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Die Erfindung bezieht sich auf ein
brennkraftbetriebenes Arbeitsgerät
gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zu dessen Kühlung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 11.
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Ein derartiges Arbeitsgerät weist üblicherweise
eine Brennkammer auf, der ein Brennstoff zugeführt wird. Der Brennstoff kann
dabei ein Brenngasgemisch sein oder in Pulverform vorliegen, etwa innerhalb
einer Kartusche. Die Zündung
des Brensstoffs mittels einer Zündvorrichtung
bewirkt den Antrieb eines Kolbens, der in einem Zylinder geführt wird,
welcher mit der Brennkammer in Verbindung steht. Ein Befestigungselement,
das zuvor einem Kopfstück
des brennkraftbetriebenen Arbeitsgeräts zugeführt wurde, kann somit durch
den Kolben beispielsweise in eine Wand hineingetrieben werden.
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Es sind brennkraftbetriebene Arbeitsgeräte, insbesondere
Bolzensetzgeräte
bekannt, bei denen die Kolbenrückführung durch
die Abkühlung
von Restgasen und den dadurch entstehenden Unterdruck in der Brennkammer
erfolgt. Die Temperatur der Brennkammerwand bzw. der Zylinderwand
erreicht bei hohen Setzfrequenzen und hoher Außentemperatur allerdings Werte
von etwa 150°C,
wodurch die Abkühlung
der Restgase in der Brennkammer und damit die Kolbenrückführungsgeschwindigkeit
vermindert oder zumindest beeinträchtigt wird.
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Die Kolbenrückführung ist abhängig von
der Temperaturdifferenz zwischen Restgas und Brennkammer- bzw. Zylinderwandtemperatur.
Je geringer diese Temperaturdifferenz ist, desto langsamer wird das
Restgas abgekühlt,
und es wird für
die Kolbenrückführung mehr
Zeit benötigt.
Dadurch wird die Setzfrequenz verringert. Für ein effektives, schnelles Arbeiten
auch bei hohen Temperaturen ist es daher wünschenswert, eine hohe Abkühlrate zu
ermöglichen,
um den Kolben schnell wieder in seine Ausgangsposition zurückzuführen und
somit eine hohe Setzfrequenz zu erreichen. Außerdem sind bei einer schnellen
Kolbenrückführung Undichtheiten
weniger relevant als bei einer langsamen Kolbenrückführung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
brennkraftbetriebenes Arbeitsgerät
anzugeben, das auch bei längerer
Betriebszeit und/oder hoher Umgebungstemperatur mit einer hohen
Setzrate arbeiten kann. Ebenso soll ein Verfahren geschaffen werden,
das dies ermöglicht.
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Die vorrichtungsseitige Lösung der
gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 angegeben. Dagegen findet sich die verfahrensseitge Lösung der
gestellten Aufgabe im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 11.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweils nachgeordneten
Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung
zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens die Brennkammer mit einer
Kühlvorrichtung
gekoppelt ist, die mit einem flüssigen
Kühlmittel
arbeitet, so dass die Wand der Brennkammer durch das flüssige Kühlmittel
gekühlt
werden kann. Als Kühlmittel
kann z.B. Wasser dienen.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zu
Grunde, dass eine möglichst
hohe Kolbenrückführungsgeschwindigkeit
nur dann erreicht wird, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem
relativ heißen
Restgas in der Brennkammer und der relativ kühleren Brennkammerwand besonders
hoch ist. Durch häufige
Setzvorgänge
bei hohen Außen-
oder Umgebungstemperaturen kann allerdings diese Temperaturdifferenz
durch Erhöhung
der Temperatur der Brennkammerwand derart verringert werden, dass der
sich in der Brennkammer und im Zylinder ausbildende Unterdruck nicht
mehr ausreicht, um eine schnelle Kolbenrückführung sicherzustellen. Hier schafft
die Erfindung Abhilfe.
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In einer vorzugsweisen Ausgestaltung
ist vorgesehen, diese Kühlvorrichtung
wenigstens teilweise in die Wand von Brennkammer und gegebenenfalls
Zylinder zu integrieren, die dann vom Kühlmittel durchströmt wird.
Dadurch ist es ermöglicht, die
Temperatur der Wände
von Brennkammer und gegebenenfalls Zylinder trotz hoher Setzfrequenz niedrig
zu halten und damit die Temperaturdifferenz zwischen dem Restgas
und den Wänden
groß zu
gestalten.
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Nach einer besonderen Ausgestaltung
der Erfindung wird die Kühlung
durch Verdampfen des flüssigen
Kühlmittels
in der Kühlvorrichtung
ermöglicht.
Dazu ist die Kühlvorrichtung
mit einem Überdruckventil
verbunden, so dass das heiße,
gasförmige
Kühlmittel über das Überdruckventil
aus der Kühlvorrichtung
abgeführt
werden kann. Die Neuzufuhr von flüssigem Kühlmittel erfolgt aus einem
an die Kühlvorrichtung
angeschlossenen Kühlmittelvorratsbehälter. Durch
das Vorbeileiten des Kühlmittels
an den heißen
Wänden
der Brennkammer und gegebenenfalls des Zylinders wird deren hohe
Temperatur auf das Kühlmittel übertragen.
Durch das Erhitzen geht das Kühlmittel
vom flüssigen
in den gasförmigen Aggregatzustand über. Durch
diesen Aggregatzustandswechsel von der flüssigen in die gasförmige Phase
nimmt das Kühlmittel
sehr viel Wärme
auf, die somit den Wänden
entzogen wird. Über
das Überdruckventil,
welches mit der Kühlvorrichtung
verbunden ist, wird das derart erhitzte gasförmige Kühlmittel der Umgebung zugeführt und
somit der Brennkammer und dem gesamten Arbeitsgerät entzogen.
Dies hat den Vorteil, dass durch eine einfache Realisierung der
Kühlvorrichtung
eine effiziente Kühlung
der Brennkammer bzw. der sie begrenzenden Wand ermöglicht wird,
wodurch ein konstant großer
Unterdruck in der Brennkammer und dem Zylinderraum nach dem Zünden des
Brennstoffs und dem Vorschnellen des Kolbens erhalten und eine immer schnelle
Rückführung des
Kolbens erreicht wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ist eine Messung der Brennkammertemperatur vorgesehen.
Dazu wird ein erster Tempereatursensor verwendet. Die Kühlvorrichtung,
das Überdruckventil und
die Kühlmittelzufuhr
aus dem Kühlmittelvorratsbehälter können somit
jeweils einzeln oder in Kombination in Abhängigkeit der gemessenen Brennkammertemperatur
gesteuert werden.
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Nach einer anderen Ausgestaltung
der Erfindung wird die Temperatur des Kühlmittels unter Verwendung
eines zweiten Temperatursensors gemessen. Somit können dann
insbesondere das Überdruckventil,
aber auch die Kühlvorrichtung
und/oder der Kühlmittelvorratsbehälter in
Abhängigkeit
der Kühlmitteltemperatur
und/oder Brennkammertemperatur gesteuert werden.
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Nach einer noch weiteren Ausgestaltung
der Erfindung weist das brennkraftbetriebene Arbeitsgerät eine Sprühvorrichtung
auf, die der Brennkammer zugeordnet ist. Diese Sprühvorrichtung
ist in der Lage, wenigstens eine Brennkammer- oder Zylinderwand
von außen
mit flüssigem
Kühlmittel
zu besprühen.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sprühvorrichtung
das Kühlmittel
in Tropfenform auf die Wand aufbringt. Durch das Besprühen der
Brennkammer mit dem flüssigen
Kühlmittel
wird der zur Kühlung
erforderliche Aufwand sehr niedrig gehalten, da weder Dichtungen,
ein Überdruckven til
noch eine in die Wand der Brennkammer integrierte Kühlvorrichtung
notwendig sind.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung
ist ohne einen konstruktiven Eingriff in die Brennkammer realisierbar.
Es ist vielmehr nur erforderlich, die Sprühvorrichtung in der Nähe der die
Brennkammer begrenzenden Wand zu platzieren, so dass ein möglichst
großflächiges Besprühen der
Wand, insbesondere an den besonders erhitzten Wandteilen, ermöglicht wird.
Die Ausführungsform
mit der Sprühvorrichtung
eignet sich auch gut für
Arbeitsgeräte,
die in unterschiedlichen Haltestellungen verwendet werden.
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Beispielsweise kann die Sprühvorrichtung manuell
durch den Bediener bedient werden, so dass der Bediener bei hoher
Außentemperatur
oder durch das Feststellen einer Erwärmung des gesamten Gerätes durch
Auslösen
der Sprühvorrichtung
eine Abkühlung
der Brennkammer bewirken kann. Dies hat den Vorteil, dass Kühlmittel
nur dann eingesetzt wird, wenn der Bediener entweder die Erwärmung oder eine
zu langsame Kolbenrückführung bemerkt.
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Die Auslösung der Sprühvorrichtung
kann nach einer vorteilhaften anderen Ausgestaltung der Erfindung
aber auch automatisch bei jedem Setzvorgang erfolgen. Dies hat den
Vorteil, das die zu kühlende
Wand regelmäßig durch
das Besprühen
mit dem Kühlmittel
abgekühlt
und somit auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, so dass
sich ein ausreichender, konstanter Unterdruck ausgebildet, der eine
konstante Kolbenrückführungsgeschwindigkeit
ermöglicht.
Dazu weist das brennkraftbetriebene Arbeitsgerät an seinem Mündungsabschnitt
einen Mechanismus oder eine Ansetzvorrichtung auf, die bei jedem
Ansetzen des Arbeitsgeräts
an eine Oberfläche
eine Aktivierung der Sprühvorrichtung
bewirkt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, die Brennkammertemperatur von einem
Sensor aufzunehmen. Die somit ermittelte Brennkammertemperatur wird
dazu verwendet, die Sprühvorrichtung
nur bei Überschreiten
einer vorgebbaren Brennkammertemperatur auszulösen oder freizuschalten. Dabei
kann die Sprühvorrichtung
ausschließlich
in Abhängigkeit
der Brennkammertemperatur gesteuert werden. Es ist jedoch auch möglich, die
Sprühvorrichtung
in Abhängigkeit
von der Brennkammertemperatur und dem Ansetzen des Mündungsabschnitts
an eine Oberfläche
zu aktivieren.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 einen
Axialschnitt durch ein brenngasbetriebenes Arbeitsgerät bei kollabierter
Brennkammer, die kühlbar
ist;
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2 einen
Axialschnitt gemäß 1 bei expandierter Brennkammer;
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3 einen
Axialschnitt durch eine Brennkammer mit integrierter Kühlvorrichtung;
und
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4 ein
pulverkraftbetriebenes Arbeitsgerät mit Sprühvorrichtung;
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Die 1 zeigt
einen Axialschnitt durch ein brenngasbetriebenes Setzgerät für Befestigungselemente
im Bereich seiner Brennkammer. Gemäß 1 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
Zylinderlängsrichtung
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 10 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 Brennkammer wand 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 der Durchgangsöffnung 16. Wird also die
Brennkammerwand 14 von der Bodenwand 3 weg bewegt,
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 voneinander,
der durch die Lage des ringförmigen
Ansatzes 20 bestimmt ist. Dabei bilden dann die Brennkammerwand 14 und
die Trennplatte 18 eine so genannte Vorkammer. Es handelt
sich hierbei um eine Teil-Brennkammer der Brennkammer 1.
Diese Vorkammer trägt
das Bezugszeichen 21 und ist in 2 zu erkennen. 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 und ist ebenfalls in 2 zu erkennen.
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Zur Verschiebung der Brennkammerwand 14 in
Längsrichtung
der Brennkammer 1 sind mit der Brennkammerwand 14 über deren
Umfang unter gleichen Winkelabständen
verteilt z. B. drei Antriebsstangen 23 fest verbunden,
von denen nur eine in 1 zu
erkennen ist. Die Antriebsstangen 23 liegen parallel zur
Zylinderachse der Brennkammer 1 und außen seitlich zur Zylinderwand 6.
Dabei durchlaufen die Antriebsstangen 23 jeweils eine Durchgangsöffnung 24 in
der Trennplatte 18 sowie eine weitere Durchgangsöffnung 25 in
der Bodenwand 3. Dort befindet sich noch eine innenseitige
Umfangsdichtung 26 zum Abdichten der Räume auf beiden Seiten der Bodenwand 3.
Die Antriebsstangen 23 und die Brennkammerwand 14 sind
z. B. über
Schrauben 27 miteinander verbunden, die durch die Brennkammerwand 14 hindurch
geführt
und stirnseitig in die Antriebsstangen 23 hineingeschraubt
sind. Die freien Enden der Antriebsstangen 23 sind über einen
Antriebsring 28 miteinander verbunden, der konzentrisch
zur Zylinderachse der Brennkammer 1 liegt und den Führungszylinder 5 umgreift.
Dabei kann der Antriebsring 28 über Schrauben 29 mit
den Antriebsstangen 23 verschraubt sein, derart, dass die Schrauben 29 den
Antriebsring 28 durchsetzen und in die freien Stirnseiten
der Antriebsstangen 23 hineingeschraubt sind. Zwischen
dem Antriebsring 28 und der Bodenwand 3 liegt
auf jeder der Antriebsstangen 23 eine Druckfeder 30,
die sich an der Außenseite
der Bodenwand 3 abstützt
und gegen den Antriebsring 28 drückt. Die Druckfeder 30 ist
daher bestrebt, die Brennkammerwand 14 immer in Richtung
zur Bodenwand 3 zu drücken.
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Im Bereich der ringförmigen Bodenwand 3 befindet
sich weiterhin eine Ventilöffnung 31,
in die ein Ventilstößel 32 dichtend
einführbar
ist. Dieser Ventilstößel 32 liegt
bei geöffneter
Ventilöffnung 31 außerhalb
der Brennkammer 1 bzw. unterhalb der Bodenwand 3 und
wird dort über
einen am Führungszylinder 5 befestigten
Ansatz 33 gehalten. Der Ansatz 33 weist eine Durchgangsöffnung 34 auf,
durch die ein an der Unterseite des Ventilstößels 32 befestigter
zylindrischer Ansatz 35 hindurchläuft. Am freien Ende des zylindrischen
Ansatzes 35 befindet sich an diesem ein ringförmiger Ansatz 36.
Zwischen dem ringförmigen
Ansatz 36 und dem Ansatz 33 liegt eine Druckfeder 37,
die bestrebt ist, den Ventilstößel 32 über den
ringförmigen
Ansatz 36 in Richtung zum Ansatz 33 zu ziehen
und damit die Ventilöffnung 31 zu öffnen. Der
zylindrische Ansatz 35 liegt in der Verschiebebahn des
Antriebsrings 28 und wird durch den Antriebsring 28 beaufschlagt,
wenn dieser in Richtung auf die Bodenwand 3 verschoben
wird. Hat der Antriebsring 28 eine bestimmte Axialstellung
erreicht, wird durch ihn der Ventilstößel 32 mitgenommen,
und es wird die Ventilöffnung 31 geschlossen.
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Es sei noch erwähnt, dass die Trennplatte 18 umfangsseitig
mehrere Durchgangsöffnungen 38 aufweist,
die jeweils den gleichen Abstand von der Zylinderachse der Brennkammer 1 aufweisen.
Ferner befinden sich am unteren Ende des Führungszylinders 5 Auslaßöffnungen 39 zum
Auslaß von
Luft aus dem Führungszylinder 5,
wenn der Kolben 8 in Richtung zur Bodenwand 7 bewegt
wird. Am unteren Ende des Führungszylinders 5 befindet
sich darüber hinaus
eine Dämpfungsvorrichtung 40 zur
Dämpfung der
Bewegung des Kolbens 8. Überfährt der Kolben 8 die
Auslaßöffnungen 39,
so kann Abgas aus den Auslaßöffnungen 39 entweichen.
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In der Zylinderwand 2 der
Brennkammer 1 befinden sich zwei radiale Durchgangsöffnungen 41 und 42,
die in Axialrichtung voneinander beabstandet sind. In diese Durchgangsöffnungen 41 und 42 ragen von
außen
Ausgabekanäle 43 und 44 von
nicht näher dargestellten
Dosierventilen hinein, die sich in einem Dosierkopf 45 befinden.
Flüssiges
Brenngas wird aus einer Flasche 46 den im Dosierkopf 45 vorhandenen Dosierventilen
zugeführt
und diese geben die dosierte Flüssiggasmenge
dann über
die Ausgabekanäle 43 und 44 aus,
wenn der Dosierkopf 45 in Richtung zur Zylinderwand 2 gedrückt wird
und damit die Ausgabekanäle 43, 44 nach
innen gefahren werden und die jeweiligen Dosierventile öffnen. Zu
diesem Zweck verjüngen
sich die radialen Durchgangsöffnungen 41 und 42 in
Richtung zur Brennkammer 1, so dass Anschläge für die Ausgabekanäle 43 und 44 erhalten werden.
Das Andrücken
des Dosierkopfs 45 gegen die Zylinderwand 2 erfolgt
mit Hilfe eines Bügels 47, der
an einem Gelenkpunkt 48 der Zylinderwand 2 schwenkbar
gelagert ist. Ein Ende 49 des Bügels wird von der Brennkammerwand 14 beaufschlagt und
so gedreht, dass das andere Ende 50 des Bügels von
hinten gegen den Dosierkopf 45 drückt, um diesen in Richtung
zur Zylinderwand 2 zu bewegen. Dieser Vorgang erfolgt kurz
bevor die Brennkammerwand 14 beim Aufspannen der Teil-Brennkammern ihre
Endstellung erreicht hat. Dosierkopf 45 und Flasche 46 werden
einmal zusammengesteckt und bleiben dann ständig miteinander verbunden.
Das System 45/46 kann z. B. um eine im Bodenbereich
der Flasche 46 vorhandene Achse gekippt werden.
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Die 2 zeigt
das Setzgerät
im aufgespannten Zustand der Teil-Brennkammern, also im aufgespannten
Zustand der Vorkammer 21 und der Hauptkammer 22.
Die Verschiebepositionen von Brennkammerwand 14 und Trennplatte 18 werden dadurch
eingestellt, dass der Antriebsring 28 gegen den ringförmi gen Ansatz 36 schlägt und das
Ventil 31, 32 schließt. Die Umfangsflächen von
Ventilöffnung 31 und
Ventilstößel 32 verlaufen
konisch und verjüngen
sich in Richtung zur Brennkammer 1, so dass hier eine Blockierung
stattfindet. Der Abstand der Trennplatte 18 von der Brennkammerwand 14 wird
durch den Abstand des ringförmigen
Ansatzes 20 von der Trennplatte 18 bestimmt, wie
bereits erwähnt.
In dieser Stellung der Brennkammerwand 14 und der Trennplatte 18 liegen
die radialen Durchgangsöffnungen 41 bzw. 42 der
Vorkammer 21 bzw. der Hauptkammer 22 gegenüber.
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Es sei ferner noch erwähnt, dass
der mit der Trennplatte 18 verbundene zentrale Ansatz 19 in
seinem der Trennplatte 18 zugewandten Bereich als Zündkäfig 51 zur
Aufnahme einer Zündvorrichtung 52 ausgebildet
ist. Diese Zündvorrichtung 52 dient zum
Erzeugen eines elektrischen Funkens zwecks Zündung eines Luft-Brenngasgemisches
in der Vorkammer 21. Wie weiter unten noch näher beschrieben
wird, befindet sich die Zündvorrichtung 52 im
Innern bzw. in einem zentralen Bereich des Zündkäfigs 51, der umfangsseitig
mit Durchgangsöffnungen 53 versehen
ist, durch die hindurch eine laminare Flammenfront aus dem Zündkäfig 51 in
die Vorkammer 21 austreten kann.
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Nachfolgend soll die Wirkungsweise
des Setzgeräts
nach den 1 und 2 näher beschrieben werden.
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In 1 befindet
sich das Setzgerät
im Ruhezustand. Die Brennkammer 1 ist vollständig kollabiert,
wobei die Trennplatte 18 auf der Bodenwand 3 aufliegt
und die Brennkammerwand 14 auf der Trennplatte 18.
Der Kolben 8 befindet sich in seiner zurückgezogenen
Ruhestellung, so dass auch praktisch kein Raum mehr zwischen ihm
und der Trennplatte 18 vorhanden ist, sofern man einen
geringfügigen Spalt
zwischen diesen vernachlässigt.
Das Aufeinanderliegen der Platten 18 und 14 kommt
dadurch zustande, dass die Druckfeder 30 den Antriebsring 28 von
der Bodenwand 3 wegdrückt
und der Antriebsring 28 über die Antriebsstange 23 die
Brennkammerwand 14 mitnimmt. In diesem Zustand liegt der Antriebsring 28 auch
im Abstand zum ringförmigen Ansatz 36 des
Ventilstößels 32,
so dass der Ventilstößel 32 durch
die Wirkung der Druckfeder 37 aus der Ventilöffnung 31 herausgeführt ist.
Die Ventilöffnung 31 ist
somit offen. Das System aus Dosierkopf 45 und Flasche 46 ist
von der Brennkammer 1 weggeschwenkt, so dass die Ausgabekanäle 43, 44 entlastet
und damit die jeweiligen Dosierventile verschlossen sind.
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Wird in diesem Zustand das Setzgerät mit seiner
vorderen Kopfstück
gegen einen Gegenstand oder eine Oberfläche gedrückt, in die ein Befestigungselement
eingetrieben werden soll, so wirkt über einen nicht dargestellten
Mechanismus die Andruckkraft auf den Antriebsring 28 und
verschiebt diesen in Richtung zur Bodenwand 3, und zwar
mit dem Andrücken
des Setzgeräts
gegen den genannten Gegenstand oder die Oberfläche. Dabei hebt zunächst die Brennkammerwand 14 von
der Trennplatte 18 ab, bis die Brennkammerwand 14 gegen
den ringförmigen Ansatz 20 schlägt und über diesen
die Trennplatte 18 mitnimmt. Die Vorkammer 21 ist
jetzt aufgespannt, jedoch noch nicht richtig innerhalb der Brennkammer 1 positioniert.
Während
des Aufspannvorgangs der Brennkammer 21 kann schon Luft
in die Vorkammer 21 eingesaugt werden, und zwar über die
offene Ventilöffnung 31 und
eine oder mehrere der Durchgangsöffnungen 38,
sofern beide Öffnungen
zur Deckung kommen.
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Mit weiterem Andrücken der Setzgeräts gegen
den Gegenstand wird der Antriebsring 28 noch weiter in
Richtung der Bodenwand 3 bewegt, so dass schließlich auch
die Trennplatte 18 von der Bodenwand 3 abhebt.
Jetzt spannt sich auch die Brennkammer 22 auf und wird über die
Ventilöffnung 31 belüftet. Eine
vollständigere
Belüftung
der Vorkammer 21 erfolgt jetzt über sämtliche der Durchgangsöffnungen 38 in
der Trennplatte 18.
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Überstreichen
die Brennkammerwand 14 und die Trennplatte 18 auf
ihrem Weg nach oben in 1 die
radialen Durchgangsöffnungen 41 bzw. 42, könnte im
Prinzip schon mit dem Einspritzen der dosierten Flüssiggasmengen
in die Vorkammer 21 bzw. die Hauptkammer 22 begonnen
werden. Zu diesem Zweck schlägt
die obere Fläche
der Brennkammerwand 14 gegen das Ende 49 des Bügels 47 und
dreht ihn im Uhrzeigersinn um das Gelenk 48, so dass das andere
Ende 50 des Bügels 47 den
Dosierkopf 45 in Richtung zur Zylinderwand 2 verschwenkt
und dabei zur Öffnung
der Dosierventile die Ausgabekanäle 43 und 44 nach
innen in den Dosierkopf 45 drückt. Jetzt spritzt dosiertes
Flüssiggas
in die Vorkammer 21 und die Hauptkammer 22. Danach
ist noch eine weitere geringe Anhebung der Brennkammerwand 14 und der
Trennplatte 18 erforderlich, damit diese in ihre Endstellungen
gelangen können,
in denen sie verriegelt werden. Die hierbei noch auftretende Verschwenkung
des Bügels 47 kann
dadurch ausgeglichen werden, dass die Ausgabeka näle 43 und 44 noch
ein wenig weiter in den Dosierkopf 45 hineingedrückt werden.
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Im letzten Abschnitt der Verschiebung
der Brennkammerwand 14 und der Trennplatte 18 wird auch
der Ventilstößel 32 in
die Ventilöffnung 31 eingeführt und
verschließt
diese, da jetzt der Antriebsring 28 in Kontakt mit dem
ringförmigen
Ansatz 36 gekommen ist.
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Die 2 zeigt
die Positionen von Brennkammerwand 14 und Trennplatte 18 bei
voll aufgespannter Vorkammer 21 bzw. Hauptkammer 22,
wobei jetzt Brennkammerwand 14 und Trennplatte 18 in ihrer
Stellung verriegelt werden können.
Dies geschieht durch Betätigung
des Abzugshebels bzw. Triggers des Setzgeräts. Wird der Trigger betätigt, so erfolgt
zunächst
die Verriegelung von Brennkammerwand 14 und Trennplatte 18,
etwa durch Verriegelung des Antriebsrings 28. Kurz danach
wird ein Zündfunke
durch die elektrische Zündvorrichtung 52 innerhalb
des Zündkäfigs 51 erzeugt.
Das in jeder der Brennkammern 21 und 22 durch
Dosierung voreingestellte Gemisch aus Luft und Brenngas beginnt
zunächst
in der Vorkammer 21 laminar zu verbrennen, wobei sich die
Flammfront mit relativ langsamer Geschwindigkeit radial in Richtung
der Durchgangsöffnungen 38 ausbreitet.
Dabei schiebt sie unverbranntes Luft-Brenngasgemisch vor sich her,
welches durch die Durchgangsöffnungen 38 hindurch
in die Hauptkammer 22 gelangt und hier Turbulenz sowie eine
Vorkomprimierung erzeugt. Erreicht die Flammfront die Durchgangsöffnungen 38 zur
Hauptkammer 22, treten die Flammen, bedingt durch die relativ
kleinen Querschnitte der Durchgangsöffnungen 38, als Flammstrahlen
in die Hauptkammer 22 über
und erzeugen hier weitere Turbulenzen. Das durchmischte turbulente
Luft-Brenngasgemisch in der Hauptkammer 22 wird 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
die Auslaßöffnungen 39 nach
außen
getrieben wird. Die Kolbenplatte 9 überfährt kurzzeitig die Auslaßöffnungen 39,
so dass durch sie Abgas entweichen kann. Durch die ausfahrende Kolbenstange 10 wird
jetzt ein Befestigungselement gesetzt. Nach Setzung bzw. nach erfolg ter Verbrennung
des Luft-Brenngasgemisches wird der Kolben 8 durch thermische
Rückführung in
seine Ausgangsstellung gemäß 2 zurückgebracht, da durch Abkühlung des
in der Brennkammer 1 und im Führungszylinder 5 verbliebenen
Rauchgases bzw. Restgases ein Unterdruck hinter dem Kolben erzeugt wird.
Bis der Kolben seine Ausgangsstellung gemäß 2 erreicht hat, bleibt die Brennkammer 1 dicht verschlossen.
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Nachdem sichergestellt ist, dass
der Kolben 8 seine in 2 dargestellte
Ausgangsstellung wieder erreicht hat, wird die zuvor erwähnte Verriegelung von
Brennkammerwand 14 bzw. Antriebsring 28 aufgehoben.
Die Druckfeder 30 drückt
jetzt den Antriebsring 28 von der Bodenwand 3 weg,
so dass der Antriebsring 28 den ringförmigen Ansatz 36 entlastet. Die
Druckfeder 37 kann nunmehr den Ventilstößel 32 aus der Ventilöffnung 31 herausführen und
das Ventil öffnen.
Mit weiterer Wirkung der Druckfeder 30 wird der Antriebsring 28 weiter
von der Bodenwand 3 entfernt und nimmt über die Antriebsstangen 23 die Brennkammerwand 14 in
Richtung zur Bodenwand 3 mit. Bei dieser Bewegung wird
spätestens
die Trennplatte 18 mitgenommen, wenn die Brennkammerwand 14 gegen
diese gefahren wird, so dass auf diese Weise die Abgase aus der
Vorkammer 21 über
die Durchgangsöffnungen 38 und
die Abgase aus der Hauptkammer 22 ausgetrieben werden,
und zwar durch die Ventilöffnung 31 hindurch.
Schließlich kommt
die Trennplatte 18 auf der Bodenwand 3 zu liegen
und die Brennkammerwand 14 auf der Trennplatte 18,
so dass die Brennkammer 1 vollständig kollabiert und von Abgasen
befreit ist. Jetzt kann der unter 1 beschriebene
Belüftungsvorgang
mit dem nächsten
Setzen des Setzgeräts
erneut beginnen.
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Um den Kolben 8 durch thermische
Kolbenrückführung möglichst
schnell in seine Ausgangsposition gemäß 2 zurückzubringen,
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
dafür gesorgt,
dass die Temperaturdifferenz zwischen dem relativ heißen Restgas in
der Brennkammer 1 einerseits, und der Zylinderwand 2 der
Brennkammer 1 bzw. dem oberen Teil der Zylinderwand 6 des
Führungszylinders 5 andererseits,
relativ hoch bleibt. Hierzu werden die Brennkammerwand 2 und
der obere Bereich der Zylinderwand 6 gekühlt. Zu
diesem Zweck befinden sich in der Brennkammerwand 2 bzw.
in der Zylinderwand 6 umlaufende und miteinander verbundene
Ringkanäle,
durch die ein flüssiges
Kühlmedium
hindurchströmt.
Die Kühlkanäle tragen
die Bezugszeichen 2a bzw. 6a. Bei Kontakt mit
den Wandungen der Kühlkanäle 2a bzw. 6a verdampft
das flüssige
Kühlmedium, das
z. B. Wasser sein kann, so dass es vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht.
Dadurch wird den Zylinderwänden 2, 6 relativ
viel Wärme
entzogen, so dass sie auf niedriger Temperatur gehalten werden können. Das
verdampfte Kühlmedium
wird über
ein hier nicht dargestelltes Überdruckventil
(62 in 3) an
die Umgebung abgegeben, während
ein ebenfalls nicht dargestellter Kühlmittelvorratsbehälter (61 in 3), der mit den Ringkanälen 2a, 6a in
Verbindungen steht, flüssiges
Kühlmittel in
diese nachfüllt.
Das genannte Überdruckventil
und der Kühlmittelvorratsbehälter sind
mit den Ringkanälen 2a, 6a so
verbunden, wie dies auch aus dem in 3 gezeigten
Prinzipschaltbild hervorgeht.
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Die 3 zeigt
ein anderes Beispiel eines brenngasbetriebenen Arbeitsgeräts, bei
dem in die Wand 2, 3 einer Brennkammer 54 eine
Kühlvorrichtung 64 integriert
ist. Die Kühlvorrichtung 64 umschließt die Brennkammer 54 und
zum Teil auch den Zylinder 5, in welchem der Kolben 8 geführt wird.
An die Kühlvorrichtung 64 ist
ein Überdruckventil 62 angeschlossen.
Weiter ist an die Kühlvorrichtung 64 ein Vorratsbehälter 61 mit
einem Einfüllstutzen 63 zum Einfüllen des
flüssigen
Kühlmittels
angeschlossen. Die Ausführungsform
eignet sich insbesondere für
einen brennkraftgetriebenen Gasnagler, der in einer bevorzugten
Anwendungsrichtung verwendet wird, beispielsweise als Standgerät. Bei diesem
brennkraftbetriebenen Arbeitsgerät
werden die Brennkammer 54 und obere Teile des Zylinders 5 vollständig von
dem Kühlmittel
umströmt.
Die Kühlvorrichtung 64 ist
als abgeschlossenes Drucksystem ausgeführt. Durch das Zünden des
Gasgemisches werden die Brennkammer 54 und der Zylinder 5 erhitzt.
Dadurch wird auch das Kühlmittel,
welches sich in der Kühlvorrichtung 64 befindet,
erhitzt. Über
das Überdruckventil 62 kann
dann verdampftes Kühlmittel
entweichen. Durch das ständige
Nachführen
von kaltem, flüssigen
Kühlmittel
aus dem Kühlmittelvorratsbehälter 61 stellt
sich ein Gleichgewicht ein, wodurch die maximale Temperatur der
Kühlflüssigkeit
und damit auch die Temperatur der Brennkammer 54 und des Zylinders 5 begrenzt
werden. Damit wird eine gleichbleibende Abkühlung der Wände von Brennkammer 54 und
Zylinder 5 ermöglicht,
wodurch sich einen stationärer
Betriebszustand einstellt, der einen konstant bleibenden Unterdruck
gewährleistet,
der für
eine schnelle Kolbenrückführung notwendig
ist.
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Mit einem ersten Temperatursensor 75 zur Messung
der Temperatur der Brennkammerwand und einem zweiten Temperatursensor 80 zur
Messung der Temperatur des Kühlmittels
können
die Kühlvorrichtung 64,
das Überdruckventil 62 und
der Kühlmittelvorratsbehälter 61 in
Abhängigkeit
der gemessenen Brennkammertemperatur und/oder der gemessenen Kühlmitteltemperatur
einzeln oder in Kombination gesteuert werden.
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Durch entsprechende Ausgestaltung
der Kühlvorrichtung,
beispielsweise durch ein Kühlmittel mit
entsprechender Verdampfungstemperatur und entsprechender Nähe der Kühlvorrichtung
zur Brennkammer wird realisiert, dass das Kühlmittel bei Erwärmen der
Brennkammer verdampft und die Verdampfungswärme durch das Überdruckventil 62 entweichen
kann, so dass ein sehr schneller Wärmeaustausch erfolgt.
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Zur optimalen Kühlung ist an die Kühlvorrichtung 64 eine
Umwälzvorrichtung 81 angeschlossen. Die
Umwälzvorrichtung 81 gewährleistet,
dass das Kühlmittel
in der Kühlvorrichtung 64 gleichmäßig umgewälzt wird.
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Weiter weist das Überdruckventil 62 einen Flüssigkeitsabscheider 82 auf.
Damit wird das verdampfte Kühlmittel
wieder aufgefangen.
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Außerdem ist am Vorratsbehälter 61 ein Flüssigkeitsanzeiger 83 angeordnet,
so dass der Kühlmittelstand
im Vorratsbehälter 61 überwacht werden
kann.
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Bei einer anderen nicht dargestellten
Ausführungsform
ist der Vorratsbehälter 61 mit
einem Fühlmengenschalter
gekoppelt, über
den das Arbeitsgerät
bei Unterschreiten eines Schwellenwerts der Fühlmenge im Vorratsbehälter 61 abgeschaltet wird.
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Die 4 zeigt
ein Beispiel eines pulverkraftbetriebenen Arbeitsgeräts mit einer
Sprühvorrichtung 70,
bei dem mittels dieser Sprühvorrichtung 70 insbsondere
die Wand 2 der Brennkammer 54 im Bereich der Ruhestellung
des Kolbenkopfs 9 mit einem tropfenförmig aufgebrachten Kühlmittel
besprüht
wird. Durch eine Stellvorrichtung 71 wird bei jedem Ansetzen
des brennkraftbetriebenen Arbeitsgerätes gegen einen Untergrund
ein Sprühvorgang ausgelöst, wozu
ein Mündungsstück 72 des
Arbeitsgerätes über einen
Ansatz 73 die Stellvorrichtung 71 entsprechend
mitnimmt. Die Stellvorrichtung 71 drückt dann einen Sprühmittel-Vorratsbehälter 74 gegen
die Sprühvorrichtung 70,
wodurch ein Ventil des Behälters 74 öffnet und
Tropfen aus der Sprühvorrichtung 70 ausgegeben
werden. Zusätzlich
oder alternativ ist ein Temperatursensor 75 an der Brennkammerwand 2 angeordnet.
Somit kann die Sprühvorrichtung 70 entweder
ausschließlich
bei Überschreiten
eines Schwellwertes der Brennkammertemperatur ausgelöst wirden.
Ebenso kann auch nur bei angesetztem bzw. angedrücktem Arbeitsgerät (oder
bei getriggertem Arbeitsgerät)
und überschrittener
Brennkammertemperatur ein Sprühvorgang ausgelöst werden.
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Die vom Temperatursensor 75 gemessene Temperatur
der Brennkammerwand 2 der Brennkammer 54 im Bereich
der Ruhestellung des Kolbenkopfs 9 wird von einer Temperaturvergleichseinrichtung 76 ausgewertet,
etwa mit einem Temperatur-Sollwert verglichen. Ist die vom Temperatursensor 75 gemessene
Temperatur größer als
der Temperatur-Sollwert, wird über
eine Leitung 77 eine elektrisches Stellsignal zur Sprühvorrichtung 70 übertragen,
wodurch die Sprühvorrichtung 70 veranlasst
wird, Kühlflüssigkeit auszusprühen. Es
ist aber auch möglich,
durch dieses elektrische Stellsignal auf der Leitung 77 die Sprühvorrichtung 70 freizuschalten,
so dass dann, wenn die Soll-Temperatur überschritten ist, erst dann ein
neuer Sprühvorgang
erfolgt, wenn das Arbeitsgerät
mit seinem Köpfstück 72 gegen
einen Untergrund gepresst worden ist und das Kopfstück 72 über den Ansatz 73 die
Stellvorrichtung 71 zur Betätigung der Sprühvorrichtung 70 verschoben
hat.