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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein brennkraftbetriebenes Setzgerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art. Derartige Setzgeräte können mit gasförmigen oder
flüssigen
Brennstoffen betrieben werden, die in einer Brennkammer verbrannt
werden und dabei einen Treibkolben für Befestigungselemente antreiben.
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Generell besteht das Problem den
Brennstoff für
jeden Arbeitszyklus in ausgewogener Menge einer entsprechenden Luft-
oder Sauerstoffmenge als Oxydationsmittel zuzumessen. Die für die Verbrennung
zur Verfügung
stehende Sauerstoffmenge hängt
stark von der Umgebungstemperatur sowie vom Luftdruck und von der
Luftfeuchtigkeit ab. Die benötigte
Brennstoffmenge schwankt daher mit den vorher erwähnten Parametern
stark – im
Extremfall bis zu 40%. Diese Schwankungen können sich ungünstig auf
die Verbrennung des Luft-Brennstoffgemisches auswirken, wenn das
Luft-Brennstoffgemisch zu reich oder zu arm an Brennstoff ist. Es
ist daher wünschenswert,
die Brennstoffmenge an die jeweiligen Umgebungsbedingungen anzupassen.
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Aus der
EP 0 597 241 B1 ist ein
gattungsgemässes
brennkraftbetriebenes Setzgerät
bekannt, bei dem die Zumessung des Brennstoffes von der Brennstoffquelle
zur Brennkammer über
eine Dosiereinrichtung erfolgt, die ein, mittels eines Solenoids
erregbares Ventil beinhaltet, das normalerweise geschlossen ist.
Die Erregung erfolgt dabei elektronisch mittels eines Schaltkreises,
der auf einen Schalter reagiert und das Ventil für ein steuerbar festgelegtes Zeitintervall öffnet, um
ein Fliessen des Brennstoffs von der Brennstoffquelle zur Brennkammer
zu ermöglichen.
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Von Nachteil hierbei ist, dass bei
schwankendem Vordruck in der Brennstoffquelle, die Fliessgeschwindigkeit
des Brennstoffs variabel ist, und es somit zu nicht exakten Dosiermengen
kommen kann.
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Der
DE 42 43 617 A1 ist ferner ein 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 mit der 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. Ferner kann der Druck in der Dosierkammer nicht reguliert
werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
liegt daher darin, ein Setzgerät
der vorgenannten Art zu entwickeln, das die vorgenannten Nachteile
vermeidet, und bei dem eine exakte Dosierung des Brennstoffes gewährleistet
ist. Dieses wird erfindungsgemäss
durch die in Anspruch 1 genannten Massnahmen erreicht, denen folgende
besondere Bedeutung zukommt.
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Gemäss Anspruch 1 genügt es, wenn
die Dosiereinrichtung einen, in einer Kammer angeordneten Verdrängungskörper umfasst,
dessen Verdrängungsvolumen
und damit die Dosiermenge einstellbar bzw. veränderbar ist. Das Innenvolumen
der Dosierkammer, bzw. des Reservoir-Raums ist dabei in der Ausgangsstellung
des Verdrängungskörpers konstant.
Die Dosiermenge kann somit in einfacher Weise über das, vom Verdrängungskörper zu
verdrängende
Volumen eingestellt werden. Der Verdrängungskörper übernimmt dabei gleichzeitig
das Ausstossen der Brennstoff-Dosiermenge aus der Dosiereinrichtung.
Durch diese Doppelfunktion kann ein sehr einfacher Aufbau und ein
hohe Funktionalität der
Dosiereinrichtung erreicht werden, und die Brennstoffmenge an die
Umgebungsbedingungen angepasst werden.
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Günstig
kann es sein, wenn das Verdrängungsvolumen
des Verdrängungskörpers über eine Steuereinrichtung
eingestellbar ist. Diese Steuereinrichtung kann dabei mechanisch
oder elektronisch arbeiten. Der Anwender eines erfindungsgemässen Setzgeräts braucht
durch diese Massnahme nicht mehr selbst eine Einstellung des Verdrängungsvolumens
vornehmen, da ihm dieses von der Steuereinrichtung abgenommen wird.
Das Gerät
ist hierdurch sehr leicht zu bedienen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung
des Setzgeräts
ist ein manuell zu betätigendes
Einstellmittel am Setzgerät
vorgesehen, über
welches das Verdrängungsvolumen
des Verdrängungskörpers vom
Anwender eingestellt werden kann. Ein derartiges Mittel ist z. B. ein
aussen am Gerät
zugängliches Rändelrad
oder ein Schiebeschalter. Es können
dabei mehrere Schaltstellungen oder auch eine stufenlose Einstellung
vorgesehen sein.
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In einer vorteilhaften Fortbildung
des Setzgerätes
sind an diesem sensorischen Mittel vorgesehen, zur Erfassung der
Geräte-
und Umgebungsparameter, usw. zur Weiterleitung der erfassten Daten an
die Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung kann dabei z. B. für jeden
Arbeitszyklus des Setzgerätes die
benötigte
Brennstoffmenge in Abhängigkeit
von den, von den sensorischen Mittel ermittelten Parametern festlegen,
und das Verdrängungsvolumen des
Verdrängungskörpers entsprechend
steuern. Diese Parameter können
z. B. der Luftdruck, die Luftfeuchtigkeit, die Lufttemperatur sowie
die Gerätetemperatur
beinhalten.
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Die sensorischen Mittel umfassen
in vorteilhafter Weise Sensoren zur Erfassung des Luftdrucks, der
Temperatur und der Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft. Ferner kann
auch noch ein Sensor zur Erfassung der Innentemperatur der Brennkammer
vorgesehen sein. Über
diese Sensoren lassen sich in ausreichender Menge Messdaten gewinnen,
die für die
Bestimmung eines idealen Oxidationsmittel-Brennstoffgemischs verwendet
werden können.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn die
Kammer, die z. B. als Dosierkammer ausgebildet ist, einen Einlass
und einen Auslass aufweisst über
die die Dosierkammer einerseits mit der Brennstoffquelle und andererseits
mit der Brennkammer verbunden ist. Günstigennreise sind sowohl am
Einlass als auch am Auslass Ventilmittel, wie z. B. Rückschlagventile
angeordnet, die einen Brennstofftransport nur in Richtung der Brennkammer
zulassen. Fehlmengen bei der Dosierung des Brennstoffes werden dadurch
vermieden, da gewährleistet
ist, dass der gesamte verdrängte
Brennstoff der Brennkammer zugeführt
wird.
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In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung
ist der Verdrängungskörper als
Kolben ausgebildet der in einer, optional zylinderförmigen,
Kammer versetzbar geführt
ist. Der Kolbenhub, welcher z. B. über die Steuereinrichtung oder
das Einstellmittel einstellbar ist, definiert dabei das Verdrängungsvolumen
des als Kolben ausgebildeten Verdrängungskörpers.
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In einer günstigen alternativen Ausführungsform
ist der Verdrängungskörper als
Membran ausgebildet, die z. B. in einer Öffnung der Dosierkammer angeordnet
ist, die sie mediendicht verschliesst. Über ein geeignetes Beaufschlagungsmittel
ist die Membran in die Kammer hineinbewegbar, wobei der Membranhub,
der das Verdrängungsvolumen
definiert über
die Steuereinrichtung einstellbar ist. Die Membran kann dabei z.
B. hydraulisch mit Luft oder einer geeigneten Flüssigkeit beaufschlagt werden oder
aber auch über
einen verstellbaren Stössel
beaufschlagt werden. Von Vorteil bei der Ausbildung als Membran
ist die in einfacher Weise zu gewährleistende Dichtigkeit an
der Schnittstelle zwischen Membran und Kammer.
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Von Vorteil kann es ebenfalls sein,
wenn der Verdrängungskörper über einen
elektrischen Aktor, wie z. B. einem Solenoid, einem Piezoelement
oder einem motorischen Antrieb beaufschlagbar ist, der z. B. über die
Steuereinrichtung erregbar ist. Über
den Aktor kann der Verdrängungskörper mit
einem bestimmten Hub bewegt werden, so dass eine Brennstoffmenge
mit definiertem Volumen aus der Dosierkammer ausgestossen, und der
Brennkammer zugeführt
werden kann. Der Aktor bewegt dabei den Verdrängungskörper mit einem einstellbaren
Hub, der einem bestimmten Verdrängungsvolumen
entspricht.
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Der Verdrängungskörper kann aber auch mechanisch,
durch eine z. B. vom Anwender induzierte Bewegung betätigt werden.
Z. B. kann eine Anpressbewegung des Setzgerätes an einen Untergrund ausgenutzt
werden, um den Verdrängungskörper in
die Dosierkammer hineinzubewegen und eine Brennstoffmenge entsprechend
seinem Verdrängungsvolumen
aus der Dosierkammer herauszudrücken.
Das Verdrängungsvolumen
ist dabei günstigerweise
voreingestellt über
das Einstellmittel oder über die
Steuereinrichtung.
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Weitere Vorteile und Massnahmen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung
und den Zeichnungen. In den Zeichnungen ist die Erfindung in drei
Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Es zeigen:
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1 schematisch,
ein erfindungsgemässes Setzgerät in teilweiser
Querschnittsansicht,
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2 schematisch,
einen Ausschnitt des erfindungsgemässen Setzgeräts aus 1 mit der Dosiereinrichtung,
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3 schematisch,
eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemässen
Setzgeräts,
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4 schematisch,
einen Ausschnitt des Setzgeräts
aus 3 mit der Dosiereinrichtung,
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5 schematisch,
einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Setzgeräts mit der
Dosiereinrichtung,
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In den 1 und 2 ist das erfindungsgemässe Setzgerät 10 in
einer ersten Ausführungsform
in seiner Ausgangs- oder Ruhestellung dargestellt. Das Setzgerät 10 wird
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
mit einem Brenngas betrieben. Das Setzgerät 10 weist ein Gehäuse 14 auf,
in dem ein Setzwerk angeordnet ist, mittels dessen ein hier nicht
wiedergegebenes Befestigungselement in einen hier nicht dargestellten
Untergrund eingetrieben werden kann, wenn das Setzgerät 10 an
einen Untergrund angepresst und ausgelöst wird.
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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 Befestigungselement 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.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist in der Brennkammer 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.
Die Zuführrichtung
des Brenngases vom Brennstoffreservoir 11 zur Brennkammer 13 ist mit
dem Bezugszeichen 26 in 1 angegeben.
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Das erfindungsgemässe Setzgerät 10 weist ferner
noch eine elektronische Steuereinrichtung 20 auf, die über elektrische
Zuleitungen 47 an eine Stromquelle 27, wie z.
B. eine Batterie oder einen Akku etc. angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung 20 steuert
in diesem Ausführungsbeispiel
den Zündzeitpunkt
und damit die Zündeinheit
bzw. die Zündkerze 23 über die
elektrische Leitung 43. Ein Setzvorgang wird vom Anwender
durch Andrücken
des Setzgeräts 10 an
einen Untergrund und durch Betätigen eines
Schaltmittels 25 an einem Handgriff 15 des Setzgeräts 10 ausgelöst, der
den Auslösebefehl über eine
Leitung 45 an die Steuereinrichtung 20 weiterleitet.
Es bleibt an dieser Stelle noch zu bemerken, dass das Setzgerät 10 auch
ohne Steuereinheit 20 ausgebildet sein kann.
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In der Brennstoffzuführung 12 ist
noch eine manuell einstellbare Dosiereinrichtung 30 angeordnet.
Die Dosiereinrichtung 30 ist in 2 detaillierter wiedergegeben. Die Dosiereinrichtung 30 weist
eine, in einem Gehäuse 54 angeordnete
Kammer 31 auf. Die Kammer 31 ist über einen
Einlass 32 mit der, von der Brennstoffquelle 11 kommenden Brennstoffzuführung 12 verbunden
(hier nicht zeichnerisch dargestellt). Über einen Auslass 33 ist
die Kammer 31 ferner mit dem zur Brennkammer 13 führenden
Abschnitt der Brennstoffzuführung 12 verbunden
(hier ebenfalls nicht zeichnerisch dargestellt).
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Am Einlass 32 ist ein Ventilmittel 34 angeordnet,
das lediglich ein Einströmen/Einfliessen
von Brennstoff in die Kammer 31 erlaubt. Am Auslass 33 ist
ein Ventilmittel 35 angeordnet, welches lediglich ein Ausströmen/Ausfliessen
von Brennstoff aus der Kammer 31 erlaubt. In einer Öffnung 36 der
Kammer 31 ist ein Verdrängungskörper 50,
der als Kolben ausgebildet, verschieblich geführt und gegen die Seitenwände der Öffnung 36 über wenigstens
ein Dichtungselement 53 abgedichtet ist. Der Verdrängungskörper 50 ist
an seinem, der Kammer 31 abgewandten Ende an einem Betätigungsmittel 24,
wie einem Anpressgestänge
(vgl. auch 1) bewegungsfest angeordnet. Über ein
Einstellmittel 52, wie z. B. einer Rändelschraube, kann der maximale
Hub des Verdrängungskörpers 50 in
die Kammer 31 manuell vom Anwender eingestellt werden.
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In 2 ist
der Verdrängungskörper 50 zunächst in
seiner Ausgangststellung 50.1 wiedergegeben. Wird das Setzgerät 10,
bei einer ersten Stellung des Einstellmittels 24 an einen
Untergrund angepresst, dann wird der Verdrängungskörper 50 in Pfeilrichtung 56 bis
in eine Endstellung 50.2 bewegt. Bei diesem Hub des Verdrängungskörpers 50 wird
ein Brennstoffvolumen aus der Kammer 31 verdrängt, und über das
sich öffnende
Ventilmittel 35 durch den Auslass 33 und die Brennstoffzuführung 12 der Brennkammer 13 zugeführt.
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In einer weiteren Stellung des Einstellmittels 24,
z. B. für
den Betrieb des Setzgeräts 10 bei
Kälte, wird
der Verdrängungskörper 50 beim
Anpressen des Setzgeräts 10 in
Pfeilrichtung 56 bis in eine Endstellung 50.3 bewegt.
Bei diesem längeren
Hub des Verdrängungskörpers 50 wird
nun ein grösseres Brennstoffvolumen,
als das vorhergehend beschriebene, aus der Kammer 31 verdrängt, und
der Brennkammer 13 zugeführt. Es sollte hier noch angemerkt werden,
dass noch ein Mittel zum temporären
Festhalten des Verdrängungskörpers 50 in
seinen Endstellungen vorgesehen sein kann, um bei einem unbeabsichtigten
Abheben und erneuten Anpressen des Setzgeräts 10 vor dem Auslösen des
Setzgeräts 10,
ein erneutes Zuführen
von Brennstoff in die Brennkammer 13 zu verhindern.
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Das in den 3 und 4 dargestellte
Setzgerät 10 unterscheidet
sich im Wesentlichen dadurch von dem zuvor beschriebenen, dass die
Steuereinrichtung 20 dort auch die elektronisch steuerbare
Dosiereinrichtung 30, und damit das Verdrängungsvolumen
des Verdrängungskörpers 50 steuert.
Die Steuereinrichtung 20 kann dazu z. B. mit einem Mikroprozessor
versehen sein, in dem ein Steuerprogramm für eine oder mehrere Gerätefunktionen
ablaufen kann.
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Die Steuereinrichtung 20 ist über eine
elektrische Leitung 44 mit der Dosiereinrichtung 30,
und zwar mit einem elektrischen Aktor 55 verbunden. Über die
elektrische Leitung 43 ist die Steuereinrichtung 20 mit
der Zündkerze 23 verbunden.
Das Schaltmittel 25 bzw. der Triggerschalter am Handgriff 15 des
Setzgerätes 10 schaltet
elektronisch, und ist über eine
elektrische Leitung 45 mit der Steuereinrichtung 20 verbunden.
In der Steuereinrichtung 20 können ferner noch Messdaten
und Parameter von Sensoren, wie z. B. einem Sensor 22 zur
Erfassung der Temperatur der Brennkammer und einem Sensor 21 zu
Erfassung der Temperatur und des Drucks der Umgebungsluft, ausgewertet
und in Steuersignale umgesetzt werden. Der Sensor 22 ist
dabei über
die elektrische Leitung 42 und der Sensor 21 über die elektrische
Leitung 41 mit der Steuereinrichtung 20 verbunden.
Es bleibt noch zu bemerken, dass die elektrischen Leitungen oder
Verbindungen 41, 42, 43, 44, 45, 47 sowohl
der Versorgung mit elektrischer Energie, als auch der elektronischen
Datenübertragung
dienen können.
Neben den Sensor 22, 21 können noch weitere Sensoren
Messdaten an die Steuereinrichtung 20 übermitteln.
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Bezüglich des prinzipiellen Aufbaus
der Dosiereinrichtung 30 wird hier vollumfänglich Bezug
genommen auf die vorhergehende Beschreibung zu den 1 und 2.
Verändert
ist hier die Ansteuerung des Verdrängungskörpers 50, der hier über den
elektrischen Aktor 55 betätigt werden kann. Über den
Aktor 55 kann der Verdrängungskörper 50 in
Abhängigkeit
von den ermittelten Parametern und dem jeweiligen Steuerbefehl der
Steuereinrichtung 20 in verschiedene Endstellungen 50.1, 50.2 u.a.
versetzt werden, so dass eine, dem Verdrängungsvolumen entsprechende
Brennstoffmenge in der vorbeschriebenen Weise der Brennkammer zugeführt wird.
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In 5 ist
eine Variante einer elektronisch ansteuerbaren Dosiereinrichtung 30 dargestellt.
Der Verdrängungskörper 51 ist
dabei als Membran ausgebildet, die eine Öffnung 36 der Kammer 31 verschliesst.
Der Verdrängungskörper 51 bzw.
die Membran ist in diesem Beispiel über einen elektrischen Aktor 55 betätigbar,
und aus einer Ausgangsstellung 51.1 in verschiedene Endstellungen 51.2 versetzbar.
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Wegen weiterer Erläuterungen
wird vollumfänglich
Bezug genommen auf die vorangegangene Beschreibung zu den 1 bis 4.
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Es bleibt noch zu bemerken, dass
die Betätigung
der Verdrängungskörper 50, 51 in
den Ausführungsbeispielen
gem. den 3 bis 5 über den Aktor impulsartig erfolgen
kann, so dass eine hohe Fliess- bzw. Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs
zur Brennkammer
13 erreicht werden kann. Dieses kann z.
B. an einer Einspritzdüse
am Ende der Brennstoffzuführung 12 an
der Brennkammer 13 zur feinen Zerstäubung des Brennstoffs genutzt
werden.
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- 10
- Setzgerät
- 11
- Brennstoffquelle
- 12
- Brennstoffzuführung
- 13
- Brennkammer
- 14
- Gehäuse
- 15
- Handgriff
- 16
- Treibkolben
- 17
- Kolbenführung
- 18
- Bolzenführung
- 19
- Magazin
- 20
- Steuereinrichtung
- 21
- Luftdruck-
und Temperatursensor
- 22
- Temperatursensor
- 23
- Zündeinheit,
Zündkerze
- 24
- Betätigungsmittel
- 25
- Schaltmittel
- 26
- Strömungsrichtung
des Brennstoffs
- 27
- Stromquelle
- 30
- Dosiereinrichtung
- 31
- Dosierkammer
- 32
- Einlass
- 33
- Auslass
- 34
- Ventilmittel
- 35
- Ventilmittel
- 36
- Öffnung
- 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 30)
- 45
- elektrische
Leitung (zwischen 20 und 25)
- 47
- elektrische
Zuleitung (zwischen 20 und 27)
- 50
- Verdrängungskörper
- 50.1
- Ausgangsstellung
von 50
- 50.2
- Endstellung
von 50
- 50.3
- alternative
Endstellung von 50
- 51
- Verdrängungskörper
- 51.1
- Ausgangsstellung
von 51
- 51.2
- Endstellung
von 51
- 52
- Einstellmittel
- 53
- Dichtungselement
- 54
- Gehäuse von 31
- 55
- elektrischer
Aktor
- 56
- Pfeilrichtung