surrounding a holding section 41 of the housing 40 being shown in addition.
  • Contours of the holding section 41 are advantageously adapted to the contours of the user's hand 300 in order to specify the holding position and to improve the feel during handling, the actuating lever 31 being actuated by an index finger of the user's hand 300 .
  • the holding section 41 is configured with respect to the first direction of movement X such that when the composite tool 100 is being handled with the holding section 41 gripped by the hand 300 of the user, a longitudinal axis of the associated forearm 301 runs essentially parallel to the first direction of movement X.
  • the chisel tip 21 of the tool chisel 20 is moved essentially in extension or parallel to the forearm 301 of the user, which allows easier handling when the composite tool 100 is used appropriately for connecting sheet metal elements.
  • Figures 3a and 3b show, in a respective cross-sectional representation, various stages of an exemplary penetration process of sheet metal elements 200 by a chisel tip 21 of a tool chisel 20 in the course of a translational movement of the tool chisel 20 in the direction of a first movement direction X onto a die 10 with an exemplary contact contour 11, as is also the case with appropriate use the in the Fig. 1a and 2 shown embodiments of the composite tool according to the invention is the case.
  • die 10 and bow-shaped die holder are designed as one component, with the following description also applying analogously to the use of the exemplary embodiments already described.
  • Figure 3a shows an initial position in which two sheet metal elements 200 to be connected to one another are arranged between the die 10 and the tool chisel 20 or the chisel tip 21 of the tool chisel 20 .
  • the chisel tip 21 penetrates the sheet metal elements 200 arranged in pairs in such a way that partial areas 200a of the sheet metal elements 200 are brought into contact with a contact contour 11 of the die 10 around a penetration point by plastic deformation, in particular by plastic bending.
  • Figure 3b shows the plastically finished partial areas 200a, which were bent by the exemplary contact contour 11 essentially by 90° starting from their original orientation in the sheet metal elements 200 in order to advantageously produce a form-fitting connection between the two sheet metal elements 200.
  • the contact contour 11 in interaction with an outer contour of the chisel tip 21 possibly adapted to this, decisively determines the deformation of the partial areas 200a of the sheet metal elements 200 and is in no way limited to the right-angled profile in the cross section shown.
  • different bending angles and also bending shapes of the partial areas 200a of the sheet metal elements 200 to be plastically deformed can be implemented in order to further improve the positive connection of the same.
  • the contact contour 11 has a substantially trapezoidal profile in the cross section shown and, in conjunction with the chisel tip 21, ensures that partial areas 200a of the sheet metal elements 200 are bent by angles greater than 90° from their original orientation, which compared to Figure 3b an improved positive connection between the sheet metal elements is achieved.
  • the die 10 can be removed from the penetration area, for example in a direction perpendicular to the cross-sectional plane shown, after the tool bit 20 has returned moved to its original position.
  • connections can be made particularly quickly and reliably between a plurality of sheet metal elements 200, mostly of a standardized design, which are in particular profile elements made of sheet metal and usually have L- or U-shaped cross-sections, so that a through these sheet metal elements formed support structure in the course of dry construction work, which proves to be particularly advantageous in combination with the electrically operated drive device of the composite tool according to the invention, which allows a locally unbound and independent of the power of a user use with a high throughput rate of the positively produced connections.
  • drywall panels are mounted on it to create a drywall element, such as a drywall.

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Abstract

Die Erfindung stellt ein Verbundwerkzeug (100) zum Verbinden von Blechelementen (200), insbesondere für den Einsatz durch einen Benutzer im Rahmen von Trockenbauarbeiten, mit einem Matrizenelement (10) und einem Werkzeugmeißel (20), wobei das Verbundwerkzeug (100) eingerichtet ist, den Werkzeugmeißel (20) aus einer Ausgangsstellung heraus translatorisch entlang einer ersten Bewegungsrichtung (X) in das Matrizenelement (10) einzuführen und im Zuge dessen in der Ausgangsstellung zwischen dem Werkzeugmeißel (20) und dem Matrizenelement (10) angeordnete Blechelemente (200) zu durchdringen, wobei Teilbereiche (200a) der durchdrungenen Blechelemente (200) durch umbiegende plastische Verformung an einer Kontur (11) des Matrizenelements (10) zur Anlage gebracht werden, dergestalt, dass über die plastisch verformten Teilbereiche (200a) eine formschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Blechelementen (200) hergestellt wird, wobei das Verbundwerkzeug weiterhin eine elektrisch betriebene Antriebsvorrichtung (50) umfasst, die dazu eingerichtet ist, den Werkzeugmeißel (20) entlang der ersten Bewegungsrichtung (X) vor und zurück zu bewegen und eine zum Durchdringen der Blechelemente (200) erforderliche Kraft bereitzustellen, bereit.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundwerkzeug zum Verbinden von Blechelementen, insbesondere für den Einsatz durch einen Benutzer im Rahmen von Trockenbauarbeiten.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Aus dem Stand der Technik sind Verbundwerkzeuge für Blechelemente bekannt, die insbesondere im Rahmen von Trockenbauarbeiten zum Einsatz kommen, wobei die Verbundwerkzeuge eingesetzt werden, um eine Vielzahl von Blechelementen miteinander zu verbinden, um so ein Trägerwerk eines Trockenbauelements bereitzustellen, an dem in einem anschließenden Arbeitsgang entsprechende Trockenbauplatten, wie beispielsweise Gipskarton- oder Gipsfaserplatten, befestigt werden.
  • Je nach geometrischer From und Montageort des herzustellenden Trockenbauelements, bei dem es sich beispielsweise um Wände, Sockel und dergleichen handeln kann, kann das Bereitstellen des Trägerwerks äußerst zeit- und arbeitsintensiv sein und eine Vielzahl von Arbeitsschritten umfassen, im Zuge derer die üblicherweise standardisiert ausgeführten Blechelemente, die auch Profilelemente genannt werden, zur Realisierung der gewünschten geometrischen Form auf aufwendige Weise und bei üblicherweise begrenzt zur Verfügung stehendem Arbeitsraum miteinander auf zuverlässige Weise verbunden werden müssen.
  • Es handelt sich hierbei zum Teil um mehrere hundert Verbindungen zwischen einzelnen Blechelementen, die im Zuge des Bereitstellens des Trägerwerks mit Hilfe des Verbundwerkzeugs hergestellt werden müssen.
  • Neben zeitaufwendigen Verschraubungen ist aus dem Stand der Technik aus der WO 2007/093145 A1 ein als Verbundzange ausgeführtes Verbundwerkzeug bekannt, dass über händische Kraft eines Benutzers bedient wird und ohne zusätzliche Verbindungsmittel vergleichsweise schnell eine formschlüssige Verbindung zwischen Blechelementen über plastische Verformungen von Teilbereichen dieser Blechelemente herstellt.
  • Der Einsatz der in der WO 2007/093145 A1 gezeigten Verbundzange führt mit fortschreitender Zahl der über die händische Kraft hergestellten Verbindungen allerdings zwangsläufig zu einer steigenden Erschöpfung des Benutzers, die sogar soweit gehen kann, dass dieser ab einem gewissen Zeitpunkt nicht mehr die zum Durchdringen der Blechelemente erforderliche Kraft aufbringen kann, was ein vorläufiges Ende der Verbindungsarbeiten bedeutet, zumindest bis zu einer entsprechenden Erholung des Benutzers.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verbundwerkzeug bereitzustellen, dass ein effizienteres Verbinden von Blechelemente, insbesondere im Rahmen von Trockenbauarbeiten, ermöglicht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Verbundwerkzeug nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Die jeweiligen abhängigen Ansprüche beziehen sich dabei auf bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verbundwerkzeugs, die jeweils für sich genommen oder in Kombination bereitgestellt werden können.
  • Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird ein Verbundwerkzeug zum Verbinden von Blechelementen, insbesondere für den Einsatz durch einen Benutzer im Rahmen von Trockenbauarbeiten, mit einem Matrizenelement und einem Werkzeugmeißel bereitgestellt, wobei das Verbundwerkzeug eingerichtet ist, den Werkzeugmeißel aus einer Ausgangsstellung heraus translatorisch entlang einer ersten Bewegungsrichtung in das Matrizenelement einzuführen und im Zuge dessen in der Ausgangsstellung zwischen dem Werkzeugmeißel und dem Matrizenelement angeordnete Blechelemente zu durchdringen, wobei Teilbereiche der durchdrungenen Blechelemente durch umbiegende plastische Verformung an einer Kontur des Matrizenelements zur Anlage gebracht werden, dergestalt, dass über die plastisch verformten Teilbereiche eine formschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Blechelementen hergestellt wird. Das Verbundwerkzeug umfasst dabei eine elektrisch betriebene Antriebsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Werkzeugmeißel entlang der ersten Bewegungsrichtung vor und zurück zu bewegen und eine zum Durchdringen der Blechelemente erforderliche Kraft bereitzustellen.
  • Unter den Teilbereichen sind dabei Bereiche von zumindest zwei miteinander zu verbindenden Blechelemente in einer Umgebung um eine Durchdringungsstelle des Werkzeugmeißels zu verstehen, die im Zuge einer fortschreitenden Bewegung des Werkzeugmeißels von diesem plastisch verformt und teilweise an der Kontur bzw. an einer Anlegekontur des Matrizenelements (als formvorgebendem Element) zur Anlage gebracht werden oder zumindest teilweise parallel zur besagter Anlegekontur verlaufen, wobei die Anlegekontur sicherstellt, dass jede hergestellte formschlüssige Verbindung weitestgehend ähnlich gestaltet ist und die Teilbereiche nicht in beliebiger stets unterschiedlicher Weise verformt werden, sondern auf eine durch die Wechselwirkung einer Außenkontur des Werkzeugmeißels und der Anlegekontur des Matrizenelements vorgegebenen Weise.
  • Die plastisch verformten Teilbereiche können dabei im weiteren Sinne als gemeinsam umgebogene Laschen gesehen werden, die zumindest teilweise Relativbewegungen zwischen den Blechelementen einschränken (siehe auch Fig. 3b, 3c).
  • Weiterhin ist unter der erforderlichen Kraft die entlang der ersten Bewegungsrichtung am Werkzeugmeißel bereitgestellte Kraft zu verstehen, die für ein Durchdringen und für die anschließende plastische Verformung der Blechelemente bzw. der Teilbereiche aber auch für ein anschließendes Herausziehen des Werkzeugmeißel aus den zuvor durchdrungenen Blechelementen erforderlich ist und die vollständig durch die Antriebsvorrichtung des erfindungsgemäßen Verbundwerkzeugs aufgebracht bzw. bereitgestellt wird.
  • Durch die Erfindung wird im beispielhaften Vergleich zur Verbundzange aus der WO 2007/093145 A1 ein Verbundwerkzeug bereitgestellt, dass ein weitaus effizienteres Verbinden von Blechelementen ermöglicht, wobei zur Beurteilung der Effizienz unter anderem ein Zeitaspekt im Sinne einer Durchsatzrate, die beispielsweise als eine Gesamtzahl über einen Arbeitstag hinweg hergestellten Verbindungen angegeben werden kann, eine Bearbeitungsqualität der hergestellten formschlüssigen Verbindungen sowie eine Erschöpfung des Benutzers herangezogen werden.
  • Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Antriebsvorrichtung, die sowohl die translatorische Bewegung des Werkzeugmeißels als auch die zum Durchdringen der Blechelemente und zum plastischen Verformen der Teilbereiche erforderliche Kraft bereitstellt, muss das Verbundwerkzeug in vorteilhafter Weise nur noch durch den Benutzer an den zu verbindenden Blechelementen positioniert werden. Alle sich daran anschließenden Arbeitsschritte zum Verbinden der Blechelemente werden durch das Verbundwerkzeug selbst, insbesondere durch die elektrisch betriebene Antriebsvorrichtung, durchgeführt, ohne dass ein nennenswertes Zutun des Benutzers erforderlich ist. So erfolgt das Durchdringen der Blechelemente, das damit verbundene plastische Verformen der Teilbereiche zum Herstellen der formschlüssigen Verbindung sowie ein Zurückziehen und Separieren des Werkzeugmeißels von den erfolgreich verbundenen Blechelementen vollautomatisch durch das Verbundwerkzeug, wobei der Benutzer dieses lediglich in Position halten muss.
  • Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verbundwerkzeug fortwährend und wiederholt hintereinander durch den Benutzer eingesetzt werden, ohne dass dieser eine übermäßige Erschöpfung erfährt, sodass weniger bis keine erschöpfungsbedingten Ruhepausen des Benutzers eingelegt werden müssen, was wiederum die Durchsatzrate der über einen gewissen Zeitraum hergestellten Verbindungen erhöht.
  • Im Gegensatz zum händischen Einsatz eines Verbundwerkzeugs mit Kraftaufbringung durch den Benutzer ist zudem im Falle des erfindungsgemäßen Verbundwerkzeugs eine Bearbeitungsqualität der Verbindungsstellen nicht länger von einer momentanen Erschöpfung des Benutzers abhängig, da das Verbundwerkzeug durch die elektrisch betriebene Antriebsvorrichtung Bearbeitungsparameter, wie Durchdringungsgeschwindigkeit oder Kraftverlauf, in mehreren aufeinander folgenden Arbeitsgängen im Wesentlichen beibehält, was bei einem rein händischen Einsatz offenkundig nicht gewährleistet werden kann.
  • Durch die über die Antriebsvorrichtung bereitgestellte Kraft können zudem im Vergleich zur besagten Verbundzange auf einfache Weise auch mehr als lediglich zwei Blechelemente miteinander verbunden werden, da die händisch aufzubringende Kraft nicht länger ein limitierender Faktor bei der Verbindungsherstellung ist.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Bewegung des Werkzeugmeißels entlang der ersten Bewegungsrichtung um eine komplett geradlinige, rein translatorische Bewegung. Dadurch kann ein notwendiger Bauraum im Vergleich zu einer beispielhaft teilweise drehenden Bewegung erheblich reduziert werden, wobei zeitgleich der Werkzeugmeißel besonders präzise durch die Blechelemente geführt wird, ohne dabei in diesen zu verkeilen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verbundwerkzeug eine Energiespeichervorrichtung, die zur Speicherung von elektrischer Energie und zur Versorgung der Antriebsvorrichtung mit elektrischer Energie eingerichtet ist, wobei die Energiespeichervorrichtung insbesondere ein wieder aufladbarer Akkumulator ist.
  • Auf diese Weise wird ein vollkommen mobil einsetzbares Verbundwerkzeug bereitgestellt, das losgelöst von einer außerhalb des Verbundwerkzeugs angeordneten Energiequelle und entsprechenden Verbindungsmitteln, wie beispielsweise Stromkabeln, funktioniert und damit örtlich unbegrenzt, mithin auch an schwer zugänglichen Stellen, zum Einsatz kommen kann, ohne dass dabei auf die händische Kraft eines Benutzers im Zuge der Handhabung zurückgegriffen werden muss.
  • Überdies kann das Verbundwerkzeug auch an Orten eingesetzt werden, an denen eben keine externe Energieversorgung per se bereitsteht, sondern erst eingerichtet werden müsste, was wiederum einen zusätzlichen Zeitaufwand bedeuten würde.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Energiespeichervorrichtung lösbar mit einem Gehäuse des Verbundwerkzeugs verbunden, dergestalt, dass die Energiespeichervorrichtung vollständig vom Verbundwerkzeug entkoppelt werden kann.
  • Auf diese Weise kann die Energiespeichervorrichtung im Zuge eines mobilen Einsatzes des Verbundwerkzeugs im Falle eines niedrigen Energiefüllstands schnell und ohne größeren Aufwand gegen eine geladene Energiespeichervorrichtung mit hohem Energiefüllstand ausgetauscht werden, was wiederum lediglich eine zeitlich kurze Unterbrechung der Verbindungsarbeiten bedeutet.
  • Vorzugsweise umfasst das Verbundwerkzeug eine mit der Antriebsvorrichtung gekoppelte Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Antriebsvorrichtung auf Basis von über Eingabemittel empfangenen Benutzereingaben zu steuern.
  • Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei um einen Betätigungshebel oder -knopf, der nach Betätigung durch den Benutzer die Steuereinheit dazu veranlasst, die Antriebsvorrichtung in Gang zu setzen und die translatorische Bewegung des Werkzeugmeißels ausgehend von der Ausgangsstellung bis hin zur Endposition und wieder zurück in die Ausgangsstellung durchzuführen.
  • Vorzugsweise umfasst das Verbundwerkzeug Eingabemittel für Benutzereingaben, die jeweils dazu eingerichtet sind, in Abhängigkeit der Benutzereingaben die Steuereinheit dazu zu veranlassen, ein oder mehrere Bearbeitungsparameter einer Gruppe von Bearbeitungsparametern anzupassen, wobei die Gruppe von Bearbeitungsparametern eine mittlere Geschwindigkeit der translatorischen Bewegung des Werkzeugmeißels, eine relativ zum Gehäuse oder zum Matrizenelement angebbare Endposition des Werkzeugmeißels, eine maximale auf den Werkzeugmeißel zu übertragene Kraft und eine Bewegungsrichtung der translatorischen Bewegung des Werkzeugmeißels umfasst.
  • Auf diese Weise kann der Benutzer die Bearbeitungsparameter des Verbundwerkzeugs nach seinen Wünschen anpassen und so auf anwendungsfallspezifische Besonderheiten, z.B. abweichendes Material einzelner Blechelemente oder dergleichen, reagieren.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antriebsvorrichtung eine rotatorische Bewegung bereitstellende Antriebseinheit und ein Übersetzungsgetriebe, wobei das Übersetzungsgetriebe ausgeführt ist, die bereitgestellte rotatorische Bewegung der Antriebseinheit in die translatorische Bewegung des Werkzeugmeißels entlang der ersten Bewegungsrichtung zu übersetzen.
  • Vorzugsweise setzt sich das Übersetzungsgetriebe aus mehreren Getriebestufen zusammen, die jeweils für sich genommen wiederum Getriebe sind. Insbesondere setzt sich das Übersetzungsgetriebe aus einer ersten und einer zweiten Getriebestufe zusammen, wobei die erste Getriebestufe dazu eingerichtet ist, über zumindest eine Zahnradpaarung die rotatorische Bewegung der Antriebseinheit mit einer Ausgangsdrehzahl in eine rotatorische Bewegung mit einer für die zweite Getriebestufe festgelegten Nenndrehzahl umzuwandeln. Die zweite Getriebestufe ist wiederum dazu eingerichtet, die über die erste Getriebestufe bereitgestellte rotatorische Bewegung mit Nenndrehzahl in die translatorische Bewegung des Werkzeugmeißels umzuwandeln bzw. zu übersetzen.
  • Auf dieses Weise kann eine weitestgehend beliebige Wahl der Antriebseinheit erfolgen, deren Drehzahl über die erste Getriebestufe gezielt auf die Nenndrehzahl angepasst wird, die wiederum eine Geschwindigkeit der über die zweite Getriebestufe bereitgestellten translatorischen Bewegung bestimmt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Übersetzungsgetriebe eine Kurbeltriebübersetzung mit einem über die Antriebseinheit rotatorisch angetriebenen Kurbelelement und einem daran angekoppelten Verbindungselement zur Übertragung der translatorischen Bewegung auf den Werkzeugmeißel.
  • Die Kurbeltriebübersetzung bietet eine verhältnismäßig kostengünstige Variante, eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln bzw. zu übersetzen, wobei im Gegensatz zu anderweitigen Übersetzungsarten direkt eine alternierende translatorische Bewegung bereitgestellt werden kann, ohne eine Rotationsrichtung bzw. einen Drehsinn der rotatorischen Bewegung der Antriebseinheit umzukehren. So kann eine Vorwärtsbewegung des Werkzeugmeißels entlang der ersten Bewegungsrichtung nach Erreichen der Endposition direkt in eine Rückwärtsbewegung entgegen der ersten Bewegungsrichtung übergehen, ohne die Rotationsrichtung der Antriebseinheit umgeschaltet werden muss.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement eine sowohl mit dem Kurbelelement als auch mit dem Werkzeugmeißel drehbar verbundene Pleuelstange.
  • Die Pleuelstange ist hierbei über ein bezüglich des Kurbelelements exzentrisch angeordnetes Drehgelenk mit diesem verbunden, wobei es sich bei dem Drehgelenk beispielsweise um ein Gleitlager oder ein Wälzlager handeln kann.
  • Auf diese Weise wird das aus dem Bereich der Ottomotoren oder Dampfmaschinen bewährte Konzept eines pleuelbasierten Kurbeltriebs umgesetzt, welches auch bei hohen Drehzahlen bzw. hohen Bewegungsgeschwindigkeiten verschleißarm operieren kann und zeitgleich hohe Kräfte aufbringen kann.
  • Ein Kraftverlauf der am Werkzeugmeißel in (oder gegen) die erste Bewegungsrichtung wirkenden Kraft ist beim Einsatz einer Kurbeltriebübersetzung nicht konstant, sondern hängt von einer momentanen Konfiguration von Kurbelelement und Verbindungselement ab. So wird üblicherweise in den Umkehrpunkten der alternierenden translatorischen Bewegung des Werkzeugmeißels keine Kraft bereitgestellt, da in diesen Konfigurationen kein Drehmoment des Kurbelelements in eine Kraft entlang (oder gegen) die erste Bewegungsrichtung umgewandelt werden kann.
  • Auf diese Weise wird ein Maximum der am Werkzeugmeißel bereitgestellten Kraft tatsächlich im Zuge des Druchdringungsvorgangs - ungefähr auf halbem Wege zwischen den Umkehrpunkten - bereitgestellt und kann so optimal für die plastische Verformung der Teilbereiche der Blechelemente genutzt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kurbeltriebübersetzung als Scotch-Yoke-Kurbeltrieb ausgeführt, wobei das Verbindungselement als Gleitführung für einen exzentrisch angeordneten Zapfen des Kurbelelements ausgeführt ist.
  • Der Scotch-Yoke-Kurbeltrieb, der manchmal auch als Kulissenführung bezeichnet wird, stellt eine Alternative zu dem pleuelbasierten Kurbeltrieb dar, der im Gegensatz zwar mehr Bauraum in Anspruch nimmt, aber eine weitaus harmonischere Kraft- und Bewegungsübertragung erlaubt, im Zuge derer sich im Wesentlichen sinusförmige Verläufe von Kraft und Verschiebung des Werkzeugmeißels in Abhängigkeit eines Verdrehwinkels des Kurbelelements (auch Kurbelwinkel genannt) ergeben, wobei eine Periode besagter sinusförmiger Verläufe einer vollständigen Umdrehung des Kurbelelements entspricht.
  • Die Gleitführung des Scotch-Yoke-Kurbeltriebs ist mit dem Werkzeugmeißel verbunden, sodass die durch einen Kontakt zwischen Gleitführung und Zapfen des Kurbelelements übertragene Kraft (und Bewegung) direkt auch auf den Werkzeugmeißel übertragen wird.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Übersetzungsgetriebe eine Spindel und eine mit dieser im Eingriff stehenden Spindelmutter, die derart angeordnet sind, dass eine Rotation der Spindel in eine Längsbewegung der Spindelmutter entlang der ersten Bewegungsrichtung übersetzt wird, oder dass eine Rotation der Spindelmutter in eine Längsbewegung der Spindel entlang der ersten Bewegungsrichtung umgesetzt wird.
  • Die jeweilige Längsbewegung wird dabei entweder direkt oder indirekt, z.B. über eine elastisches oder viskoelastisches Element, auf den Werkzeugmeißel übertragen, um so dessen translatorische Bewegung in der ersten Bewegungsrichtung (oder entgegen der ersten Bewegungsrichtung) bereitzustellen.
  • Auf diese Weise wird das Konzept eines Linearantriebs umgesetzt, bei dem Spindel und Spindelmutter üblicherweise über ein Trapezgewinde im Eingriff stehen, und über den bei konstanter Drehzahl des jeweils antreibenden bzw. rotierenden Elements eine ebenfalls konstante Geschwindigkeit der translatorischen Bewegung bereitgestellt wird.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Übersetzungsgetriebe ferner ein Schneckengetriebe mit einer durch die Antriebseinheit angetriebenen Schneckenwelle und einem mit der Schneckenwelle im Eingriff stehenden Schneckenrad.
  • Die antriebseinheitseitig angeordnete Schneckenwelle stellt dabei eine rotatorische Bewegung bereit, die auf das im Eingriff mit dieser stehende Schneckenrad übertragen wird, wobei im Vergleich zu einer konventionellen Stirnzahnradpaarung wesentlich höherer Übersetzungsverhältnisse umgesetzt werden können.
  • Auf diese Weise kann selbst aus einem verhältnismäßig geringen durch die Antriebseinheit bereitgestellten Drehmoment mit nur einer Übersetzungsstufe ein Drehmoment bereitgestellt werden, dass im Zuge der weiteren Übersetzung in eine translatorische Bewegung die zum Durchdringen der Blechelemente erforderliche Kraft aufbringt, ohne selbst als Übersetzungsstufe mit großem Übersetzungsverhältnis dienen zu müssen.
  • Ferner wird durch das Schneckengetriebe ein selbsthemmender Übersetzungsmechanismus im Übersetzungsgetriebe bereitgestellt, der eine Bewegungsübertragung lediglich in eine Richtung zulässt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Matrizenelement an einem bügelförmig gestalteten Matrizenhalter befestigt, der mit dem Gehäuse des Verbundwerkzeugs verbunden ist, dergestalt, dass in der Ausgangsstellung der Werkzeugmeißel und das Matrizenelement derart voneinander beabstandet sind, dass dazwischen Blechelemente vordefinierter Breite und Dicke anordbar sind.
  • Die bügelförmige Ausgestaltung sorgt für eine beabstandete Anordnung des Matrizenelements, wobei eine durch den Matrizenhalter erfolgende Verbindung zum Gehäuse des Verbundwerkzeugs einen verhältnismäßig großen Abstand zu einer Verbindungslinie zwischen Werkzeugmeißel und Matrizenelement entlang der ersten Bewegungsrichtung aufweist, sodass ohne Probleme auch breite Blechelemente zwischen Matrizenelement und Werkzeughalter angeordnet werden können und dabei trotzdem nahezu mittig vom Werkzeugmeißel durchdrungen werden.
  • Vorzugsweise weist der Matrizenhalter zusätzliche Verstärkungselemente auf, sodass dieser bei Krafteinwirkung am Matrizenelement in Richtung der ersten Bewegungsrichtung eine erhöhte Biegesteifigkeit aufweist.
  • Dadurch bleibt selbst im Zuge des Druchdringungsvorgangs mit Kraftausübung auf das Matrizenelement und auf den Matrizenhalter eine Position des Matrizenelements relativ zum Gehäuse des Verbundwerkzeugs weitestgehend konstant.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind das Matrizenelement und/oder der Matrizenhalter austauschbar.
  • Auf diese Weise lassen sich nicht nur verschiedene Matrizenelemente mit unterschiedlich gestalteten Anlegekonturen ohne größeren Aufwand verwenden, sondern es können auch bereits verschlissene Matrizenelemente schnell und einfach erneuert werden.
  • Je nach zu verbindenden Blechelementen kann es überdies vorteilhaft sein, Matrizenhalter zu verwenden, die einen größeren Abstand zu besagter Verbindungslinie zwischen Matrizenelement und Werkzeugmeißel aufweisen und die aufgrund der Austauschbarkeit einfach eingewechselt werden können. Ein von vornherein vorgesehener Matrizenhalter mit großem Abstand erweist sich demgegenüber als nachteilig, da dieser in schwer zugänglichen Bereichen vermutlich eher hinderlich ist.
  • Auf diese Weise kann ein anwendungsfallspezifischer und an den zu verbindenden Blechelementen orientierter Einsatz des Verbundwerkzeugs umgesetzt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Matrizenhalter relativ zum Gehäuse des Verbundwerkzeugs um eine Rotationsachse, die insbesondere entlang oder parallel zu der ersten Bewegungsrichtung verläuft, verdrehbar, und/oder der Matrizenhalter ist relativ zum Gehäuse des Verbundwerkzeugs vor und zurück entlang einer zweiten Bewegungsrichtung, die insbesondere parallel zur ersten Bewegungsrichtung verläuft, verschiebbar.
  • Auf diese Weise kann die relative Anordnung von Matrizenhalter und Matrizenelement gegenüber dem Gehäuse variiert werden, um so je nach Anwendungsfall und nach Benutzervorlieben die optimale Konfiguration bereitzustellen.
  • So kann es beispielsweise für einen rechthändigen Benutzer von Vorteil sein, im Vergleich zu einem linkshändigen Benutzer eine um 180° gedrehte Winkelstellung des Matrizenhalters zu wählen, um eine optimale Sicht auf die zu verbindenden Blechelemente bereitzustellen, ohne dass der Matrizenhalter diese behindert.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Werkzeugmeißel eine zum Durchdringen der Blechelemente ausgelegte Meißelspitze, die lösbar mit einem bezüglich des Gehäuses entlang der ersten Bewegungsrichtung verschiebbar gelagerten Trägerelement des Werkzeugmeißels verbunden ist, insbesondere über eine Gewindepaarung.
  • Auf diese Weise ist auch der mit den Blechelementen in Kontakt stehende Teil des Werkzeugmeißels austauschbar gehalten, um nicht nur auf ggfs. anders geformte Matrizenelemente angepasste Meißelspitzen einwechseln zu können, sondern auch abgenutzte bzw. verschlissene Meißelspitzen mit unter Umständen stumpfer Schneide ohne größeren Aufwand durch eine neue Meißelspitze auszutauschen, was wiederum eine Bearbeitungsqualität erhöht, ohne längere Stillstandzeiten aufgrund komplexer Wartungsarbeiten, z.B. Schleifarbeiten an der Schneide, in Kauf nehmen zu müssen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gehäuse des Verbundwerkzeugs einen von einer Hand des Benutzers umschließbaren Halteabschnitt, der als Schnittstelle zwischen Benutzer und Verbundwerkzeug im Zuge einer Handhabung fungiert, wobei der Halteabschnitt derart ausgeführt ist, dass in einem durch den Benutzer im Zuge der Handhabung gehaltenen Zustand die erste Bewegungsrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse eines Mittelhandknochens eines Mittelfingers der Hand des Benutzers und/oder im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des zur Hand zugehörigen Unterarms des Benutzers verläuft.
  • Unter im Wesentlichen parallel ist dabei zu verstehen, dass anatomiebedingte oder haltepositionsbedingte Abweichungen durchaus vorliegen können, der Halteabschnitt allerdings derart ergonomisch gestaltet ist, dass bei voll ausgestrecktem Arm des Benutzers die erste Bewegungsrichtung weitestgehend parallel zu besagtem Arm verläuft und eben nicht senkrecht, wie dies beispielsweise bei der Verbundzange aus der WO 2007/093145 A1 der Fall ist.
  • Auf diese Weise wird die Reichweite des Verbundwerkzeugs beim Einsatz erhöht, wobei zeitgleich eine für den Benutzer angenehme Körper- bzw. Armposition bei der Handhabung beibehalten werden kann, was unter anderem eine übermäßig starke Erschöpfung verhindert.
  • Weitere Aspekte und deren Vorteile als auch speziellere Ausführungsbeispiele der zuvor genannten Aspekte und Merkmale werden im Folgenden unter Zuhilfenahme der in den beigefügten Figuren gezeigten Zeichnungen beschrieben:
    • Figur 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verbundwerkzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • Figur 1b zeigt ein teilweise alternatives Übersetzungskonzept der Antriebsvorrichtung für das Ausführungsbeispiel des Verbundwerkzeugs aus Figur 1a.
    • Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verbundwerkzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1a alternativen Antriebsvorrichtung.
    • Figuren 3a bis 3c zeigen einen exemplarischen Durchdringungsvorgang von Blechelementen.
  • Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren können hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein, manchmal allerdings auch mit unterschiedlichen Bezugszeichen.
  • Es wird hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt ist. Die Erfindung umfasst weiterhin Modifikationen der genannten Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die aus Modifikationen und/oder Kombinationen einzelner oder mehrerer Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche hervorgehen.
    • Ausführliche Figurenbeschreibung
  • Figur 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verbundwerkzeugs 100 gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • Das zum Verbinden von Blechelementen eingerichtete Verbundwerkzeug 100 umfasst hierzu einen weitestgehend innerhalb eines Gehäuses 40 des Verbundwerkzeugs 100 angeordneten Werkzeugmeißel 20 sowie ein gegenüber dem Werkzeugmeißel 20 beabstandet angeordnete Matrize 10, die im Zuge einer durch ein zumindest teilweises Einführen des Werkzeugmeißels 20 in die Matrize 10 bedingte Wechselwirkung das Herstellen einer formschlüssigen Verbindung der dabei durch den Werkzeugmeißel 20 durchdrungenen Blechelemente erlaubt.
  • Der auf diese Weise hergestellte formschlüssige Verbund zwischen zumindest zwei Blechelementen, bei denen es sich insbesondere um blechartige Profilelemente für Trockenbauarbeiten handelt, bildet die Grundlage für eine Bereitstellung eines Trägerwerks, an dem im Anschluss Trockenbauplatten, wie Gipskarton- oder Gipsfaserplatten, zur Fertigstellung eines Trockenbauelements montiert werden.
  • Der dargestellte Werkzeugmeißel 20 setzt sich zusammen aus einer verschiebbaren Trägerwelle 22 sowie einer an dieser befestigten Meißelspitze 21, die vorliegend über eine Gewindepaarung 23 in einer Stirnseite der Trägerwelle 22 verschraubt ist und die zum Durchdringen der Blechelemente ein oder mehrere Schneidkanten aufweist.
  • Die Trägerwelle 22 ist über zwei verdrehgesicherte Linearführungslager 24 in eine ersten Bewegungsrichtung X gegenüber dem Gehäuse 40 des Verbundwerkzeugs 100 verschiebbar gelagert und kann translatorisch jeweils vor (in positive X-Richtung) oder zurück (in negative X-Richtung) bewegt werden, wobei die Verdrehsicherung besagter Linearführungslager 24 eine Verdrehbewegung der Trägerwelle 22 um eine in Richtung der ersten Bewegungsrichtung X verlaufenden Rotationsachse verhindert bzw. blockiert.
  • Das Verbundwerkzeug 100 ist dazu eingerichtet, den Werkzeugmeißel 20 derart translatorisch und geradlinig in die erste Bewegungsrichtung X gegen die Matrize 10 zu verschieben, dass dieser teilweise in die Matrize 10 eingeführt wird, wobei im Rahmen des zweckmäßigen Einsatzes des erfindungsgemäßen Verbundwerkzeugs 100 zwischen der Meißelspitze 21 und der Matrize 10 angeordnete (hier nicht gezeigte) Blechelemente derart durchdrungen werden, dass diese durch plastische Verformung von Teilbereichen der Blechelemente um die Durchdringungsstelle formschlüssig miteinander verbunden werden (siehe auch Fig. 3a bis 3c).
  • Die Matrize 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel des Verbundwerkzeugs 100 dahingehend austauschbar gehalten, dass diese über eine verhältnismäßig einfach und schnell zu lösende Schraubenverbindung an einem bügelförmig gestalteten Matrizenhalter 12 befestigt ist, über den eine Position und Orientierung der Matrize 10 gegenüber des Werkzeugmeißels 21 eindeutig festgelegt werden kann.
  • Durch die beschriebene Austauschbarkeit können beispielsweise nicht nur auf die jeweiligen Anforderungen beim Einsatz angepasste und unterschiedlich geformte Matrizen zum Einsatz kommen, sondern die Matrize 10 kann im Falle von Abnutzung auch ohne größeren Aufwand ausgetauscht werden. Gleiches gilt ebenso für die lösbar über die Gewindepaarung 23 mit der Trägerwelle 22 verbundene Meißelspitze 21.
  • Die Matrize 10 weist in einem Einführungsbereich für die Meißelspitze 21 eine Anlegekontur 11 auf, wobei im Zuge des Durchdringungsvorgangs der hier nicht gezeigten Blechelemente durch den Meißelspitze 21 die plastisch zu verformenden Teilbereiche der Blechelemente zumindest teilweise zur Anlage an besagter Anlegekontur 11 der Matrize 10 gebracht werden (siehe auch Fig. 3a bis 3c).
  • Eine Außenkontur der Meißelspitze 21 ist dabei zumindest teilweise an die Anlegekontur 11 der Matrize 10 angepasst, um so die im Zuge des Durchdringungsvorgangs plastisch zu verformenden Teilbereiche gezielt an die Anlegekontur 11 zu führen und dort zur Anlage zu bringen.
  • Die Matrize 10 ist an dem bügelförmig gestalteten Matrizenhalter 12 befestigt, der wiederum mit dem Gehäuse 40 des Verbundwerkzeugs 100 über ein Nadellager 14 drehbar verbunden ist. Eine Rotationsachse für eine über das Nadellager 14 erfolgende Verdrehung des Matrizenhalters 12 inklusive der daran befestigten Matrize 10 zeigt im gezeigten Ausführungsbeispiel in Richtung der ersten Bewegungsrichtung X, wobei der Matrizenhalter 12 in einer bestimmten Winkelstellung bezüglich des Gehäuses 40 über eine Arretierschraube 13 arretiert bzw. fixiert werden kann.
  • Die bügelförmige Gestaltung des Matrizenhalters 12 sowie die Möglichkeit, die Winkelstellung bezüglich des Gehäuses 40 zu variieren, erlaubt, das Verbundwerkzeug 100 an einsatzortspezifische Gegebenheiten anzupassen, sodass weitestgehend beliebig zueinander angeordnete Blechelemente auch an schwer zugänglichen Bereichen ohne größeren Aufwand seitens eines Benutzers miteinander formschlüssig verbunden werden können.
  • Eine Bereitstellung der für den Durchdringungsvorgang der Blechelemente erforderlichen Bewegung des Werkzeugmeißels 20 in die erste Bewegungsrichtung X sowie einer hierfür erforderlichen Kraft erfolgt über die innerhalb des Gehäuses 40 des Verbundwerkzeugs 100 angeordnete Antriebsvorrichtung 50, die einen Elektromotor 51, eine erste Getriebestufe 52a und eine zweite Getriebestufe 52b umfasst, wobei Letztere mit dem Werkzeugmeißel 20 verbunden ist und zur Übersetzung einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung entlang der ersten Bewegungsrichtung X eingerichtet ist.
  • Durch die vorteilhafte Verwendung eines Elektromotors 51, welcher über die beiden Getriebestufen 52a, 52b sowohl den Werkzeugmeißel 20 in Bewegung versetzt, als auch die für das Durchdringen und für das plastische Verformen der Blechelemente erforderliche Kraft bereitstellt, wird der Benutzer des Verbundwerkzeugs 100 in erheblichem Maße entlastet, da die zum Verbinden der Blechelemente erforderliche Kraft nun nicht länger durch Körperkraft aufgebracht werden muss, wie dies unter anderem bei der aus dem Stand der Technik bekannten Verbundzange aus der WO 2007 093 145 A1 der Fall ist.
  • Auf diese Weise wird nicht nur eine körperliche Erschöpfung des Benutzers im Zuge von Verbundarbeiten im Trockenbau erheblich reduziert, sondern es wird auch die Anzahl der über eine bestimmte Zeit hinweg hergestellten formschlüssigen Verbindungen zwischen Blechelementen und damit auch eine Durchsatzrate erhöht.
  • Eine Übertragung einer durch den Elektromotor 51 bereitgestellten, in mechanischer Form vorliegenden Energie auf den Werkzeugmeißel 20 erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel über die beiden Getriebestufen 52a und 52b, wobei die erste Getriebestufe 52a ausgehend vom Elektromotor 51 zwei Stirnzahnräder sowie eine durch diese angetriebene Schneckenwelle 53 umfasst.
  • Die Verbindung zur zweiten Getriebestufe 52b erfolgt durch den Zahnradkontakt zwischen der Schneckenwelle 53 der ersten Getriebestufe 52a und einem mit dieser im Eingriff stehenden Schneckenrad 54 der zweiten Getriebestufe 54b.
  • Durch die gezeigte Ausführung mit Schneckenwelle 53 und Schneckenrad 54 wird ein selbsthemmender Mechanismus bereitgestellt, der eine Bewegungsübertragung in einer Richtung von der ersten Getriebestufe 52a zur zweiten Getriebestufe 52b und damit zum Werkzeugmeißel 20 erlaubt, jedoch nicht umgekehrt.
  • Die zweite Getriebestufe 52b stellt letztlich die Übersetzung einer ursprünglich durch den Elektromotor 51 bereitgestellten rotatorischen Bewegung in die translatorischen Bewegung des Werkzeugmeißels 20 bereit, wobei die zweite Getriebestufe 52b vorliegend als Kurbeltriebmechanismus ausgeführt ist, mithilfe dessen die rotatorische Bewegung des Schneckenrads 54 über eine exzentrisch mit dem Schneckenrad 54 drehbar verbundene Pleuelstange 55a in die translatorische Bewegung des Werkzeugmeißels 20 umgewandelt wird.
  • Die im gezeigten Ausführungsbeispiel verwendete zweite Getriebestufe 52b mit Kurbeltriebmechanismus erweist sich dahingehend von Vorteil, dass bei gleichbleibender Rotationsrichtung des Schneckenrads 54 eine alternierende translatorischen Bewegung (also vor und zurück) des Werkzeugmeißels 20 umgesetzt werden kann. Für ein nach dem Durchdringen der Blechelemente erforderliches Zurückziehen der Meißelspitze 21 muss somit eine Rotationsrichtung des Elektromotors 51 nicht umgeschaltet werden, sondern der Elektromotor 51 kann stets in einer Rotationsrichtung betrieben werden.
  • Eine Steuerung des Elektromotors 51 erfolgt über eine Steuereinheit 32 des Verbundwerkzeugs 100, die über Verbindungskabel sowohl mit einer als Akkumulator 30 ausgeführten Energiespeichervorrichtung zur Energieversorgung der Antriebsvorrichtung 50 als auch einem Betätigungshebel 31 zur Aktivierung bzw. Deaktivierung des elektrischen Antriebs über den Elektromotor 51 verbunden ist.
  • Der Akkumulator 30 ist dabei an einer Unterseite des Gehäuses 40 des Verbundwerkzeugs 100 lösbar bzw. austauschbar angebracht, wobei dieser durch einen dort vorgesehenen Verbindungsclip fixiert und in Position gehalten wird. Neigt sich ein Energiefüllstand des Akkumulator 30 dem Ende, so kann dieser ohne größeren Aufwand vom Verbundwerkzeug 100 entkoppelt werden, wobei unter Entkopplung sowohl das Lösen vom Gehäuse 40 als auch das Lösen der elektrischen Verbindung zur Steuereinheit 32 zu verstehen ist. Im Anschluss kann der Akkumulator 30 entweder wieder aufgeladen werden, oder durch einen anderen bereits aufgeladenen Akkumulator ersetzt werden, wobei Letzteres nur zu geringen Standzeiten des Verbundwerkzeugs 100 führt.
  • Der Betätigungshebel 31 ist in einem Bereich eines Halteabschnitts 41 des Gehäuses 40 des Verbundwerkzeugs 100 angeordnet, wobei der Halteabschnitt 41 derart gestaltet ist, dass dieser im Zuge einer Handhabung des Verbundwerkzeugs 100 von der Hand des Benutzers zumindest teilweise umschlossen werden kann (siehe auch Fig. 2).
  • Als Alternative zu der in Fig. 1a gezeigten zweiten Getriebestufe 52b auf Basis eines Kurbeltriebmechanismus ist in Fig. 1b ein Scotch-Yoke-Kurbeltrieb dargestellt, bei dem die rotatorische Bewegung des Schneckenrads 54 mit Hilfe eines exzentrisch angeordneten Zapfens 54a und einer rahmenförmig ausgebildeten Gleitführung 55b, die fest mit der Trägerwelle 22 verbunden ist, in eine translatorische Bewegung eben jener Trägerwelle 22 des Werkzeugmeißels 21 übersetzt wird. Das dargestellte Übertragungsprinzip wird im Stand der Technik oft auch als Kulissenführung bezeichnet.
  • Durch den gleitenden Kontakt zwischen Zapfen 54a und Gleitführung 55b mit einer im Wesentlichen orthogonal zur ersten Bewegungsrichtung X stehenden Kontaktebene reduziert sich im Vergleich zur Ausführung aus Fig. 1a die Anzahl relativ zueinander beweglich gelagerter Teile der zweiten Getriebestufe 52b, was unter anderem den Wartungsaufwand reduziert.
  • Im Vergleich zum Kurbeltriebmechanismus aus Fig. 1a zeichnet sich der Scotch-Yoke-Kurbeltrieb weiterhin durch eine kinematisch einfacher zu beschreibendere Übersetzung der rotatorischen Bewegung des Schneckenrads 54 in die translatorische Bewegung der Trägerwelle 22 bzw. des Werkzeugmeißels 21 aus, die im Wesentlichen einem rein sinusförmigem Verlauf über einen Kurbelwinkel des Schneckenrads 54 mit einer einer vollständigen Umdrehung des Schneckenrads entsprechenden Periodenlänge entspricht.
  • Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verbundwerkzeugs 100 mit einer gegenüber der im Ausführungsbeispiel aus Fig. 1a alternativ gestalteten Antriebsvorrichtung 50.
  • Der Aufbau des Verbundwerkzeugs 100 in den Bereichen um die Matrize 10 und den Werkzeugmeißel 20 bzw. die Meißelspitze 21 entspricht im Wesentlichen dem bereits beschriebenen Aufbau des Verbundwerkzeugs aus Fig. 1a, weswegen hierzu keine wiederholten Beschreibungen erfolgen.
  • Auch die alternative Antriebsvorrichtung 50 im gezeigten Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform des Verbundwerkzeugs 100 umfasst einen elektrisch betriebenen Elektromotor 51, sowie eine erste und eine zweite Getriebestufe 52a und 52b, über die eine vom Elektromotor 51 bereitgestellte rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung einer Trägerwelle 22 des Werkzeugmeißels 20 umgewandelt wird, an deren linkem Ende ein zum Durchdringen von Blechelementen ausgelegter Werkzeugmeißel 21 befestigt ist (siehe auch Fig. 1a).
  • Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel aus Fig. 1a erfolgt die Umwandlung der rotatorischen Bewegung in die translatorischen Bewegung vorliegend nicht über einen Kurbeltriebmechanismus, sondern über eine die zweite Getriebestufe 52b bildende Kombination aus einer Spindel 57 und einer Spindelmutter 56, die über eine Trapezgewindepaarung 58 im Eingriff stehen.
  • Die Spindel 57 ist dabei als Teil des Werkzeugmeißels 20 ausgeführt, der wie auch im vorherigen Ausführungsbeispiel aus Fig. 1a durch verdrehgesicherte Linearführungslager 24 relativ zu einem Gehäuse 40 des Verbundwerkzeugs 100 in einer ersten Bewegungsrichtung X verschiebbar gelagert ist.
  • Die Spindelmutter 56 ist bezüglich des Gehäuses 40 des Verbundwerkzeugs 100 über Wälzlager drehbar gelagert, wobei eine Rotationsachse für Verdreh- bzw. Rotationsbewegungen der Spindelmutter 56 im gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zur ersten Bewegungsrichtung X verläuft.
  • Die erste Getriebestufe 52a umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Zahnräder, über die ausgehend vom Elektromotor eine rotatorische Bewegung auf die Spindelmutter 56 übertragen wird, infolge derer die Spindel 57 und damit der gesamte Werkzeugmeißel 20 translatorisch entlang der ersten Bewegungsrichtung X bewegt werden.
  • Die Bereitstellung der Kombination aus der Spindel 57 und der Spindelmutter 56 gestattet in vorteilhafter Weise aus einer konstanten rotatorischen Bewegung im Sinne einer gleichbleibenden Drehzahl eine im Wesentlichen gleichmäßige translatorische Bewegung des Werkzeugmeißels 20 mit konstanter Bewegungsgeschwindigkeit entlang (oder gegen) die erste Bewegungsrichtung X bereitzustellen. Zudem kann eine Anfangsposition und eine Endposition des Werkzeugmeißels 20 im Zuge eines Durchdringungsvorgangs gegenüber den Ausführungsformen aus den Fig. 1a und 1b, bei denen Anfangs- und Endposition per se durch den Durchmesser des dortigen Schneckenrads sowie durch die Position des exzentrisch angeordneten Verbindungselements vorgegeben werden, zumindest in gewissen Grenzen nachjustiert bzw. eingestellt werden, sofern dabei die Trapezgewindepaarung 58 stets aufrechterhalten wird.
  • Weiterhin kann die zweite Getriebestufe 52b mit vergleichsweise kompakter Bauform bereitgestellt werden und trotzdem die zum Durchdringen von Blechelementen erforderliche Kraft aufbringen.
  • Je nach Rotationsrichtung der Spindelmutter 56 bewegt sich der Werkzeugmeißel 20 dabei entweder vor (in Richtung der ersten Bewegungsrichtung X, welches der positiven X-Richtung entspricht) oder zurück (entgegen der ersten Bewegungsrichtung X, welches der negativen X-Richtung entspricht).
  • Um ausgehend von einer Ausgangsstellung bzw. Anfangsposition die Meißelspitze 21 des Werkzeugmeißels 20 zum Erreichen der Endposition in die Matrize 10 einzuführen und im Anschluss wieder in die Ausgangsstellung zurückzuziehen ist eine mit dem Elektromotor 51 verbundene Steuereinheit 32 derart eingerichtet, dass diese in Abhängigkeit einer durch einen an der Spindel 56 angeordneten Positionssensor 59 erfassten Position des Werkzeugmeißels 20 in Bezug auf die erste Bewegungsrichtung X eine Rotationsrichtung des Elektromotors 51 umkehrt, sobald der Werkzeugmeißel 20 bzw. die Meißelspitze 21 die vordefinierte Endposition erreicht hat.
  • Eine die Bewegung des Werkzeugmeißels 20 einleitender Steuerbefehl der Steuereinheit 32 an den Elektromotor 51 wird hierbei (wie auch im Ausführungsbeispiel in Fig. la) durch eine Betätigung eines Betätigungshebels 31 durch einen Benutzer initiiert.
  • Der übrige Aufbau des Verbundwerkzeugs 100 entspricht im Wesentlichen dem des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1a, wobei ergänzend eine einen Halteabschnitt 41 des Gehäuses 40 zumindest teilweise umfassende Hand 300 eines Benutzers dargestellt ist.
  • Konturen des Halteabschnitts 41 sind in vorteilhafter Weise an Konturen der Hand 300 des Benutzers angepasst, um die Halteposition vorzugeben und die Haptik bei der Handhabung zu verbessern, wobei eine Betätigung des Betätigungshebels 31 durch einen Zeigefinger der Hand 300 des Benutzers vorgesehen ist.
  • Der Halteabschnitt 41 ist in Bezug auf die erste Bewegungsrichtung X derart ausgestaltet, dass im Zuge einer Handhabung des Verbundwerkzeugs 100 mit durch die Hand 300 des Benutzers umfasstem Halteabschnitts 41 eine Längsachse des zugehörigen Unterarms 301 im Wesentlichen parallel zur ersten Bewegungsrichtung X verläuft.
  • Auf diese Weise wird die Meißelspitze 21 des Werkzeugmeißel 20 im Wesentlichen in Verlängerung bzw. parallel zum Unterarm 301 des Benutzers bewegt, was eine erleichterte Handhabung beim zweckmäßigen Einsatz des Verbundwerkzeugs 100 zum Verbinden von Blechelementen gestattet.
  • So kann die benutzerspezifische Reichweite bei der Handhabung des Verbundwerkzeugs 100 maximal gehalten werden, ohne den Benutzungskomfort einzuschränken.
  • Weiterhin wird dadurch die Handhabung an schwer zugänglichen Stellen sowie eine Positionierung der Matrize 10 an den zu verbindenden Blechelementen erleichtert.
  • Fig. 3a und Fig. 3b zeigen in einer jeweiligen Querschnittsdarstellung verschiedene Stadien eines exemplarischen Durchdringungsvorgangs von Blechelementen 200 durch eine Meißelspitze 21 eines Werkzeugmeißels 20 im Zuge einer translatorischen Bewegung des Werkzeugmeißels 20 in Richtung einer ersten Bewegungsrichtung X auf eine Matrize 10 mit einer exemplarischen Anlegekontur 11, wie dies auch beim zweckmäßigen Einsatz der in den Fig. 1a und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verbundwerkzeugs der Fall ist.
  • Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen in den Fig. 1a und 2 sind Matrize 10 und bügelförmige Matrizenhalter dabei als ein Bauteil ausgeführt, wobei die nachfolgende Beschreibung analog auch auf den Einsatz der bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele zutrifft.
  • Fig. 3a zeigt eine Ausgangsstellung, in der zwei miteinander zu verbindende Blechelemente 200 zwischen der Matrize 10 und dem Werkzeugmeißel 20 bzw. der Meißelspitze 21 des Werkzeugmeißels 20 angeordnet sind.
  • Im Zuge einer Bewegung des Werkzeugmeißels 20 in Richtung der ersten Bewegungsrichtung X bis zum Erreichen einer in Fig. 3b gezeigten Endposition durchdringt die Meißelspitze 21 die paarweise angeordneten Blechelemente 200 derart, dass Teilbereiche 200a der Blechelemente 200 um eine Durchdringungsstelle durch plastische Verformung, insbesondere durch plastische Biegung, an eine Anlegekontur 11 der Matrize 10 zur Anlage gebracht werden.
  • Fig. 3b zeigt die plastisch fertig verformten Teilbereiche 200a, die durch die exemplarische Anlegekontur 11 im Wesentlichen um 90° ausgehend von ihren ursprünglichen Orientierungen in den Blechelementen 200 umgebogen wurden, um so in vorteilhafter Weise eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Blechelementen 200 herzustellen.
  • Die Anlegekontur 11 bestimmt dabei im Zusammenspiel mit einer ggfs. auf diese angepasste Außenkontur der Meißelspitze 21 maßgeblich die Verformung der Teilbereiche 200a der Blechelemente 200 und ist keineswegs auf das rechtwinklige Profil im gezeigten Querschnitt beschränkt. Je nach Ausgestaltung der Anlegekontur 11 können unterschiedliche Biegewinkel und auch Biegeformen der plastisch zu verformenden Teilbereiche 200a der Blechelemente 200 umgesetzt werden, um den formschlüssigen Verbund derselbigen weiter zu verbessern.
  • So zeigt Fig. 3c in einer Querschnittsdarstellung ein Endstadium eines Durchdringungsvorgangs von Blechelementen 200 durch eine Meißelspitze 21 eines Werkzeugmeißels 20, wobei im Gegensatz zu den in Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsbeispielen eine Matrize 10 mit einer alternativen Anlegekontur 11 zum Einsatz kommt.
  • Die Anlegekontur 11 weistim gezeigten Querschnitt ein im Wesentlichen trapezförmiges Profil auf und sorgt im Zusammenspiel mit der Meißelspitze 21 dafür, dass Teilbereiche 200a der Blechelemente 200 ausgehend von ihren ursprünglichen Orientierungen um Winkel größer 90° umgebogen werden, wodurch im Vergleich zu Fig. 3b ein verbesserter formschlüssiger Verbund zwischen den Blechelementen erzielt wird.
  • Hinsichtlich eines anschließenden Loslösens der Matrize 10 von den formschlüssig verbundenen Blechelementen 200 mit an der Anlegekontur 11 anliegenden Teilbereichen 200a sei angemerkt, dass die Matrize 10 beispielsweise in einer zur gezeigten Querschnittsebene senkrecht stehenden Richtung aus dem Durchdringungsbereich entfernt werden kann, nachdem der Werkzeugmeißel 20 wieder zurück in seine Ausgangsstellung verfahren wurde.
  • Der jeweils in den Fig. 3b und 3c gezeigte, über das erfindungsgemäße Verbundwerkzeug hergestellte formschlüssige Verbund der Blechelemente 200 verhindert dabei zuverlässig eine gegeneinander gerichtete Relativbewegung der einzelnen Blechelemente 200, sodass deren relative Ausrichtung und Position im Wesentlichen konstant bleiben.
  • Auf die beschriebene Weise können so besonders schnell und zuverlässig Verbindungen von mehreren, meist standardisiert ausgeführten Blechelementen 200, bei denen es sich insbesondere um aus Blech gefertigte Profilelemente mit üblicherweise L- oder U-förmigen Querschnittsprofilen handelt, hergestellt werden, um so ein durch diese Blechelemente gebildetes Tragwerk im Zuge von Trockenbauarbeiten bereitzustellen, was sich als besonders vorteilhaft im Zusammenspiel mit der elektrisch betriebenen Antriebsvorrichtung des erfindungsgemäßen Verbundwerkzeugs erweist, welche einen örtlich ungebundenen und von der Kraft eines Benutzers unabhängigen Einsatz mit hoher Durchsatzrate der formschlüssig herzustellenden Verbindungen erlaubt.
  • Im Anschluss an die Bereitstellung eines auf die zuvor beschriebene Weise zusammengesetzten Tragwerks erfolgt daran eine Montage von Trockenbauplatten zur Verwirklichung eines Trockenbauelements, wie beispielsweise einer Trockenbauwand.
  • Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowie deren Vorteile detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es wird erneut hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt ist. Die Erfindung umfasst weiterhin Modifikationen der genannten Ausführungsbeispiele, insbesondere diejenigen, die aus Modifikationen und/oder Kombinationen einzelner oder mehrerer Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche hervorgehen.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 10
    Matrize
    11
    Anlegekontur der Matrize
    12
    Matrizenhalter
    13
    Arretierschraube
    14
    Nadellager
    20
    Werkzeugmeißel
    21
    Meißelspitze
    22
    Trägerwelle
    23
    Gewindepaarung Meißelspitze und Trägerwelle
    24
    verdrehgesichertes Linearführungslager
    30
    Akkumulator
    31
    Betätigungshebel
    32
    Steuereinheit
    40
    Gehäuse
    41
    Halteabschnitt
    50
    Antriebsvorrichtung
    51
    Elektromotor
    52a
    erste Getriebestufe
    52b
    zweite Getriebestufe
    53
    Schneckenwelle
    54
    Schneckenrad
    54a
    exzentrischer Zapfen
    55a
    Pleuelstange
    55b
    Gleitführung
    56
    Spindelmutter
    57
    Spindel
    58
    Paarung Trapezgewinde
    59
    Positionssensor
    100
    Verbundwerkzeug
    200
    Blechelement
    200a
    umgebogener, plastisch verformter Teilbereich
    300
    Hand des Benutzers
    301
    Unterarm des Benutzers
    X
    erste Bewegungsrichtung

Claims (14)

  1. Verbundwerkzeug (100) zum Verbinden von Blechelementen (200), insbesondere für den Einsatz durch einen Benutzer im Rahmen von Trockenbauarbeiten, mit einem Matrizenelement (10) und einem Werkzeugmeißel (20),
    wobei das Verbundwerkzeug (100) eingerichtet ist, den Werkzeugmeißel (20) aus einer Ausgangsstellung heraus translatorisch entlang einer ersten Bewegungsrichtung (X) in das Matrizenelement (10) einzuführen und im Zuge dessen in der Ausgangsstellung zwischen dem Werkzeugmeißel (20) und dem Matrizenelement (10) angeordnete Blechelemente (200) zu durchdringen, wobei Teilbereiche (200a) der durchdrungenen Blechelemente (200) durch umbiegende plastische Verformung an einer Kontur (11) des Matrizenelements (10) zur Anlage gebracht werden,
    dergestalt, dass über die plastisch verformten Teilbereiche (200a) eine formschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Blechelementen (200) hergestellt wird,
    gekennzeichnet, durch
    eine elektrisch betriebene Antriebsvorrichtung (50), die dazu eingerichtet ist, den Werkzeugmeißel (20) entlang der ersten Bewegungsrichtung (X) vor und zurück zu bewegen und eine zum Durchdringen der Blechelemente (200) erforderliche Kraft bereitzustellen.
  2. Verbundwerkzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundwerkzeug (100) eine Energiespeichervorrichtung (30) umfasst, die zur Speicherung von elektrischer Energie und zur Versorgung der Antriebsvorrichtung (50) mit elektrischer Energie eingerichtet ist, wobei die Energiespeichervorrichtung (30) insbesondere ein wieder aufladbarer Akkumulator ist.
  3. Verbundwerkzeug (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichervorrichtung (30) lösbar mit einem Gehäuse (40) des Verbundwerkzeugs (100) verbunden ist, dergestalt, dass die Energiespeichervorrichtung (30) vollständig vom Verbundwerkzeug (100) entkoppelt werden kann.
  4. Verbundwerkzeug (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (50) eine eine rotatorische Bewegung bereitstellende Antriebseinheit (51) und ein Übersetzungsgetriebe (52a, 52b) umfasst, wobei das Übersetzungsgetriebe (52a, 52b) ausgeführt ist, die bereitgestellte rotatorische Bewegung der Antriebseinheit (51) in die translatorische Bewegung des Werkzeugmeißels (20) entlang der ersten Bewegungsrichtung (X) zu übersetzen.
  5. Verbundwerkzeug (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (52a, 52b) eine Kurbeltriebübersetzung mit einem über die Antriebseinheit rotatorisch angetriebenen Kurbelelement (54) und einem daran angekoppelten Verbindungselement (55a; 55b) zur Übertragung der translatorischen Bewegung auf den Werkzeugmeißel (20) umfasst.
  6. Verbundwerkzeug (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement eine sowohl mit dem Kurbelelement (54) als auch mit dem Werkzeugmeißel (20) drehbar verbundene Pleuelstange (55a) ist.
  7. Verbundwerkzeug (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbeltriebübersetzung als Scotch-Yoke-Kurbeltrieb ausgeführt ist, wobei das Verbindungselement als Gleitführung (55b) für einen exzentrisch angeordneten Zapfen (54a) des Kurbelelements (54) ausgeführt ist.
  8. Verbundwerkzeug (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (52a, 52b) eine Spindel (57) und eine mit dieser im Eingriff stehende Spindelmutter (56) umfasst, die derart angeordnet sind, dass eine Rotation der Spindel (57) in eine Längsbewegung der Spindelmutter (56) entlang der ersten Bewegungsrichtung (X) übersetzt wird, oder
    dass eine Rotation der Spindelmutter (56) in eine Längsbewegung der Spindel (57) entlang der ersten Bewegungsrichtung (X) übersetzt wird.
  9. Verbundwerkzeug (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (52a, 52b) ferner ein Schneckengetriebe (53, 54) mit einer durch die Antriebseinheit (51) angetriebenen Schneckenwelle (53) und einem mit der Schneckenwelle (53) im Eingriff stehenden Schneckenrad (54) umfasst.
  10. Verbundwerkzeug (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrizenelement (10) an einem bügelförmig gestalteten Matrizenhalter (11) befestigt ist, der mit dem Gehäuse (40) des Verbundwerkzeugs (100) verbunden ist, dergestalt, dass in der Ausgangsstellung der Werkzeugmeißel (20) und das Matrizenelement (10) derart voneinander beabstandet sind, dass dazwischen Blechelemente (200) vordefinierter Breite und Dicke anordbar sind.
  11. Verbundwerkzeug (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrizenelement (10) und/oder der Matrizenhalter (11) austauschbar sind.
  12. Verbundwerkzeug (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrizenhalter (11) relativ zum Gehäuse (40) des Verbundwerkzeugs (100) um eine Rotationsachse, die insbesondere entlang oder parallel zu der ersten Bewegungsrichtung (X) verläuft, verdrehbar ist, und/oder
    dass der Matrizenhalter (11) relativ zum Gehäuse (400) des Verbundwerkzeugs (100) vor und zurück entlang einer zweiten Bewegungsrichtung, die insbesondere parallel zur ersten Bewegungsrichtung (X) verläuft, verschiebbar ist.
  13. Verbundwerkzeug (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugmeißel (20) eine zum Durchdringen der Blechelemente (200) ausgelegte Meißelspitze (21) umfasst, die lösbar mit einem bezüglich des Gehäuses (40) entlang der ersten Bewegungsrichtung (X) verschiebbar gelagerten Trägerelement (22) des Werkzeugmeißels (20) verbunden ist, insbesondere über eine Gewindepaarung (23).
  14. Verbundwerkzeug (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (400) des Verbundwerkzeugs (100) einen von einer Hand (300) des Benutzers umschließbaren Halteabschnitt (41) umfasst, der als Schnittstelle zwischen dem Benutzer und dem Verbundwerkzeug (100) im Zuge einer Handhabung fungiert, wobei der Halteabschnitt (41) derart ausgeführt ist, dass in einem durch den Benutzer im Zuge der Handhabung gehaltenen Zustand die erste Bewegungsrichtung (X) im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse eines Mittelhandknochens eines Mittelfingers der Hand (300) des Benutzers und/oder im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des zur Hand (300) zugehörigen Unterarms (301) des Benutzers verläuft.
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