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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein brennkraftbetriebenes Setzgerät,
der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art.
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Derartige
Setzgeräte weisen eine Brennkammer auf, in der eine Portion
Flüssiggas oder ein anderer verdampfbarer Brennstoff mit
einem Oxidationsmittel, wie z. B. Umgebungsluft, verbrennbar ist. Mittels
der Verbrennungsenergie wird ein in einer Kolbenführung
versetzbar geführter Setzkolben angetrieben, um ein Befestigungselement
in einen Gegenstand einzutreiben.
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Aus
der
US 6 123 241 ist
ein brennkraftbetriebenes Setzgerät bekannt, das eine Steuerelektronik
zur Steuerung der Zündung und der Brennstoff-Einspritzung
aufweist. Das Setzgerät weist dabei Sensoren zur Messung
des Luftdrucks der Umgebung und des Brennstoffdrucks auf. Die Zumessung und
Dosierung des Brennstoffs von einem Brennstoffreservoir zur Brennkammer
wird von der Steuerelektronik anhand der von den Sensoren erfassten Daten
gesteuert, wozu die Steuerelektronik mit einem Dosierventil für
den Brennstoff zusammenwirkt.
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Von
Nachteil bei dieser Lösung ist, dass zum einen die Energieausbeute
nicht optimal ist, da die Steuerung Störeinflüsse
nicht oder nur ungenügend berücksichtigt. Zum
anderen können die Emissionen an unerwünschten
Abgasbestandteilen, wie z. B. Kohlenmonoxid, erhöht sein.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein brennkraftbetriebenes
Setzgerät der vorgenannten Art bereitzustellen, das die
Nachteile vermeidet und bei dem die Energieausbeute optimiert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein brennkraftbetriebenes Setzgerät
nach Anspruch 1 gelöst. Demnach beinhalten die Sensormittel
wenigstens einen Abgassensor zur Messung von zumindest einem Abgasbestandteil.
Anhand der Messdaten des Abgassensors nach einer erfolgten Setzung
kann die Steuerelektronik die Steuerparameter für eine
nachfolgende Setzung exakter definieren, um eine optimale Verbrennung
und damit eine optimale Energieausbeute bei sauberer Verbrennung
zu erzielen. So kann die Dosiermenge und die Zündsteuerung
anhand der Daten aus der Messung des Abgassensors festgelegt werden.
Die Messung des Sensors erfolgt dabei nach dem Verbrennungsvorgang,
vorzugsweise bevor der Brennkammer Frischluft zugeführt
wird.
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Vorteilhaft
ist der Abgassensor zur Messung von zumindest einem Edukt, wie z.
B. einer Brennstoffkomponente, im Abgas ausgerüstet, so
dass eine unvollkommene Verbrennung detektierbar ist und die Steuerelektronik
die Dosiermenge des Brennstoffs für einen nachfolgenden
Verbrennungsvorgang entsprechend anpassen kann.
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Hierbei
ist es besonders vorteilhaft, wenn der Abgassensor als Lambdasonde
zur Messung des Restsauerstoffgehalts im Abgas ausgebildet ist,
wodurch eine direkte Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses
möglich ist.
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Alternativ
könnte der Abgassensor auch zur Messung eines Reaktionsprodukts
im Abgas ausgerüstet sein und so insbesondere als Kohlenmonoxid-Sensor
oder als Kohlendioxid-Sensor ausgebildet sein. Derartige Sensoren
bieten eine gute Messgenauigkeit und sind z. B. im Vergleich zu
Lambdasonden kostengünstiger.
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Vorteilhaft
ist der Abgassensor in der Brennkammer angeordnet. Diese Anordnung
hat den Vorteil, dass die Abgase eine relativ lange Verweildauer am
Abgassensor haben.
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Alternativ
vorteilhaft ist der Abgassensor im Auspuff angeordnet, wodurch sich
insbesondere bei der Ausbildung des Abgassensors als Lambda-Sonde
der Vorteil ergibt, dass der Messsensor der Lambda-Sonde für
die Bestimmung der Referenzluft leicht in Kontakt mit der Umgebungsluft
bringbar ist.
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Günstig
ist auch wenn ein Heizelement für den Abgassensor vorgesehen
ist, wodurch der Abgassensor schnell auf eine optimale Betriebstemperatur
gebracht werden kann.
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Von
Vorteil ist es dabei, wenn das Heizelement über die Steuerelektronik
gesteuert ist, so dass eine optimale und an die jeweiligen Betriebszustände angepasste
Regelung des Heizelements gewährleistet ist.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn die Sensormittel einen in der Brennkammer
angeordneten Temperatursensor beinhalten, wodurch eine Temperaturkompensation
der Messdaten des Abgassensors in der Steuerelektronik erfolgen
kann. Vorzugsweise ist der Temperatursensor dabei in unmittelbarer
Nähe des Abgassensors angeordnet.
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In
den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 ein
erfindungsgemässes brennkraftbetriebenes Setzgerät
im teilweisen Längsschnitt,
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2 ein
weiteres erfindungsgemässes brennkraftbetriebenes Setzgerät
im teilweisen Längsschnitt.
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Das
handgeführte, brennkraftbetriebene Setzgerät 10 gemäss 1 verfügt über
ein allgemein mit 11 bezeichnetes ein- oder mehrteiliges
Gehäuse, in dem ein mittels eines Luft-Brennstoffgemischs
betreibbarer Antrieb 12 angeordnet ist. Über den
Antrieb 12 kann ein Befestigungselement, wie ein Nagel,
Bolzen, etc. in ein Werkstück eingetrieben werden. Die
Befestigungselemente können z. B. in einem Magazin am Setzgerät 10 bevorratet
sein.
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Zum
Antrieb gehören u. a. eine Brennkammer 15 und
ein Führungszylinder 13, in dem ein Setzkolben 14 axial
versetzbar angeordnet ist. Die Brennkammer 15 wird in dem
dargestellten Ausgangszustand umfänglich von einer Brennkammerhülse 28, und
axial an einem ersten Ende vom Setzkolben 14 und einer
ringförmigen Brennkammerwand 29 sowie an einem
zweiten Ende von einer Brennkammerrückwand 30,
die als Zylinderkopf ausgebildet ist, begrenzt.
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Ein
in der Brennkammer 15 angeordneter und über einen
Motor 17 antreibbarer Ventilator 16 dient sowohl
der Erzeugung eines turbulenten Strömungsregimes eines
in der geschlossenen Brennkammer 15 befindlichen Luft-Brennstoffgemisches als
auch dem Ausspülen der geöffneten Brennkammer 15 mit
Frischluft nach erfolgtem Setzvorgang. Der Motor 17 ist
dabei an der Brennkammerrückwand 30 gelagert,
die als Verschluss für die axial verschiebbare Brennkammerhülse 28 fungiert.
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An
einem Handgriff 18 des Setzgeräts 10 ist ein
Triggerschalter 19 angeordnet, über den eine in der
Brennkammer 15 angeordnete Zündeinrichtung 26,
wie z. B. einer Zündkerze, vermittelt über eine Steuerelektronik 25 auslösbar
ist, wenn das Setzgerät 10 an ein Werkstück
angepresst und dabei ein Schaltmittel 24 im Mündungsbereich 27 des
Setzgerätes 10 aktiviert wird.
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Das
Setzgerät 10 kann mit einem Brenngas oder mit
einem verdampfbaren Flüssigbrennstoff betrieben werden,
das in einem Brennstoffreservoir 20, wie z. B. einer Brennstoffdose,
bereitgestellt wird. Das Brennstoffreservoir 20 ist dabei über
eine Brennstoffleitung 22 mit einem Brennstoffeinlass 23 in
der Brennkammer 15 verbunden. In die Brennstoffleitung 22 ist
noch eine Dosiereinrichtung 21, wie z. B. ein Dosierventil,
zwischengeschaltet, über die eine Steuerung der Brennstoffzufuhr
zur Brennkammer 15 erfolgt.
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Zur
Versorgung der elektrischen Verbraucher, wie z. B. der Zündeinrichtung
und des Motors 17 mit elektrischer Energie, ist weiterhin
eine elektrische Energiequelle 40, wie z. B. ein Akkumulator, vorhanden.
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Die
Zündeinrichtung 26 und die Dosiereinrichtung 21 sind
elektronisch über die insgesamt mit 25 bezeichnete
Steuerelektronik gesteuert. Die Steuerelektronik 25 weist
z. B. einen oder mehrere Mikroprozessoren zur Datenverarbeitung
und Steuerung der verschiedenen elektrischen Gerätefunktionen
auf und ist über eine elektrische Versorgungsleitung 44 mit
der elektrischen Energiequelle 40 verbunden.
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Die
Steuerelektronik 25 ist mit einem als Abgassensor 31 (wie
z. B. einer Lambdasonde) ausgebildeten ersten Sensormittel und mit
einem als Temperatursensor ausgebildeten zweiten Sensormittel 32 verbunden.
Beide Sensormittel 31, 32 sind in der Brennkammer 15 angeordnet
und übermitteln im Betrieb des Setzgerätes 10 über
entsprechende elektrische Datenleitungen 41, 42 Messdaten
an die Steuerelektronik 25.
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Der
Abgassensor 31 in der Brennkammer 15 steht in
Fluidkommunikation mit den Abgasen aus der in der Brennkammer 15 stattfindenden
Verbrennung des Brennstoffs. Der Abgassensor 31 könnte alternativ
aber auch z. B. im Auspuff oder im Spülungsraum des Setzgerätes 10 angeordnet
werden.
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Die
Messung durch den Abgassensor 31 erfolgt nach der Verbrennung,
vorzugsweise bevor die Brennkammer 15 bzw. der Brennraum
zur Umgebung hin geöffnet wird und Frischluft in die Brennkammer 15 eintreten
kann.
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Die
Messung des Abgasssensors 31 wird über die Steuerelektronik 25 gesteuert
und erfolgt z. B. zeitlich verzögert zu einer Betätigung
des Triggerschalters 19 oder zu einem von der Steuerelektronik 25 ausgelösten
Zündimpuls. Die Steuerelektronik 25 kann die Messung
aber auch in Abhängigkeit vom Verbrennungsdruck in der
Brennkammer 15 oder über die Stellung der Brennkammerhülse 28 gegenüber
dem Gehäuse 11 steuern. Denkbar ist auch eine Ansteuerung
in zeitlicher Abhängigkeit vom Dosiersignal.
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Ist
der Abgassensor 31 als Lambdasonde ausgebildet, so kann
die Steuerelektronik 25 die durch die Dosiereinrichtung 21 abzumessende
Dosiermenge des Brennstoffs für die nächste Setzung
in Abhängigkeit von dem im Abgas vorhanden ungebundenen
Sauerstoff bestimmen. Die Dosierung wird dabei von der Steuerelektronik 25 so
gewählt, dass das Lambda-Verhältnis eins ist (das
Lamda-Verhältnis bezeichnet dabei das Verhältnis
von Luft zu Brennstoff; beim stöchiometrischen Brennstoffverhältnis
[lamda] = 1 befindet sich genau die Luftmenge in der Brennkammer,
die zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffs notwendig
ist). Damit wird der gesamte in der Brennkammer 15 befindliche
Sauerstoff bei der nachfolgenden Verbrennung vollständig umgesetzt.
Die resultierenden Abgasemissionen an unerwünschten Abgasbestandteilen
sind in Folge sehr klein.
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Zur
schnellen Erreichung der optimalen Betriebstemperatur des Abgassenors 31 kann
dieser mit einem Heizelement 33 kombiniert werden. Das Heizelement 33 wird über
die Steuerelektronik 25 gesteuert und mit eletrischer Energie
aus der elektrischen Energiequelle 40 versorgt. Das Heizelement 33 ist
dazu über die elektrische Leitung 43 mit der Steuerelektronik 25 verbunden.
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Zur
Temperaturkompensation des Abgassensors 31 ist der Temperatursensor 32 in
unmittelbarer Nähe des Abgassensors 31 angeordnet.
In der Steuerelektronik 25 werden über eine geeignete Software
oder Steuerroutine die Abweichungen des Abgassensors 31 bei
veränderter Messtemperatur des Temperatursensores 32 kompensiert.
Durch den Temperatursensor 32 kann ferner erreicht werden, dass
das Heizelement 33 über die Steuerelektronik 25 nach
Erreichen der Betriebstemperatur des Abgassensors 31 abgeschaltet
wird. Bei Ausbildung des Abgassensors 31 als Lamdasonde
ist anzumerken, dass die Lambdasonde neben dem Messsensor in der
Brennkammer auch noch einen Messsensor für die Umgebungsluft
zur Referenzluftbestimmung aufweist.
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Alternativ
zu einer Lambdasonde könnte der Abgassensor 31 auch
zur Messung der Reaktionsprodukte wie Kohlenmonoxid (CO) oder Kohlendioxid (CO2)
ausgerüstet sein, so dass das optimale Luft-(bzw. Sauerstoff-)Brennstoffverhältnis
und damit die notwendige Dosiermenge an Brennstoff von der Steuerelektronik über
diese Reaktionsprodukte bestimmt werden kann. Der Abgassensor 31 könnte aber
auch zur Messung einer Brennstoffkomponente ausgerüstet
sein, wie z. B. zur Messung des häufig im Brennstoff als
Komponente vorhandenen Brenngases Isobutan.
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Bei
der Berechnung, der für die notwendige Dosiermenge massgebenden
Dosierzeit durch die Steuerelektronik 25, können
auch weiter Betriebsparameter wie Füllstand des Brennstoffreservoirs 20, Gasdruck
im Brennstoffreservoir 20, Temperatur des Brennstoffreservoirs 20,
Spannung der elektrischen Energiequelle 40, Umgebungstemperatur
und Temperatur der Brennkammer 15 berücksichtigt
werden. Es werden dazu dann entprechende Sensormittel an dem Setzgerät 10 zur
Erfassung dieser Parameter vorgesehen.
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Das
in 2 dargestellte Setzgerät 10 unterscheidet
sich nur dadurch von dem in 1 dargestellten
Setzgerät, dass der Abgassensor 31 und das Heizelement 33 nicht
in bzw. an der Brennkammer 15 sondern im bzw. am Auspuff 35 des
Setgeräts angeordnet sind. Der Temperatursensor 32 kann,
wie dargestellt, in der Brennkammer 15 verbleiben oder
alternativ auch in den Auspuff 35 verlegt werden. Ansonsten
gelten für das in 2 dargestellte
Setzgerät 10 die zu 1 gemachten
Ausführungen entsprechend, weshalb bezüglich zu 2 nicht
explizit erwähnter Bezugszeichen vollumfänglich
auf die vorhergehende Beschreibung zu 1 Bezug genommen
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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