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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebssteuerung eines tragbaren,
brennkraftbetriebenen Arbeitsgeräts
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie ein Arbeitsgerät der genannten Art gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 8.
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Aus
der
DE 199 50 352
C2 ist bereits ein tragbares, brennkraftbetriebenes Arbeitsgerät bekannt,
das insbesondere als Setzgerät
für Befestigungselemente
ausgebildet sein kann, und das eine Brennkammer sowie eine Zuführeinrichtung
aufweist, durch die in einer Grund-Betriebsart vor jedem Zündvorgang
nur einmal Brennstoff der Brennkammer zuführbar ist, um darin ein Luft-Brennstoffgemisch
zu erzeugen, welches mittels einer Zündeinrichtung zündbar ist,
um einen Kolben anzutreiben.
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Bei
einem zum Beispiel als Gasnagelgerät ausgebildeten Arbeitsgerät wird Eintreibenergie durch
interne Verbrennung eines Luft-Brenngasgemisches erzeugt, wobei
die Eintreibenergie über
einen Kolben an ein Nagelelement übertragen wird. Das zündfähige Luft-Brenngasgemisch
wird durch Anpressen des Arbeitsgerätes bereitgestellt, etwa in einer
einzigen Brennkammer oder in jeder Teil-Brennkammer einer in mehrere
Teil-Brennkammern
unterteilten Brennkammer. Bei Betätigung eines Triggers bzw.
Abzughebels wird ein elektrischer Zündfunke erzeugt, welcher das
Luft-Brenngasgemisch entzündet
und somit den Verbrennungsprozess startet. Durch den Verbrennungsprozess
wird die chemisch gebundene Energie des Brennstoffs in physikalische
Energie umgewandelt. Dabei wird ein aus der Verbrennung des Luft-Brenngasgemisches resultierender
Druckanstieg durch die Kolbenfläche in
eine lineare Kraft umgesetzt, welche das Nagelelement in ein Substrat
eintreibt.
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Die
Eintreibenergie für
das Nagelelement ist damit direkt von der in die Brennkammer eingebrachten
chemisch gebundenen Energie und von deren Umsetzung in mechanisch
nutzbare Wärmeenergie abhängig. Letzteres
ist festgelegt durch das Verhältnis λ von gasförmigem Brennstoff
zu Luft, welches sich in allen Betriebszuständen des Arbeitsgerätes in einem
Bereich um λ =
1 befinden sollte. Um das Arbeitsgerät in einem breiten Temperaturbereich
einhergehend mit großen Änderungen
der Luftdichte einsetzen zu können,
müssen
daher die in die Brennkammer eingebrachte Brennstoffmasse und die
Luftmasse aneinander angepaßt
sein.
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Bei
bereits vorhandenen Gasnagelgeräten erfolgt
die Brennstoffzumessung z. B. durch eine oder mehrere Dosiereinrichtungen,
welche mechanisch oder elektronisch betätigt eine definierte, flüssige Brennstoffmenge
dosieren. Diese Brennstoffmenge wird durch eine Dosierkammer mit
fester Geometrie sowie durch die Temperatur des flüssigen Brennstoffes
bestimmt. Damit ist das zugemessene Brennstoffvolumen über den
gesamten Betriebsbereich annähernd
konstant. Die Einspritzung des flüssigen Brennstoffes in die
Brennkammer erfolgt in einem einfachen Takt vor dem Triggern des
Arbeitsgerätes bzw.
dem Setzen des Nagelelementes, indem die in je einer Dosierkammer
zugemessene Brennstoffmenge über
ein Dosierventil kontinuierlich ausgestoßen wird. Eine erneute Brennstoffzumessung
findet erst nach dem erfolgten Triggern des Arbeitsgerätes bzw.
Setzen des Nagelelementes statt.
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Eine
Regulierung der in die Brennkammer eingebrachten Luftmasse zur Einstellung
des Verhältnisses λ ist aufgrund
der diskontinuierlichen Strömung
der Luft im Gerätebetrieb
nur schwer zu realisieren. Zudem ändert sich die Luftdichte linear
zur Lufttemperatur, so daß sich
auch in gleichem Maße das
Brennstoff-Luftverhältnis λ ändert, wenn
die zugemessene Brennstoffmenge konstant bleibt. Außerdem wird
bei ungünstigen
Brennstoffdruckverhältnissen
bei Temperaturen um und unter 0 °C
nicht die vollständige
Gasmasse aus der bzw. den Dosierkammern ausgestoßen, was das Brennstoff-Luftverhältnis λ verschlechtert.
Dies hat eine Abnahme der Setzenergie zur Folge, da im zuerst genannten
Fall zuwenig Luftmasse und im zuletzt genannten Fall zuviel Luftmasse
zur Reaktion mit dem gasförmigen
Brennstoff und damit zur bestmöglichen
Energieumsetzung bereitsteht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zur Betriebssteuerung eines tragbaren, brennkraftbetriebenen
Arbeitsgerätes
zu schaffen, mit dem sich auch bei unterschiedlichen Betriebsparametern
und/oder Umgebungsbedingungen des Arbeitsgerätes durch einfache Maßnahmen
eine bestmögliche
Energieumsetzung erzielen läßt. Ziel
der Erfindung ist es darüber
hinaus, ein zur Durchführung
dieses Verfahrens geeignetes Arbeitsgerät bereitzustellen.
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Eine
verfahrensseitige Lösung
der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 angegeben. Dagegen findet sich die vorrichtungsseitige Lösung im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Ein
Verfahren zur Betriebssteuerung eines tragbaren, brennkraftbetriebenen
Arbeitsgerätes, insbesondere
eines Setzgerätes
für Befestigungselemente,
bei dem Brennstoff einer Brennkammer zugeführt und dort mit Luft vermischt
wird, um ein brennbares Luft-Brennstoffgemisch zu erhalten, welches anschließend gezündet wird,
zeichnet sich dadurch aus, daß eine
Auswahl zwischen einer Grund-Betriebsart, in der vor jedem Zündvorgang
nur einmal Brennstoff der Brennkammer zugeführt wird, und einer Intervalldosier-Betriebsart
erfolgt, in der vor jedem Zündvorgang
mehrmals nacheinander Brennstoff der Brennkammer zugeführt wird.
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Dadurch
kann in einfacher Weise das Verhältnis λ zwischen
gasförmigem
Brennstoff und Luft auf den Wert bei oder nahe 1 gebracht werden,
falls dies aufgrund von Betriebsparametern und/oder Umgebungsbedingungen
des Arbeitsgerätes
erforderlich sein sollte, um dadurch eine bestmögliche Energieumsetzung zu
erzielen.
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In
Abhängigkeit
der Betriebsparameter und/oder der Umgebungsbedingungen des Arbeitsgerätes kann
daher entschieden werden, ob die Intervalldosier-Betriebsart oder
die Grund-Betriebsart ausgewählt
wird. Dabei kann die Auswahl zwischen der Intervalldosier-Betriebsart
und der Grund-Betriebsart von Hand oder automatisch vorgenommen werden.
Als Brennstoff kann zum Beispiel Brenngas, auch flüssiges Brenngas,
zugeführt
werden.
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Die
Einrichtung zur Brennstoffzumessung und Brennstoffeinspritzung,
etwa ein Dosierkopf, wird bei normalem Gerätebetrieb, etwa bei einer Anwendungstemperatur
von 20 °C,
in einem einzelnen Vorgang manuell oder elektromechanisch betätigt. Hierbei
wird das sich in einer jeweiligen Dosierkammer befindliche Brennstoffvolumen über ein
Dosierventil in die Brennkammer des Arbeitsgeräts geführt. Weichen jedoch die Betriebsbedingungen
von den vorgesehenen Anwendungsbedingungen ab, liegt also zum Beispiel
die Anwendungstemperatur erheblich unterhalb von 20 °C, so kann
die Einrichtung zur Brennstoffzumessung und Brennstoffeinspritzung manuell
oder automatisch auf die Intervalldosier-Betriebsart umgeschaltet
werden. Die automatische Umschaltung könnte unter Verwendung thermischer oder
elektrischer Fühlerelemente
erfolgen. Bei der Intervalldosier-Betriebsart wird dann die Einrichtung zur
Brennstoffzumessung und Brennstoffeinspritzung vor jedem Zündvorgang
mehrfach betätigt.
Es wird also vor der Betätigung
eines Triggers bzw. dem Setzen eines Befestigungselementes das sich
in einer jeweiligen Dosierkammer befindliche Brennstoffvolumen über ein
Dosierventil in die Brennkammer des Arbeitsgerätes eingeleitet, wobei sich
dieser Vorgang mindestens einmal wiederholt. Dabei wird vor jeder
Einleitung die jeweilige Dosierkammer zur Brennstoffzumessung erneut
mit Brennstoff gefüllt. Insgesamt
läßt sich
also die Masse an gasförmigem Brennstoff
in der Brennkammer erhöhen,
um auch bei von den normalen Betriebsbedingungen abweichenden Betriebsbedingungen
wieder zum einem Verhältnis λ zwischen
Brennstoff und Luft zu kommen, das bei oder etwa nahe bei 1 liegt,
um auf diese Weise für
eine möglichst
hohe Energieumsetzung zu sorgen.
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Das
Zuführen
des Brenngases in die Brennkammer bzw. die Teil-Brennkammern kann
dadurch erfolgen, daß gasförmiges Brenngas
unmittelbar in die Brennkammern eingeleitet wird. Es ist aber auch möglich, in
die Brennkammer bzw. die Teil-Brennkammern flüssiges Brenngas einzuspritzen,
das zuvor flüssig
dosiert worden ist. Beim Einspritzen des Brenngases in die Brennkammer
bzw. die Teil-Brennkammern verdampft dieses, wodurch gasförmiges Brenngas
bereitgestellt wird.
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Dabei
können
nach einer Weiterbildung der Erfindung in der Intervalldosier-Betriebsart
aufeinanderfolgende Dosierzyklen in ihrer Länge zunehmen. Dies ist insbesondere
vorteilhaft bei der Einspritzung von flüssigem Brenngas, da beim ersten
Einspritzzyklus aufgrund der entzogenen Verdampfungswärme das
Dosierventil relativ stark abkühlt.
Wird das Dosierventil beim zweiten Einspritzzyklus erneut mit flüssigem Brenngas
gefüllt,
kann dieses aufgrund der jetzt relativ niedrigen Temperatur nicht
mehr so schnell verdampfen, so daß das Dosierventil in Richtung
Brennkammer länger
offengehalten wird, um einen möglichst
vollständigen
Austritt der vordosierten Brenngasmenge zu ermöglichen.
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Ein
tragbares, brennkraftbetriebenes Arbeitsgerät, insbesondere Setzgerät für Befestigungselemente
mit einer Brennkammer und einer Zuführeinrichtung, durch die in
einer Grund-Betriebsart vor jedem Zündvorgang nur einmal Brennstoff
der Brennkammer zuführbar
ist, um darin ein Luft-Brennstoffgemisch zu erzeugen, welches mittels
einer Zündeinrichtung
zündbar
ist, um einen Kolben anzutreiben, zeichnet sich aus durch eine Steuereinrichtung,
die in einer Intervalldosier-Betriebsart die Zuführeinrichtung so ansteuert,
daß diese
vor jedem Zündvorgang mehrmals
Brennstoff der Brennkammer zuführt,
wobei zur Umschaltung zwischen der Intervalldosier-Betriebsart und
der Grund-Betriebsart ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen, die
z.B. in Abhängigkeit
von Betriebsparametern und/oder Umgebungsbedingungen des Arbeitsgeräts manuell
oder automatisch steuerbar ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Zuführeinrichtung
wenigstens ein Dosierventil auf, mit dem gasförmiger Brennstoff zuführbar ist,
das sich aber auch zum Ausspritzen einer dosierten Menge an flüssigem Brenngas
in die Brennkammer eignet. Durch Verwendung des Dosierventils kann
somit eine relativ genaue Zumessung an in die Brennkammer einzuleitendem
Brenngas vorgenommen werden. Dabei kann das Dosierventil vorzugsweise
in einem bewegbaren Dosierkopf untergebracht sein, der mittels der
Steuereinrichtung verschiebbar ist, um dadurch das Dosierventil
zu öffnen
bzw. zu schließen. Über die
Bewegung des Dosierkopfes erfolgt also die Steuerung des Dosierventils,
etwa in der Weise, daß der
Dosierkopf auf die Brennkammer zu bzw. von dieser weg verschiebbar ist,
so daß durch
ihn das Dosierventil geöffnet
wird, wenn dieses gegen die Brennkammer gedrückt wird, und umgekehrt. Auch
andere Bewegungsrichtungen sind möglich, um eine Relativverschiebung
zwischen Dosierkopf und Dosierventil zwecks Öffnen und Schließen des
Dosierventils zu erhalten.
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Dabei
kann nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Steuereinrichtung
Nockenscheiben zur Verschiebung des Dosierkopfes aufweisen. Über diese
erfolgt der Antrieb des Dosierkopfes, etwa beim Andrükken des
Arbeitsgerätes
gegen einen Gegenstand. In diesem Fall wird die lineare Andruckbewegung
des Arbeitsgerätes
in eine Drehbewegung der Nockenscheiben umgesetzt, die dann ihrerseits
den Dosierkopf verschieben.
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In
noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinrichtung
wenigstens zwei Nockenscheiben aufweisen, von denen die eine nur einen
Nocken und die andere zwei oder mehrere Nocken aufweist. Auch könnten mehr
als zwei Nockenscheiben vorhanden sein, etwa eine mit einem Nocken,
eine zweite mit zwei Nocken, eine dritte mit drei Nocken usw., so
daß nicht
nur eine Intervalldosier-Betriebsart möglich ist, sondern mehrere
mit jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Dosierintervallen.
Dabei kann mittels der genannten Umschalteinrichtung jeweils eine
der Nockenscheiben in Kontakt mit dem Dosierkopf gebracht werden,
um jeweils eine der erwähnten
Betriebsarten auszuwählen.
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Natürlich können die
Dosierintervalle in der Intervalldosier-Betriebsart auch durch Verwendung anderer
geeigneter Mittel gesteuert werden. Es müssen nicht unbedingt Nockenscheiben
zu diesem Zweck zum Einsatz kommen. Als weiteres Beispiel sei erwähnt, die
Dosierventile so auszubilden, daß sie über einen Elektromagneten verschiebbar
sind, um geöffnet
oder verschlossen zu werden, wobei der Elektromagnet entsprechende
Stellsignale von der Steuereinrichtung empfängt.
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Es
wurde bereits erwähnt,
daß zwischen
einer Grund-Betriebsart und der Intervalldosier-Betriebsart umgeschaltet
werden kann, und zwar mit Hilfe der genannten Umschalteinrichtung.
Bei dieser Umschalteinrichtung kann es sich um eine manuell betätigbare
Einrichtung handeln, so daß ein
Benutzer bei Bedarf von Hand die jeweilige Betriebsart auswählen bzw.
einstellen kann. Möglich
ist aber auch die Verwendung einer oder mehrerer Sensoreinrichtungen,
die in Abhängigkeit
von Betriebsparametern und/oder Umgebungsbedingungen des Arbeitsgeräts wenigstens
ein Sensorsignal zur Auswahl der Betriebsart liefern. Durch das
Sensorsignal könnte
dann bei sich ändernden
Betriebsparametern und/oder Umgebungsbedingungen die Umschalteinrichtung zur
entsprechenden Umschaltung der Betriebsart aktiviert werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch ein brennkraftbetriebenes Arbeitsgerät mit Intervalldosier-Betriebsart;
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2 einen
Querschnitt durch das Gerät nach 1 im
Bereich seiner Brennkammer;
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3 bis 5 jeweils
Längs-
und Querschnitte gemäß den 1 und 2 zur
Erläuterung der
Intervalldosier-Betriebsart;
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6 und 7 jeweils
Längs-
und Querschnitte gemäß den 1 und 2 zur
Erläuterung der
Grund-Betriebsart;
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8 einen
Schnitt durch einen Dosierkopf, der beim erfindungsgemäßen Arbeitsgerät zum Einsatz
kommen kann;
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9 und 10 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Arbeitsgerätes mit
Intervalldosier-Betriebsart, wobei Dosierventile elektromagnetisch
betätigbar
sind;
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11 einen
elektrischen Steuerzyklus für die
Intervalldosier-Betriebsart des Gerätes nach den 9 und 10;
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12 einen
elektrischen Steuerzyklus für die
Grund-Betriebsart des Gerätes
nach den 9 und 10; und
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13 eine
Ausführungsform
des Gerätes nach
den 9 und 10 mit sensorsignalabhängiger Umschaltung
der Betriebsarten.
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Die 1 zeigt
einen Axialschnitt durch ein brennkraftbetriebenes Setzgerät für Befestigungselemente
entlang der Linie A-A in 2, die einen zugeordneten Querschnitt
des Setzgeräts
im Bereich seiner Brennkammer zeigt. Entsprechend den 1 und 2 enthält das Setzgerät eine zylindrisch
ausgebildete Brennkammer 1 mit einer Zylinderwandung 2 und
einer sich daran anschließenden
ringförmigen Bodenwand 3.
Im Zentrum der Bodenwand 3 befindet sich eine Öffnung 4,
an die sich ein Führungszylinder 5 anschließt, der
eine Zylinderwand 6 und eine Bodenwand 7 aufweist.
Innerhalb des Führungszylinders 5 ist
ein Kolben 8 gleitend verschiebbar gelagert, und zwar in
Längsrichtung
des Führungszylinders 5.
Der Kolben 8 besteht aus einer Kolbenplatte 9,
die zur Brennkammer 1 weist, sowie aus einer mit der Kolbenplatte 9 mittig
verbundenen Kolbenstange 10, die durch eine Durchgangsöffnung 11 in
der Bodenwand 7 zu einem Teil aus dem Führungszylinder 5 herausragt.
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In
der 1 befindet sich der Kolben 8 in seiner
zurückgeführten Ruhestellung,
in der das Setzgerät
nicht in Betrieb ist. Die der Brennkammer 1 zugewandte
Seite der Kolbenplatte 9 schließt mehr oder weniger mit der
Innenseite der Bodenwand 3 ab, und die Kolbenstange 10 überragt
nur ein wenig die Bodenwand 7 nach außen. Dichtungsringe 12, 13 am äußeren Umfang
der Kolbenplatte 9 bzw. am Innenumfang der Zylinderwand 6 können vorgesehen
sein, um die Räume
zu beiden Seiten der Kolbenplatte 9 gegeneinander abzudichten.
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Innerhalb
der Brennkammer 1 befindet sich eine Zylinderplatte 14,
die als bewegbare Brennkammerwand bezeichnet werden kann. Die Brennkammerwand 14 ist
in Längsrichtung
der Brennkammer 1 verschiebbar und weist an ihrem äußeren Umfangsrand
eine ringförmige
Dichtung 15 auf, um die Räume vor und hinter der Brennkammerwand 14 abzudichten.
Ferner weist die Brennkammerwand 14 eine zentrale Durchgangsöffnung 16 mit
ringförmiger
Umfangsdichtung 17 auf.
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Zwischen
der Brennkammerwand 14 und der Bodenwand 3 befindet
sich eine weitere Trennplatte 18. Die Trennplatte 18 ist
ebenfalls kreisförmig
ausgebildet und weist einen Außendurchmesser
auf, der dem Innendurchmesser der Brennkammer 1 entspricht.
An der zur Brennkammerwand 14 weisenden Seite ist die Trennplatte 18 mit
einem zylindrischen Ansatz 19 verbunden, der durch die
zentrale Durchgangsöffnung 16 der
Brennkammerwand 14 hindurchragt und dessen Länge einem
Mehrfachen der Dicke der Brennkammerwand 14 entspricht.
Die Umfangsdichtung 17 schmiegt sich dabei dicht an die Außenumfangsfläche des
zylindrischen Ansatzes 19 an. An seinem freien Ende weist
der zylindrische Ansatz 19 einen seinen Umfang überragenden
ringförmigen
Ansatz 20 auf. Der Außendurchmesser
dieses ringförmigen
Ansatzes 20 ist größer als
der Innendurchmesser durch Durchgangsöffnung 16. Im Ruhezustand
des Setzgeräts
liegt die Trennplatte 18 auf der Bodenwand 3,
und die Brennkammerwand 14 liegt auf der Trennplatte 18.
Wird ausgehend von diesem Zustand die Brennkammerwand 14 von
der Bodenwand 3 wegbewegt, so nimmt sie nach einer gewissen
Zeit über
den ringförmigen
Ansatz 20 die Trennplatte 18 mit. Dabei liegen
dann die Brennkammerwand 14 und die Trennplatte 18 in
einem vorbestimmten Abstand zueinander, der durch die Lage des ringförmigen Ansatzes 20 bestimmt
ist. Die Brennkammerwand 14 und die Trennplatte 18 bilden jetzt
eine sogenannte Vorkammer. Es handelt sich hierbei um eine Teil-Brennkammer
der Brennkammer 1. Diese Vorkammer trägt das Bezugszeichen 21. Wird
die Brennkammerwand 14 noch weiter angehoben, bewegen sich
Brennkammerwand 14 und Trennplatte 18 parallel
zueinander, so daß sich
zwischen Trennplatte 18 und Bodenwand 3 bzw. Kolbenplatte 9 eine
weitere Teil-Brennkammer aufspannt, die als Hauptkammer bezeichnet
wird. Diese Teil-Brennkammer bzw. Hauptkammer trägt das Bezugszeichen 22.
Der voll aufgespannte Zustand beider Brennkammern 21, 22 ist
in 1 gezeigt. Die Bewegung der Brennkammerwand 14 vom
Kolben 8 weg erfolgt über
Stellmittel beim Anpressen des Setzgeräts mit seiner Spitze gegen
einen Gegenstand und ist begrenzt.
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Innerhalb
des Ansatzes 19 ist eine elektrische Zündvorrichtung 23 angeordnet.
Wird jetzt ein in der Vorkammer 21 und in der Hauptkammer 22 vorhandenes
brennbares Luft-Brenngasgemisch mit Hilfe der Zündvorrichtung 23 gezündet, so
beginnt das durch Dosierung voreingestellte Gemisch aus Luft und
Brenngas zunächst
in der Vorkammer 21 laminar zu verbrennen, wobei sich die
Flammfront mit relativ langsamer Geschwindigkeit radial in Richtung
von in der Trennplatte 18 befindlichen Durchgangsöffnungen 24 ausbreitet.
Dabei schiebt sie unverbranntes Luft-Brenngasgemisch vor sich her,
welches durch die Durchgangsöffnungen 24 in
die Hauptkammer 22 gelangt und hier Turbulenz sowie eine
Vorkomprimierung erzeugt. Erreicht die Flammfront die Durchgangsöffnungen 24 zur
Hauptkammer 22, treten die Flammen, bedingt durch die relativ
kleinen Querschnitte der Durchgangsöffnungen 24, als Flammstrahlen
in die Hauptkammer 22 über
und erzeugen hier weitere Turbulenz. Das durchmischte turbulente Luft-Brenngasgemisch
in der Hauptkammer 22 wird dabei über die gesamte Oberfläche der
Flammstrahlen entzündet.
Es brennt jetzt mit einer hohen Geschwindigkeit, was zu einer starken
Erhöhung
des Wirkungsgrads der Verbrennung führt.
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Dadurch
wird der Kolben 8 beaufschlagt und bewegt sich mit hoher
Geschwindigkeit in Richtung zur Bodenwand 7, wobei gleichzeitig
die Luft aus dem Führungszylinder 5 durch
nicht dargestellte Auslaßöffnungen
nach außen
getrieben wird. Nach Setzung bzw. erfolgter Verbrennung des Luft-Brenngasgemisches
wird der Kolben 8 durch thermische Kolbenrückführung in
seine Ausgangsstellung zurückgebracht,
da durch Abkühlung
des in der Brennkammer 1 und im Führungszylinder 5 verbliebenen Rauchgases
ein Unterdruck hinter dem Kolben 8 erzeugt wird. Bis der
Kolben seine Ausgangsstellung wieder erreicht hat, bleibt die Brennkammer 1 dicht verschlossen.
Danach wird die Verriegelung der Brennkammerwand 14 aufgehoben
und es werden die Brennkammerwand 14 und die Trennplatte 18 durch
Federkraft in Richtung zur Bodenwand 3 bewegt. Über ein
nicht dargestelltes Auslaßventil
in der Bodenwand 3 sowie über die Durchgangsöffnungen 24 werden
dann die Abgase aus der Vorkammer 21 und der Hauptkammer 22 ausgetrieben.
Damit ist ein Setzzyklus beendet.
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Wie
bereits erwähnt,
wird zum Eintreiben eines Befestigungselements in einen Gegenstand
das Setzgerät
mit seiner Spitze gegen den Gegenstand gedrückt und auf den Gegenstand
zu verschoben. Diese lineare Verschiebung wird dazu ausgenutzt, die
Brennkammerwand 14 von der Bodenwand 3 wegzubewegen,
um die Teil-Brennkammern 21 und 22 aufzuspannen.
Die Wirkungslinie der entsprechenden Verschiebekraft ist in 1 mit
dem Pfeil 25 bezeichnet. Tatsächlich wird die Brennkammerwand 14 durch
entsprechend angeordnete Verschiebestangen verschoben, die hier
nicht im einzelnen gezeigt sind.
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Kurz
bevor beide Teil-Brennkammern 21, 22 insgesamt
den voll aufgespannten Zustand erreicht haben, werden diese mit
Brenngas dosiert, indem im vorliegenden Ausführungsbeispiel flüssiges Brenngas
separat in die jeweiligen Teil-Brennkammern 21, 22 eingespritzt
wird. Wie dies geschieht, wird nachfolgend näher erläutert.
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Entsprechend
der 1 befinden sich in der Zylinderwand 2 der
Brennkammer 1 zwei radiale Durchgangsöffnungen 26, 27,
die in Axialrichtung des Setzgeräts
voneinander beabstandet sind. In diese Durchgangsöffnungen 26, 27 ragen
von außen Ausgabekanäle 28, 29 von
Dosierventilen 30, 31 hinein, die sich in einem
Dosierkopf 32 befinden. Flüssiges Brenngas wird aus einer
Flasche 33 den im Dosierkopf 32 vorhandenen Dosierventilen 30, 31 zugeführt und
diese geben die dosierte Flüssiggasmenge dann über die
Ausgabekanäle 28, 29 aus,
wenn der Dosierkopf 32 in Richtung zur Zylinderwand 2 der Brennkammer 1 gedrückt wird
und damit die Ausgabekanäle 28, 29 nach
innen gefahren werden und die jeweiligen Dosierventile 30, 31 dadurch öffnen. Zu diesem
Zweck verjüngen
sich die radialen Durchgangsöffnungen 26, 27 in
Richtung zur Brennkammer 1, so daß Anschläge für die Ausgabekanäle 28, 29 erhalten
werden.
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Das
Andrücken
des Dosierkopfs 32 gegen die Zylinderwand 2 der
Brennkammer 1 erfolgt mit Hilfe einer Steuereinrichtung 34.
Sie ist sowohl in 1 als auch in 2 zu
erkennen.
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Die
Steuereinrichtung 34 weist zwei im Abstand voneinander
am äußeren Umfang
der Brennkammerwand 1 befestigte Trägerelemente 35, 36 auf,
zwischen denen eine Antriebsachse 37 drehbar gelagert ist.
Auf der Antriebsachse 37 zwischen den Trägerelementen 35, 36 sitzen
zwei im Abstand voneinander angeordnete Nockenscheiben 38, 39.
Im Schnitt gemäß 1 ist
die Nockenscheibe 39 zu erkennen. Sie weist zwei über ihren äußeren Umfang hervorstehende
Nocken 40, 41 auf, die gegen eine Stellnase 42 fahrbar
sind, welche sich an der rückwärtigen Seite
des Dosierkopfs 32 befindet, also an der Seite des Dosierkopfs 32,
die von der Brennkammer 1 weg weist. Die an dere Nockenscheibe 38 weist nur
einen über
ihren Umfang hervorstehenden Nocken 43 auf, der in den 6 und 7 zu
erkennen ist. Beide Nockenscheiben 38, 39 sind
in Längsrichtung
der Achse 37 durch eine Umschalteinrichtung 44 verschiebbar,
mit der jeweils eine der Nockenscheiben 38, 39 auf
die Stellnase 42 ausgerichtet werden kann. In den 1 und 2 ist
dies die Nockenscheibe 39.
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Wird
beim Andrücken
des Setzgeräts
gegen einen Gegenstand die Brennkammerwand 14 in Richtung
des Pfeils 25 durch nicht dargestellte Antriebsstangen
verschoben, so wird über
diese Verschiebekraft auch die Antriebsachse 37 gedreht,
und zwar entgegen dem Uhrzeigersinn in 1. Dabei werden
die Nockenscheiben 38, 39 entsprechend mitgenommen
bzw. gedreht. Wird in 1 die auf die Stellnase 42 ausgerichtete
Nockenscheibe 39 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so
wird die Stellnase 42 zuerst durch den Nocken 40 beaufschlagt
und dann durch den Nocken 41. Beide Male wird dabei der
Dosierkopf 32 in Richtung zur Brennkammerwand 1 gedrückt, so
daß die
Dosierventile zweimal betätigt
werden. Beim Zustand nach 1 sind zunächst beide
Dosierventile 30, 31 mit Flüssiggas befüllt, aber noch verschlossen.
Beaufschlagt jetzt der Nocken 40 die Stellnase 42,
so wird der Dosierkopf 32 in Richtung zur Brennkammer 1 bewegt,
so daß die
Dosierventile 30, 31 öffnen und das vordosierte Flüssiggas
in die Teil-Brennkammern 21, 22 eingespritzt wird.
Der Nocken 40 ist in Umfangsrichtung der Nockenscheibe 39 relativ
kurz, so daß der
entsprechende Einspritzvorgang ebenfalls zeitlich kurz ist. Danach
bewegt sich der Dosierkopf 32 von der Brennkammer 1 weg,
so daß die
Dosierventile 30, 31 wieder schließen und
neu mit Flüssiggas
befüllt
werden. Dann wird die Stellnase 42 durch den Nocken 41 beaufschlagt,
so daß jetzt
der Dosierkopf 32 für längere Zeit
gegen die Brennkammer 1 gedrückt wird und damit die Dosierventile 30, 31 längere Zeit öffnen, weil
der Nocken 41 in Umfangsrichtung der Nockenscheibe 39 länger ist
als der Nokken 40. Dabei wird erneut flüssiges Brenngas in die Teil-Brennkammern 21, 22 eingespritzt.
Erst nach Abschluß des zweiten
Einspritzvorgangs sind beide Teil-Brennkammern 21, 22 vollständig aufgespannt
und die Bewegung der Brennkammerwand 14 von der Bodenwand 3 weg
wird verriegelt. Jetzt kann eine Zündung mit Hilfe der Zündvorrichtung 23 erfolgen.
Bei der oben beschriebenen Betriebsart handelt es sich um die Intervalldosier-Betriebsart,
bei der vor jedem Zündvorgang
mehrmals Brenngas der Brennkammer zugeführt wird. Beschrieben wurden
nur zwei Dosierintervalle. Prinzipiell ist es aber auch möglich, mehr
als zwei Dosierungen durch entsprechende Erhöhung der Anzahl der Nocken
der Nockenscheibe 39 auszuführen.
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Durch
die Umschalteinrichtung 44 können die Nockenscheiben 38, 39 auf
der Antriebsachse 37 aber auch so axial verschoben werden,
daß jetzt
die Nokkenscheibe 38 in Kontakt mit der Stellnase 42 bringbar
ist, wenn die Antriebsachse 37 gedreht wird. Da die Nockenscheibe 38 nur
einen über
ihren Umfang vorstehenden Nocken 43 aufweist (siehe 6 und 7),
wird vor jedem Zündvorgang
nur einmal dosiert. In diesem Fall wird eine sogenannte Grund-Betriebsart
ausgeführt.
Welche der Betriebsarten gewählt
wird, ob also etwa die Grund-Betriebsart oder die Intervalldosier-Betriebsart,
bestimmt in diesem Fall der Anwender des Setzgeräts, so daß er die Umschalteinrichtung 44 entsprechend
betätigt. Natürlich könnte die
genannte Umschaltung zwischen den Betriebsarten auch automatisch
durchgeführt
werden, etwa in Abhängigkeit
von Umgebungsbedingungen oder Betriebsparametern des Setzgeräts.
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Die 3 bis 5 zeigen
nochmal einen Zyklus bei der Intervalldosier-Betriebsart für den Fall, daß einen
Nockenscheibe 39 mit zwei Nocken 40, 41 zum
Einsatz kommt, daß also
vor jedem Zündvorgang
zweimal dosiert wird. In 3 drückt der Nocken 40 die
Stellnase 42 und damit das Dosierventil 32 nach
unten, so daß zum
ersten Mal flüssiges Brenngas
aus den Dosierventilen 30, 31 in die Teil-Brennkammern 21, 22 gespritzt
wird. Die 4 zeigt den Zustand, bei dem
beide Dosierventile 30, 31 ausgangsseitig wieder
geschlossen sind. Die Stellnase 42 wird nicht betätigt und
der Dosierkopf 32 bleibt unverschoben. Die Dosierventile 30, 31 werden
jetzt wieder mit Flüssiggas
befüllt.
In 5 wird nach weiterer Drehung der Nockenscheibe 39 entgegen
dem Uhrzeigersinn die Stellnase 42 jetzt durch den Nocken 41 beaufschlagt,
so daß der
Dosierkopf 32 wieder gegen die Brennkammer 1 gedrückt wird. Die
Dosierventile 30, 31 öffnen, so daß zum zweiten Mal
flüssiges
Brenngas in die Teil-Brennkammern 21, 22 eingespritzt
wird. Danach erfolgt die Zündung.
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Die 6 und 7 zeigen
den Betriebsablauf bei der Grund-Betriebsart. Hier wird nur einmal flüssiges Brenngas
vor jedem Zündvorgang
in die Teil-Brennkammern 21, 22 eingespritzt.
In 6 wird die Stellnase 42 noch nicht betätigt, so
daß der
Dosierkopf 32 noch unverschoben ist. Die Dosier ventile 30, 31 werden
jetzt mit Flüssiggas
aus der Flasche 33 befüllt.
Nach Drehung der Nockenscheibe 38 entgegen dem Uhrzeigersinn
in 6 wird der Zustand nach 7 erreicht.
Der an der Nockenscheibe 38 vorhandene einzige Nocken 43 drückt jetzt über die Stellnase 42 den
Dosierkopf 32 in Richtung zur Brennkammer 1, so
daß beide
Dosierventile 30, 31 öffnen und das in ihnen vordosierte
Flüssiggas
in die Brennkammern 21, 22 gespritzt wird. Danach
erfolgt ein Zündvorgang.
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Der
Aufbau der in den 1 bis 7 verwendeten
Dosierventile ist im Prinzip bekannt, soll jedoch nochmal kurz anhand
der 8 erläutert
werden. Dosierkammern 30a, 30b der Dosierventile 30, 31 stehen über einen
Kanal 45 mit einem Hohlstutzen 46 des Dosierkopfs 32 in
Fluidverbindung, so daß sie mit
flüssigem
Brenngas aus der Gasflasche 33 befüllt werden, wenn die Auslässe 47, 48 nicht
innerhalb der Dosierkammern 30a, 30b zu liegen
kommen, also quasi verschlossen sind. In diesem Fall gelangt kein flüssiges Brenngas
in die Ausgabekanäle 28, 29. Flüssiges Brenngas
gelangt vielmehr aus der Flasche 33 über den Kanal 45 und
die Einlässe 49, 50 in die
Dosierkammern 30a, 30b. Damit erfolgt eine Dosierung
an flüssigem
Brenngas. Über
Druckfedern 51, 52, die sich am Boden der jeweiligen
Dosierventile 30, 31 abstützen, werden Ventilstößel 53, 54 so verschoben,
daß die
Auslässe 38, 39 immer
außerhalb
der Dosierkammern 30a, 30b zu liegen kommen, also
verschlossen sind. Wird der Dosierkopf 32 in Richtung zur
Brennkammer 1 gedrückt,
werden die Ausgabekanäle 28, 29 nach
innen verschoben, also entgegen der Kraft der Druckfedern 51, 52.
Dabei gelangen jetzt die Auslässe 47, 48 in
die Dosierkammern 30a, 30b, so daß jetzt
das in den Dosierkammern 30a, 30b vorhandene flüssige Brenngas über die
Auslässe 47, 48 in
die Ausgbekanäle 28, 29 gelangen
kann. Gleichzeitig werden die Einlässe 49, 50 verschlossen,
und zwar durch entsprechende Verdickungen 55, 56 auf
den Ventilstößeln 53, 54.
Bei Entlastung der Ausgabekanäle 28, 29 drücken die Druckfedern 51, 52 die
Ventilstößel 53, 54 wieder nach
vorn, so daß die
Auslässe 47, 48 wieder
schließen
und die Einlässe 49, 50 wieder öffnen. Mit
einem Kragen 57 kann der Dosierkopf 32 auf die
Stirnseite der Flasche 33 klemmend aufgesetzt werden.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in den 9 bis 13 dargestellt.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel sind
hier die Dosierventile 30, 31 elektromagnetisch betätigbar.
Sie sind mit Spu len 58, 59 ausgestattet, um die
jeweiligen Ventilstößel 60, 61 in
ihrer Längsrichtung
verschieben zu können,
um damit die Ventilauslässe
bzw. die Ausgabekanäle 28, 29 öffnen bzw. schließen zu können. Fließt Strom
durch die Spule 28, 29, werden die Ventilstößel 60, 61 angezogen,
so daß die
Ausgabekanäle 28, 29 nach
innen gefahren werden. Der Zustand entspricht demjenigen, bei dem der
Dosierkopf 32 in 1 gegen
die Brennkammer gedrückt
ist. Jetzt kann vordosiertes Flüssiggas
in die Teil-Brennkammern 21, 22 eingespritzt werden.
Wird der Strom durch die Spulen 58, 59 abgeschaltet,
drücken
Druckfedern 62, 63 die Ventilstößel 60, 61 wieder
in ihre Ausgangslage zurück
und verschließen die
Ausgabekanäle 28, 29.
Jetzt werden die Dosierkammern (30a, 30b in 8)
erneut mit flüssigem Brenngas über den
Kanal 45 befüllt.
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Wie
oft der Einspritzvorgang vor einem Zündvorgang ausgeführt wird,
hängt von
der ausgewählten
Betriebsart ab. In der Intervalldosier-Betriebsart werden somit
vor jedem Zündvorgang
die Spulen 58, 59 mehrmals vom Strom durchflossen, wie
die 11 zeigt. Hier ist die Spulenspannung Ui über die
Zeit aufgetragen. Dagegen wird in der Grundbetriebsart den Spulen 58, 59 nur
einmal Strom zugeführt,
so daß sie
vor einem Zündvorgang nur
einmal die Dosierventile 30, 31 zum Ausspritzen von
flüssigem
Gas öffnen.
Dies ist in 12 dargestellt.
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Die 13 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der die Betriebsarten automatisch in Abhängigkeit der Betriebstemperatur
des Arbeitsgeräts
ausgewählt
werden. Hier kommen wiederum elektromagnetisch betriebene Dosierventile
gemäß den 9 und 10 zum
Einsatz. Sie erhalten ihre Steuerspannung Ui von einem Mikroprozessor 64.
Die Betriebstemperatur des Arbeitsgeräts wird durch einen Temperatursensor 65 gemessen,
etwa im Bereich der Brennkammer 1 in der Nähe der Dosierventile 30, 31.
Der Temperatursensor 65 liefert ein Sensorsignal über eine
Leitung 66 zu einer Umschalteinrichtung 67 im
Mikroprozessor 64. Mißt
der Temperatursensor 65 Normaltemperatur, etwa eine Temperatur
von 20°C, so
wird durch das Sensorsignal die Umschalteinrichtung 67 so
angesteuert, daß der
Mikroprozessor die Grund-Betriebsart auswählt, in der nur einmal vor
jedem Zündvorgang
dosiert wird. Mißt
dagegen der Temperatursensor 65 eine Betriebstemperatur,
die sehr viel kleiner als 20°C
ist, die zum Beispiel um den Gefrierpunkt liegt, so wird durch die
Umschalteinrichtung 67 der Mikroprozessor 64 veranlaßt, nunmehr die
Intervalldosier-Betriebsart auszuführen, in der vor jedem Zündvorgang
zwei oder mehrmals flüssiges Brenngas
in die Brennkammern 21, 22 eingespritzt wird.
Statt der Betriebstemperatur können
zur Auswahl der Betriebsarten auch andere oder zusätzliche Parameter
erfaßt
werden, zum Beispiel der Luftdruck, und dergleichen.