DE10222338A1

DE10222338A1 - Brennkraftbetriebenes Setzgerät

Info

Publication number: DE10222338A1
Application number: DE10222338A
Authority: DE
Inventors: Walter Odoni; Ulrich Rosenbaum; Hans Gschwend; Ulrich Schiestl
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2003-12-04
Also published as: US20030218042A1; US6722548B2; FR2840555A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein brennkraftbetriebenes Setzgerät zum Eintreiben von Befestigungselementen wie Nägeln, Bolzen, Stifen o. ä. in einen Untergrund, mit einer Brennstoffquelle (11), mit einer Brennstoffzuführung (12) von der Brennstoffquelle (11) zu einer Brennkammer (13) und mit wenigstens einem mechanisch angesteuerten Ventil (14), welches in der Brennstoffzuführung (12) zwischen der Brennstoffquelle (11) und der Brennkammer (13) angeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung, einschließlich wenigstens eines Schaltmittels (15), über die das Ventil (14) für ein Zeitintervall geöffnet wird, wenn das oder jedes Schaltmittel (15) betätigt wird, wobei in der Brennstoffzuführung (12) neben dem oder jedem mechanisch angesteuerten Ventil (14) wenigstens ein normalerweise geöffnetes, elektronisch ansteuerbares Ventil (24) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein brennkraftbetriebenes Setzgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, sowie ein brennkraftbetriebenes Setzgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 genannten Art. Derartige Setzgeräte können mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen betrieben werden, die in einer Brennkammer verbrannt werden und dabei einen Setzkolben für Befestigungselemente antreiben.
Generell besteht das Problem den Brennstoff für jeden Arbeitszyklus in ausgewogener Menge einer entsprechenden Luft- oder Sauerstoffmenge als Oxydationsmittel zuzumessen. Insbesondere die aus der Umgebung bezogene Luft unterliegt Druck- und Temperaturschwankungen, die sich ungünstig auf die Verbrennung des Luft- Brennstoffgemisches auswirken können, wenn dieses Gemisch zu reich oder zu arm an Brennstoff ist.

Der DE 42 43 617 A1 ist bereits ein derartiges Setzgerät zu entnehmen, bei dem in einem Arbeitszyklus ein Gaseinlassventil mechanisch geöffnet wird, so daß von einer Brennstoffquelle Brennstoff in einen Speicherraum gelangt, welcher in Verbindung zur Umgebungsluft steht. Über diese Verbindung kann ein Druck- und ggf. ein Temperaturausgleich mit der Umgebungsluft stattfinden, so dass ein angepasstes Luft- Brennstoffgemisch in die Brennkammer gelangt. Von diesem Speicherraum ausgehend gelangt der Brennstoff dann zu gegebener Zeit in die Brennkammer.

Von Nachteil hierbei ist, dass über die Verbindung zur Umgebungsluft auch ein Brennstoffverlust eintreten kann.

Aus der EP 0 597 241 B1 ist ferner ein verbrennungskraftbetriebenes Setzgerät bekannt, bei dem die Zumessung des Brennstoffes von der Brennstoffquelle zur Brennkammer über ein, mittels eines Solenoids erregbaren Ventils erfolgt, das normalerweise geschlossen ist. Die Erregung erfolgt dabei elektronisch mittels eines Schaltkreises, der auf einen Schalter reagiert und das Ventil für ein steuerbares festgelegtes Zeitintervall öffnet, um ein Fliessen des Brennstoffs von der Brennstoffquelle zur Brennkammer zu ermöglichen.

Von Nachteil hierbei ist jedoch, dass ein Arbeiten mit dem Setzgerät nicht mehr möglich ist, wenn die elektronische Steuerung ausfällt weil z. B. die Stromquelle entladen ist oder ein elektronisches Bauteil einen Defekt aufweist, da dann das Ventil geschlossen bleibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, ein Setzgerät der vorgenannten Art zu entwickeln, das die vorgenannten Nachteile vermeidet. Dieses wird erfindungsgemäss durch die in Anspruch 1 genannten Massnahmen erreicht, denen folgende besondere Bedeutung zukommt.

Demnach genügt es, wenn in der Brennstoffzuführung zwischen der Brennstoffquelle, wie z. B. einer Vorratsdose, und dem Brennraum zusätzlich zu einem im Normalfall geschlossenen mechanisch angesteuerten Ventil ein elektronisch angesteuertes Ventil angeordnet ist, welches normalerweise geöffnet ist. Das elektronisch angesteuerte Ventil kann z. B. in Strömungsrichtung vor dem normalerweise geschlossenen mechanischen Ventil angeordnet sein. Das elektronisch erregbare Ventil ist also insbesondere auch dann geöffnet, wenn die elektronische Regeleinrichtung zur Steuerung des Ventils ausgefallen ist, z. B. weil die Spannungsversorgung unterbrochen ist. Das zweite mechanische Ventil kann in diesem Fall von seiner mechanischen Steuerung bei Betätigung des oder jeden Auslöseschalters wie z. B. eines Triggers, eines Nasenkopfschalters, eines Magazinschalters oder weiterer Schalter - in Kombination oder einzeln, geöffnet werden. Die vorgegebene Öffnungsdauer des mechanischen, zweiten Ventils kann dabei so bemessen sein, dass sich das in der Brennkammer ergebende Luft-Brennstoffgemisch zu reich an Brennstoff ist und somit keine optimale Verbrennung ermöglicht. Jedoch ist das Luft-Brennstoffgemisch weiterhin zündfähig, so dass auch im Falle eines Ausfalls der Elektronik ein Arbeiten mit dem Gerät möglich ist.

Gemäss Anspruch 2 kann es von Vorteil sein, wenn die voreingestellte Öffnungszeit des mechanischen Ventils während eines Arbeitszyklus des Setzgeräts länger ist, als die maximale Durchflussdauer des Brennstoffs durch das elektronisch erregbare Ventil die über eine elektronische Regeleinrichtung der Steuerungseinrichtung des Setzgeräts für jeden Arbeitszyklus parameterabhängig neu bestimmt wird.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung gemäss Anspruch 3 wird in der Brennstoffzuführung eine Durchflussmesseinrichtung vorgesehen, über die die von der Brennstoffquelle in die Brennkammer bzw. den Brennraum gelangte Brennstoffmenge ermittelt werden kann. Vom Durchflusszähler wird diese Information dann an die Regeleinrichtung auf elektronischem Wege weitergegeben wo sie ausgewertet wird um ein Steuersignal zum elektronischen Ventil auszusenden um dieses zu schliessen, wenn die optimale Brennstoffmenge in die Brennkammer geströmt bzw. geflossen ist.

Zur Anpassung der Brennstoffmenge an die Umgebungsbedingungen wie z. B. Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit und an die Betriebsbedingungen des Geräts können gemäss Anspruch 4 sensorische Mittel vorgesehen sein, die diese Bedingungen erfassen und in elektronische Signale umwandeln die an die Regeleinrichtung weitergeleitet werden, wo anhand dieser Daten bzw. Parametern die optimale Brennstoffmenge für einen Arbeitszyklus bzw. einen Setzvorgang bestimmt wird. Diese sensorischen Mittel können gemäss Anspruch 5 z. B. als Sensoren ausgebildet sein.

Wird das elektronisch erregbare Ventil als Piezoventil ausgebildet, so kann eine schnelle Reaktionszeit auf die Steuerbefehle erreicht werden, die ein korrektes und fehlerfreies Schliessen und Öffnen des Ventils zulässt.

Günstigerweise ist in der Regeleinrichtung eine Datenverarbeitungseinheit vorhanden, die z. b. als Mikroprozessor ausgebildet ist, oder einen solchen enthält. Durch diese Massnahme kann eine schnelle Verarbeitung der eingehenden Daten und ein geringer Bauraumbedarf sichergestellt werden.

Gemäss Anspruch 10 kann die erfindungsgemässe Aufgabe auch dadurch gelöst werden, dass in der Zuführung des Oxidationsmittels von einem Oxidationsmittelreservoir zur Brennkammer ein mechanisch angesteuertes und ein elektronisch angesteuertes Ventil zwischengeschaltet werden. Dieses kann entweder alternativ oder zusätzlich zu einer ventilgesteuerten Brennstoffregelung gem. Anspruch 1 erfolgen. Die Steuerung der Ventile kann dabei wiederrum über eine Steuer- und eine Regeleinrichtung erfolgen, mittels derer das Oxidationsmittel, wie z. B. reiner Sauerstoff oder Luft in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern dosiert wird, wie im vorhergehenden bereits zu Anspruch 1 beschrieben.

Weitere Vorteile und Massnahmen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch, ein erfindungsgemässes Setzgerät in teilweiser Querschnittsansicht,
Fig. 2 schematisch, einen Ausschnitt des erfindungsgemässen Setzgeräts aus Fig. 1 in Ruhestellung,
Fig. 3 schematisch, den Ausschnitt des erfindungsgemässes Setzgeräts aus Fig. 2 in angepresster Stellung,
Fig. 4 schematisch, den Ausschnitt des erfindungsgemässes Setzgeräts aus Fig. 2 in angepresster Stellung, zu einem späteren Zeitpunkt, als in Fig. 3,
Fig. 5 schematisch, den Ausschnitt des erfindungsgemässes Setzgeräts aus Fig. 2 in angepresster Stellung, zu einem späteren Zeitpunkt, als in Fig. 4,
Fig. 6 schematisch, den Ausschnitt des erfindungsgemässes Setzgeräts aus Fig. 2 in angepresster Stellung, bei ausgelöstem Triggerschalter.
In den Fig. 1 bis 6 ist das erfindungsgemässe brennkraftbetriebene Setzgerät in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
In den Fig. 1 und 2 ist das erfindungsgemässe Setzgerät in seiner Ausgangs- oder Ruhestellung dargestellt. Das Setzgerät in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird mit einem Brenngas betrieben. Das Setzgerät weist ein Gehäuse 10 auf, in dem ein Setzwerk angeordnet ist, mittels dessen ein Befestigungselement in einen hier nicht dargestellten Untergrund eingetrieben werden kann, wenn das Setzgerät an einen Untergrund angepresst, und ausgelöst wird.
Zum Setzwerk gehören u. a. ein Brennraum bzw. eine Brennkammer 13 eine Kolbenführung 17, in der ein Treibkolben 16 verschieblich gelagert ist und eine Bolzenführung 18 in der ein Befestigunselement geführt werden kann, und wo ein Befestigunselement über das sich nach vorne bewegende setzrichtungsseitige Ende des Treibkolbens 16 bewegt, und in einen Untergrund eingetrieben werden kann. Die Befestigungselemente können dabei z. B. in einem Magazin 19 am Gerät bevorratet sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im Brennraum 13 noch eine Zündeinheit, wie z. B. eine Zündkerze 23, zur Zündung eines, für einen Setzvorgang in die Brennkammer 13 eingebrachten Brenngas-Luftgemischs vorgesehen. Die Zufuhr des Brenngases in den Brennraum bzw. die Brennkammer 13 erfolgt dabei über eine Brennstoffzuführung 12 aus einem Brennstoffreservoir bzw. einer Brennstoffquelle 11.
In die Brennstoffzuführung 12 bzw. die Brennstoffleitung sind noch ein erstes elektronisch ansteuerbares Ventil 24, wie z. B. ein Piezoventil, ein diesem in Strömungsrichtung folgender Durchflusszähler 21 und diesem nachfolgend ein mechanisch ansteuerbares Ventil 14 in Reihe hintereinander angeordnet.
Das mechanische Ventil 14 ist über einen mechanischen Schaltweg 35, wie z. B. einem Schaltgestänge mit einem im Bereich der Bolzenführung 18 des Setzgeräts angeordneten Schaltmittel 15, wie z. B. einem Nasenkopfschalter verbunden.
Das erfindungsgemässe Setzgerät weist ferner noch eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 20 auf, die über elektrische Zuleitungen 47 an eine Stromquelle 27, wie z. B. eine Batterie oder einen Akku etc. angeschlossen ist.
Die Regeleinrichtung 20 kann z. B. mit einem Mikroprozessor versehen sein, in dem ein Steuerprogramm für eine oder mehrere Gerätefunktionen ablaufen kann. Über diese Regeleinrichtung 20 kann die Dosierung des Brennstoffs durch Steuerung des elektronischen Ventils 24 erfolgen.
Die Regeleinrichtung 20 ist über eine elektrische Leitung 44 mit dem Ventil 24 und über eine elektrische Leitung 41 mit dem, dem Ventil 24 nachgeschalteten Durchflusszähler 21 verbunden. Über die elektrische Leitung 43 ist die Steuer- und Regeleinrichtung 20 ferner mit der Zündkerze 23 verbunden. Der Nasenkopfschalter 15 weist auch einen elektronischen Ausgang auf, der über die elektrische Leitung 46 mit der Steuer- und Regeleinrichtung 20 verbunden ist, während das Schaltmittel 25 bzw. der Triggerschalter am Handgriff des Setzgeräts in diesem Ausführungsbeispiel lediglich elektronisch schaltet, und über eine elektrische Leitung 45 mit der Steuer- und Regeleinrichtung 20 verbunden ist. In der Steuer- und Regeleinrichtung 20 können ferner noch Messdaten und Parameter von Sensoren, wie z. B. einem Sensor 22 zur Erfassung des Luftdrucks und der Luftfeuchtigkeit verarbeitet werden. Der Sensor 22 ist dabei über die elektrische Leitung 42 mit der Steuer- und Regeleinrichtung 20 verbunden. Es bleibt noch zu bemerken, dass die elektrischen Leitungen oder Verbindungen 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 sowohl der Versorgung mit elektrischer Energie, als auch der elektronischen Datenübertragung dienen können.
In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausgangs- bzw. Ruhestellung des Setzgeräts 10 ist das elektronisch ansteuerbare Ventil 24 geöffnet, das mechanisch ansteuerbare Ventil 14 jedoch geschlossen.
In Fig. 3 ist das Setzgerät an einen Untergrund angepresst worden, wodurch der Nasenkopfschalter (in dem wiedergegebenen Ausschnitt nicht dargestellt) betätigt wurde. Über den mechanischen Schaltweg 35 wird dieser Schaltbefehl an das mechanische Ventil 14 übertragen, welches in Reaktion darauf öffnet, so dass nun Brennstoff über die beiden geöffneten Ventile 24, 14 und den Durchflusszähler 21 durch die Brennstoffleitung 12 in Strömungsrichtung 26 in die Brennkammer 13 des Setzgeräts fliessen oder strömen kann.
In Fig. 4 ist das Setzgerät weiterhin an einen Untergrund angepresst. Über die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 20 ist jedoch über die elektrische Leitung 44 ein Schliessbefehl an das Ventil 24 übermittelt worden, da nach dem Messungen am Durchflusszähler 21 bereits die optimale Brennstoffmenge in die Brennkammer 13 eingeströmt ist, die Anhand der, von dem oder den Sensoren 22 vorgegebenen Klimadaten von der Steuer- und Regeleinrichtung 20 ermittelt worden ist. Die Betätigung des mechanischen Ventils 14 ist zuvor über die vom Nasenkopfschalter 15 abgehende elektrische Steuerleitung 46 an die Steuer- und Regeleinrichtung 20 zur Festlegung des Startzeitpunktes für die Messung des Durchflusszählers 21 übermittelt worden.
In Fig. 5 ist das Setzgerät weiterhin an einen Untergrund angepresst. Das mechanisch ansteuerbare Ventils 14 ist nun jedoch ebenfalls geschlossen worden. Dieses geschieht z. B. über eine Zeitsteuerung des Ventils 14, die dieses automatisch nach Ablauf einer vorbestimmten Öffungsdauer schliesst. Diese Öffnungsdauer kann z. B. so gewählt sein, dass das Ventil 14 in jedem Fall erst nach dem elektronisch ansteuerbaren Ventil 24 schliesst. Durch diese Massnahme wird erreicht, dass das Setzgerät auch bei einem Ausfall des Ventils 24 auch bei jedem Klima - wenn auch ggf. mit verminderter Leistung - noch Einsatzfähig ist.
In Fig. 6 ist das Setzgerät weiterhin an einen Untergrund angepresst und wurde von einem Bediener des Setzgeräts der Triggerschalter 25 (nur aus Fig. 1 ersichtlich) betätigt. Das von dem Triggerschalter 25 ausgehende Signal ist von der Steuerleitung 45 an die Steuer- und Regeleinrichtung 20 übermittelt worden, wo es verarbeitet wurde und daraufhin sowohl ein Zündsignal und ein Zündstrom zur Zündung 28 des Bernngas-Luftgemischs in der Brennkammer 13 über die Leitung 43 an die Zündeinheit 23, als auch ein Signal zum Öffnen des Ventils 24 über die Leitung 44 an das Ventil 24 übermittelt worden ist. Nach dem durch die Zündung 28 ausgelösten Setzvorgang befindet sich das Setzgerät wieder in seiner, aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Ausgangslage, wenn das Setzgerät vom Untergrund abgezogen wurde.
Es bleibt noch zu bemerken, dass die Öffnung des elektronisch ansteuerbaren Ventils 24 ebenfalls auch über eine zeitliche Steuerung erfolgen kann, oder das diese auch angekoppelt an das Schliessen des mechanischen Ventils 14 sein kann. Im letzteren Fall müsste dann noch eine Einrichtung zur Übermittelung des Schliessens des Ventils 14 an die Steuer- und Regeleinrichtung 20 vorgesehen sein. Bezugszeichenliste 10 Setzgerät
11 Brennstoffquelle, Brennstoffreservoir
12 Brennstoffzuführung, Brennstoffleitung
13 Brennkammer
14 mechanisch ansteuerbares Ventil
15 Schaltmittel, Nasenkopfschalter
16 Treibkolben
17 Kolbenführung
18 Bolzenführung
19 Magazin
20 Regeleinrichtung
21 Durchflusszähler
22 sensorische Mittel, Sensoren
23 Zündeinheit, Zündkerze
24 elektronisch ansteuerbares Ventil
25 Schaltmittel, Triggerschalter
26 Strömungsrichtung des Brennstoffs
27 Stromquelle, Batterie/Akku
28 Zündung
35 mechanischer Schaltweg von 15 nach 14
41 elektrische Leitung (zwischen 20 und 21)
42 elektrische Leitung (zwischen 20 und 22)
43 elektrische Leitung (zwischen 20 und 23)
44 elektrische Leitung (zwischen 20 und 24)
45 elektrische Leitung (zwischen 20 und 25)
46 elektrische Leitung (zwischen 20 und 15)
47 elektrische Zuleitungen (zwischen 20 und 27)

Claims

1. Brennkraftbetriebenes Setzgerät, zum Eintreiben von Befestigungselementen wie Nägeln, Bolzen Stiften o. ä. in einen Untergrund,
mit einer Brennstoffquelle (11), mit einer Brennstoffzuführung (12) von der Brennstoffquelle (11) zu einer Brennkammer (13), und mit wenigstens einem mechanisch angesteuerten Ventil (14) welches in der Brennstoffzuführung (12) zwischen der Brennstoffquelle (11) und der Brennkammer (13) angeordnet ist,
und mit einer Steuereinrichtung, einschliesslich wenigstens eines Schaltmittels (15), über die das Ventil (14) für ein Zeitintervall geöffnet wird, wenn das oder jedes Schaltmittel (15), betätigt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Brennstoffzuführung (12) neben dem oder jedem mechanisch angesteuerten Ventil (14) wenigstens ein normalerweise geöffnetes, elektronisch ansteuerbares Ventil (24) angeordnet ist.

2. Setzgerät, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronisch ansteuerbare Ventil (24) während eines Arbeitszyklus über eine elektronische Regeleinrichtung (20) der Steuereinrichtung geschlossen wird bevor das mechanische Ventil (14) schliesst.

3. Setzgerät, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeleinrichtung (20) ein Durchflusszähler (21) zugeordnet ist zur Erfassung der in die Brennkammer (13) einströmenden Brennstoffmenge, wobei die Regeleinrichtung (20) das elektronisch angesteuerte Ventil (24) schliesst, wenn die am Durchflusszähler (21) gemessene Brennstoffmenge für einen Arbeitszyklus einen Sollwert erreicht hat.

4. Setzgerät, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Setzgerät sensorische Mittel (22) vorgesehen sind zur Erfassung von Betriebsstatusparametern des Setzgeräts und von Klimaparametern, wobei in der Regeleinrichtung (20) für jeden Arbeitszyklus ein Sollwert für die in die Brennkammer (13) einzuströmende Brennstoffmenge in Abhängigkeit von den ermittelten Parametern voreingestellt wird.

5. Setzgerät, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorischen Mittel Sensoren (22) zur Erfassung des Luftdrucks, der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft umfassen.

6. Setzgerät, nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronisch angesteuerte Ventil (24) über ein Piezo-Element betätigbar ist.

7. Setzgerät, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (20) eine Datenverarbeitungseinheit zur Auswertung und Verarbeitung der ermittelten Parameter aufweist.

8. Setzgerät, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit einen Mikroprozessor beinhaltet.

9. Setzgerät, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes elektronisch angesteuerte Ventil (24) in Strömungsrichtung (26) vor dem oder jedem mechanisch angesteuerten Ventil (14) angeordnet ist.

10. Brennkraftbetriebenes Setzgerät, zum Eintreiben von Befestigungselementen wie Nägeln, Bolzen Stiften o. ä. in einen Untergrund,
mit einer Oxidationsmittelquelle, mit einer Oxidationsmittelzuführung von der Oxidationsmittelquelle zu einer Brennkammer, und mit einem mechanisch angesteuerten Ventil welches in der Brennstoffzuführung zwischen der Brennstoffquelle und der Brennkammer angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Brennstoffzuführung wenigstens ein mechanisch angesteuertes Ventil und wenigstens ein normalerweise geöffnetes, elektronisch ansteuerbares Ventil zwischen der Brennstoffquelle und der Brennkammer angeordnet sind.