DE8014316U1 - Brennkraftbetriebenes setzgeraet - Google Patents

Description

HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN Fürstentum Liechtenstein

Brennkraftbetriebenes Setzgerät

Die Erfindung betrifft ein brennkraftbetrxebenes Setzgerät mit einem Führungszylinder, einem im Führungszylinder gelagerten, vom Verbrennungsdruck eines Gasgemisches getriebenen Arbeitskolben, einer entgegen der Treibrichtung des Arbeitskolbens an den Führungszylinder anschliessenden Brennkammer, einer der Brennkammer zugeordneten Zündvorrichtung für das Gasgemisch, einem aufeinanderfolgendes Einströmen zweier Gemischkomponenten in die Brennkammer bewirkenden, mit Zuleitungen für die einen unterschiedlichen Druck aufweisenden

Gemischkomponenten versehenen Steuerschieber und einem Rückschlagventil im Einströmkanal zwischen Steuerschieber und Brennkammer.

Bei einem bekannten brennkraftbetriebenen Setzgerät, das beispielsweise dem Eintreiben von Nägeln in Aufnahmematerialien dient, wird zum Antrieb des Arbeitskolbens ein Gasgemisch aus Propan und Luft verwendet. Das in einer Brennkammer unter einem Ladedruck bereitgehaltene Gasgemisch wird mittels einer elektrischen Zünd- bzw Glühkerze gezündet. Der sich aufbauende Verbrennungsdruck öffnet ein die Brennkammer gegen den Zylinderraum verschliessendes Hauptventil, worauf der Verbrennungsdruck die rückseitige Stirnfläche des Arbeitskolbens beaufschlagt und letzterer im Führungszylinder nach vorne, das heisst zum Eintreibzwecke gegen das Aufnahmematerial beschleunigt wird.

Das Gasgemisch entsteht durch getrenntes, aufeinanderfolgendes Einlassen der beiden Gemischkomponenten unterschiedlichen Druckes in die Brennkammer, was durch einen Steuerschieber bewerkstelligt wird. Um ein Zurückfluten des in der Brennkammer befindlichen Gasgemisches, insbesondere beim Auftreten des hohen Verbrennungsdruckes, in den Einströmkanal zwischen Steuerschieber und Brennkammer zu unterbinden, ist ein Rückschlagventil vorgesehen.

Das gegenüber der Luft einen niedrigeren Druck aufweisende Propan gelangt vor dem Einlassen in die Brennkammer in einen Speicherraum. Durch diesen Speicherraum soll unter anderem sichergestellt werden, dass der sich bei der Gemischbildung aufgebaute und nach dem Verschliessen des Rückschlagventils im Einströmkanal verbleibende Teil des Gasgemisches, dessen Druck jenem der Luft entspricht, beim nachträglichen Umstellen des Steuerschiebers nicht in die Zuleitung des Propans einfliesst. Dies würde einerseits zu einer Verfälschung des für die Gemischbildung zuzuleitenden Propans als auch zu einer Aenderung des Druckes in der Propan-Zuleitung und damit zu Steuerschwierigkeiten führen.

Ein erheblicher Nachteil des bekannten Gerätes besteht in der begrenzten Leistungsabgabe. Die Grenzen liegen insbesondere im Füllungsgrad der Brennkammer, da dieser nur eine kleine Menge Propan zugeleitet wird, weil das Propan unter Zuleitungsdruck im Speicherraum bereitgehalten wird und in der Folge die durch den Speicherraum begrenzte Propan-Menge nur im Ausmass des Druckausgleiches in die zugeschaltete Brennkammer überströmt.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Gerätes ist die aufwendige Bauweise, indem eine Vielzahl von Steuerleitungen als auch ein Speicherraum vorhanden sein müssen, was erfahrungsgemäss zu erhöhter Störungsanfälligkeit des Gerätes führt. Ferner sei auch auf die umständliche Handhabung hingewiesen, indem beispielsweise das Betätigen des Steuerschiebers auf manuelle Weise und getrennt vom wiederum manuellen Auslösen des Zündvorganges erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein brennkraftbetriebenes Bolzensetzgerät zu schaffen, das sich durch hohe

S Leistungsabgabe sowie durch bauliche, funktionelle und handp habungsmässige Einfachheit auszeichnet.

h Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die

Zuleitung für die Gemischkomponente mit niederem Druck ein

p Schliessventil aufweist, das beim Einströmen der Komponente

mit höherem Druck in die Brennkammer geschlossen ist.

Die erfindungsgemässe Geräteausbildung zeichnet sich durch hohes Leistungsvermögen aus. Der Grund hierfür liegt grundsätzlich darin, dass beide Gemischkomponenten mit dem in den Zuleitungen herrschenden Quellen-Druck in die Brennkammer gelangen, ohne dass ein Speicherraum zwischengeschaltet ist, der den Druck einer Gemischkomponente herabsetzt. Zur Erzielung einer hohen Leistung eignen sich als Gemischkomponenten im besonderen Propan und Sauerstoff mit gegenüber dem Propan höherem Druck. Wie bei bekannten Geräten wird dabei vorerst das Propan und anschliessend die zweite Gemischkomponente höheren Druckes, also der Sauerstoff, zur Gemischbildung in die Brennkammer eingeleitet.

Weitere massgebliche Vorteile werden durch einfacheren Aufbau, durch weniger und kürzere Steuerleitungen sowie durch einfacheren Funktionsablauf erzielt.

Eine baulich einfache und funktionssichere Ausbildung des Schliessventils wird erreicht, wenn dessen Ventilkörper entgegen der Zuströmrichtung der Gemischkomponente niederen Druckes treibende Federmittel aufweist. Es handelt sich dabei zweckmässig um eine Druckfeder, da eine solche sich durch geringe Ermüdung auszeichnet.

Zur Erhöhung des Schliessdruckes und damit der Schliessicherheit des Schliessventils ist es von Vorteil, zwischen dem Schliessventil und der Zuleitung der Gemischkomponente mit höherem Druck einen Speisekanal vorzusehen. Hierdurch wird, ergänzend zur Wirkung der Druckfeder, eine Beaufschlagung des Ventilkörpers mit der Gemischkomponente höheren Druckes erzielt.

Ferner lässt sich die Handhabung des Setzgerätes nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung durch eine Betätigungseinrichtung für den Steuerschieber stark vereinfachen. Die Betätigungseinrichtung ist dabei zweckmässig Teil einer an sich bekannten Anpressicherung in Form eines Gestängemechanismus¹, der die Mündung in Ruhestellung des Setzgerätes überragt und beim Andrücken deo Setzgerätes gegen ein Aufnahmematerial von diesem in das Geräteinnere eingeschoben wird. Es lässt sich auf einfache Weise ein mechanisches Kuppeln dieses Mechanismus' mit dem Steuerschieber bewerkstelligen, so dass letzterer beim Anpressen des Setzgerätes automatisch den voran beschriebenen Steuerweg zurücklegt.

Im Sinne der Vereinfachung der Handhabung des Setzgerätes weist dieses eine Auslöseeinrichtung für die Zündvorrichtung auf, welche ebenso mit der Verschiebebewegung des Steuerschiebers gekuppelt ist. Hierdurch lässt sich zusätzlich die Sicherheit erlangen, dass ein Betätigen der Zündvorrichtung und damit das Zünden des Gasgemisches nur in der entsprechenden Funktionsstellung des Steuerschiebers möglich ist.

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Um eine weitergehende bauliche Vereinfachung des Setzgerätes zu erreichen, sind vorzugsweise Haltemittel vorgesehen, die den Arbeitskolben bei sich aufbauendem Ladedruck des Gasgemisches kraftschlüssig in Zündposition halten. Damit kann auf anderweitige baulich aufwendige. Massnahmen, die ein frühzeitiges Vortreiben des Arbeitskolbens durch den Ladedruck des Gasgemisches verhindern, verzichtet werden. Bei dem eingangs gewürdigten bekannten Setzgerät ist zur Erfüllung dieser Aufgabe das Hauptventil vorgesehen, das zweifelsohne steuerungs- und verschleisstechnische Probleme mit sich bringt.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel wiedergeben, näher erläutert werden. Es zeigen: .·.

Fig. 1 Ein Setzgerät gemäss Erfindung in Ruhestellung, im Längsschnitt.

Fig. 2 Die Steuereinheit des Setzgerätes nach Fig. 1, mit teilweise betätigtem Steuerschieber, im Längsschnitt.

Fig. 3 Die Steuereinheit des Setzgerätes nach Fig. 1, mit vollständig betätigtem Steuerschieber, im Längsschnitt.

Fig. 4 Das Rückschlagventil geschlossen, gemäss dem Schnittverlauf IV-IV in der Fig. 1.

Fig. 5 Das Rückschlagventil offen, gemäss dem Schnittverlauf V-V in der Fig. 2.

Das in der Fig. 1 dargestellte Setzgerät besteht aus einem gesamthaft mit 1 bezeichneten Gehäuse, das vorderseitig einen Führungszylinder 2 bildet, in dem ein gesamthaft mit 3 bezeichneter Arbeitskolben verschiebbar gelagert ist. Letzterer setzt sich aus einem vorderseitigen Schaft 4 und einem Kopf 5 mit gegenüber dem Schaft grösserem Durchmesser

zusammen. Nach vorne ist in den Führungszylinder 2 eine Muffe 6 eingeschraubt, an der sich radial beweglich gelagerte Haltebacken 7 nach vorne abstützen. Letztere greifen in eine Querschnittsverjüngung 4a des Schaftes 4 ein, wobei ein Spannring 8 den Druck für den Eingriff der Haltebacken aufbringt. Nach hinten stützen sich die Haltebacken 7 und der Spannring 8 an einer Sicherungsscheibe 9 ab.

Die Muffe 6 dient ferner der verschieblichen Aufnahme einer rohrförmigen Bolzenführung 11, die beim Bewegungsvorgang des Arbeitskolbens 3 von dessen Schaft 4 durchsetzt wird. Rückseitig ist mit der Bolzenführung 11 ein Querarm 12 verbunden, der seinerseits mit einem gesamthaft mit 13 bezeichneten Steuerschieber gekuppelt ist. Die Teileeinheit Bolzenführung 11/Querarm 12/Steuerschieber 13 wird von einer Zylinderfeder 14 in der gezeigten vorderen Postition gehalten, in der die Bolzenführung 11 die vordere Stirnseite des Gehäuses 1 überragt. Die axiale Verbindung des Querarmes 12 mit dem Steuerschieber 13 wird einerseits durch eine Abstützschulter 15 und andererseits durch eine Schraube 16, die sich kopfseitig über eine Scheibe 17 abstützt und im Steuerschieber 13 festgelegt ist, geschaffen. Der Steuerschieber 13 ist einerseits direkt im Gehäuse 1 und andererseits mit dem hinteren Abschnitt in einer Steuerbüchse 18 bzw einer Führungsbüchse 19 verschieblich gelagert.

Je eine Zuleitung 21 für Propan und eine Zuleitung 22 für Sauerstoff, die ihrerseits an eine geräteferne Quelle angeschlossen sind, was durch einen Anschlussflansch 23 angedeutet sei, werden in einem gehäuseseitigen Handgriff 24 an den Steuerschieber 13 herangeführt. In der Zuleitung 21 für Propan befindet sich ein gesamthaft mit 25 bezeichnetes Schliessventil, dessen Ventilkörper 26 von einem als Druckfeder ausgebildeten Federmittel 27 gegen einen elastischen Dichtring 28 in Schliessstellung gehalten wird.

Das Propan und der gegenüber diesem'einen höheren Druck aufweisende Sauerstoff gelangen, entsprechend einem vom Steuerschieber 13 auszuführenden Steuervorgang, aufeinanderfolgend über einen Einströmkanal 29, dessen Beginn in der Fig. 1 angedeutet ist, in eine an den Zylinderraum nach hinten anschliessende Brennkammer 31. Dem Einströmkanal 29 ist, wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, ein gesamthaft mit 32 bezeichnetes Rückschlagventil zugeordnet, dessen Ventilkörper 33 wiederum von einer Druckfeder 34 in Schliessstellung gehalten wird. Der Abstützung der Druckfeder 34 sowie der Führung des Ventilkörpers 33 dient ein Ringkörper 35, der in Freigabestellung des Ventilkörpers 33 den Durchlass der Gemischkomponenten in die Brennkammer 31 gestattet (Fig. 5). Der äussere Auslauf des Einströmkanals 29 ist durch einen Stopfen 36 verschlossen.

Das Zünden des in die Brennkammer 31 eingeströmten Gasgemisches erfolgt mittels einer gesamthaft mit 37 bezeichneten Zündkerze, deren Mittelelektrode 38 über einen Anschlusslappen 39 von einer hier nicht dargestellten Stromquelle der Zündimpuls vermittelt wird. Die Zündkerze 37 ist in deren vorderem Abschnitt von einem Ringspalt 41 umgeben, der in die Brennkammer 31 mündet, und sitzt andererseits dichtend mit deren hinterem Abschnitt im Gehäuse 1.

In den Ringspalt 41 mündet, asymmetrisch angeordnet, der Einströmkanal 29, wie dies die Fig. 4 verdeutlicht. Diese tangentiale Art des Einleitens der Gemischkomponenten in den Ringspalt 41 führt einerseits bei jedem Füllvorgang zu einem wirkungsvollen Reinigen der Zündkerze durch die einflutenden Gemischkomponenten und andererseits zu einer guten Durchmischung derselben.

Das Auslösen des Zündvorganges erfolgt mittels eines Triggers 42, der unter üeberwindung der Kraft einer Rückstellfeder 43 um eine Drehachse 44 schwenkt und dabei einen elektrischen Schalter 45, der nur andeutungsweise erkennbar ist, betätigt. Der Trigger 42 lässt sich nur in Auslösestellung bringen, wenn sich in der Brennkammer 31 das Gasgemisch gebildet hat. Hierzu musste der Schieber 13 zuvor entgegen der Kraft der

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Zylinderfeder 14 in seine hintere Endposition versetzt werden, was durch Anpressen des Setzgerätes gegen ein Aufnahmematerial und dadurch erfolgendes Einschieben der Bolzenführung 11 geschieht. In der erwähnten Endposition des Steuerschiebers 13 liegt eine Ausnehmung 46 im Bereich der Nase 42a, so dass der Trigger unter Eintauchen der Nase in die Ausnehmung betätigt werden kann. Nach erfolgtem Zündvorgang läuft der Steuerschieber 13, angetrieben durch die Zylinderfeder 14, nach vorne in dessen Ruhestellung, wobei die Ausnehmung 46 mit deren Schrägflanke 46a die Nase 4 2a und damit den Trigger 42 wieder in dessen Ausgangsstellung bringt.

Das Setzgerät wird über den Anschlussflansch 23 an externe Quellen der Gemischkomponenten Propan und Sauerstoff angeschlossen. Das Propan steht damit in der Zuleitung 21 gegen das Schliessventil 25 an. Da der Druck in dem nach dem Schliessventil gelegenen kleinvolumigen Steuerraum kleiner als der Propan-Druck in der Zuleitung 21 ist, wird der Ventilkörper 26 angehoben, so dass es zum Druckausgleich zwischen dem erwähnten Steuerraum und der Zuleitung 21 kommt. Der Ventilkörper 26 wird dann vom Federmittel wieder in Schliessposition gebracht. Währenddessen ist auch die mit Sauerstoff gefüllte Zuleitung 22 von dem sich in Ruhestellung befindlichen Steuerschieber 13 gesperrt. Der Zutritt der Gemischkomponenten zum Steuerschieber 13 erfolgt über Ringkanäle 47 und Durchtrittsbohrungen 18a in der Steuerbüchse 18, in die der Auslauf der Zuleitungen 21 und 22 mündet.

Nachdem zuvor auch ein Bolzen 48 in die Bolzenführung eingesetzt wurde, wird das Setzgerät mit dessen Mündung gegen ein nicht dargestelltes Aufnahmematerial gepresst, wobei sich die Bolzenführung 11, und mit dieser über den Querarm 12 auch der Steuerschieber 13, entgegen der Kraft der Zylinderfeder 14 nach hinten verschieben. Während dieses Verschiebevorganges - die Bolzenführung 11 und der Querarm 12 erfüllen dabei die Funktion einer Betätigungseinrichtung für den Steuerschieber 13 - erfolgt die Bildung

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des Gasgemisches in der Brennkammer 31. Zur Erläuterung dieses Gemischbildungsvorganges wird anhand der weiteren Figuren der sich beim erwähnten Anpressen des Setzgerätes abwickelnde Steuerungsprozess erklärt.

Während also in Ruhestellung des Setzgerätes beide in den Zuleitungen 21, 22 anstehenden Gemischkomponenten vom Steuerschieber 13 an einem Weiterfliessen gehindert werden, stellt der Steuerschieber 13 nach dem Verschieben in eine Zwischenposition, wie in der Fig. 2 gezeigt, eine Verbindung zwischen der Propan beinhaltenden Zuleitung 21 und dem Einströmkanal 29 her. Da in der Brennkammer 31 nur atmosphärischer Druck herrscht, öffnet der Druck des Propans das Schliessventil und das Rückschlagventil 32,. wie dies die Fig. 5 zeigt, und es kommt so zu einem Einfluten des Propans in die Brennkammer 31. Dieses Füllen der Brennkammer 31 erfolgt innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde. Das Propan strömt dabei über Spalte und Bohrungen, die vom Steuerschieber 13 und der Steuerbüchse 18 gebildet werden, ohne dass an dieser Stelle näher darauf eingegangen sei. Ebenso sind auch Ringdichtungen vorhanden, denen jedoch keine grundlegende funktionelle Bedeutung zukommt, so dass im einzelnen auch auf deren Würdigung verzichtet wird.

Nachdem in der Brennkammer 31 das Propan denselben Druck aufweist wie in der Zuleitung 21, schliessen die beiden Ventile 32 und 25 aufgrund deren Federkraft wieder.

Von funktioneller Wichtigkeit ist ferner, dass der Arbeitskolben 3 während des Ladevorganges des Gasgemisches in der in Fig. 1 gezeigten hinteren Ausgangsstellung verbleibt und nicht etwa vom Ladedruck des Gasgemisches nach vorne verschoben wird. Hierzu dienen kraftschlüssige Haltemittel in der Form der vom Spannring 8 federnd gegen die Querschnittsverjüngung 4a gedrückten Haltebacken 7.

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Nach Abschluss des Anpressvorganges des Setzgerätes nimmt der Steuerschieber 13 die in Fig. 3 gezeigte Endposition ein. Die Zuleitung 22 des Sauerstoffes mündet nunmehr in einen Verbindungskanal 49 des Steuerschiebers 13, der einen Durchtritt des Sauerstoffes zur Einströmöffnung 29 herstellt. Da der Druck des Sauerstoffes erheblich höher als jener des zuvor in die Brennkammer 31 eingeleiteten Propans ist, strömt der Sauerstoff in die Brennkammer 31 nach, wobei er hierzu das Rückschlagventil 32 wiederum öffnet. Dadurch bildet sich in der Brennkammer 31 ein Gasgemisch mit. einem durch den Druck des Sauerstoffes bestimmten Ladedruck. Das federbelastete Rückschlagventil 32 schliesst nunmehr wieder selbsttätig.

Der in der hinteren Endposition befindliche Steuerschieber 13 steht nun mit der Ausnehmung 46 über der Nase 42a, so dass der Trigger 42 betätigt werden kann und die Zündkerze 37 sohin den zur Zündung erforderlichen Stromimpuls erhält. Der sich in der Brennkammer 31 nun aufbauende, den Ladedruck um ein Vielfaches übersteigende Verbrennungsdruck übersteigt bei weitem die Kräfte der den Arbeitskolben 3 zuvor festlegenden Haltemittel, so dass diese den Arbeitskolben zur Beschleunigung durch den Verbrennungsdruck nach vorne freigeben.

Auch der Steuerschieber 13 wird, nachdem der Setzvorgang erfolgt ist und das Setzgerät vom Aufnahmematerial abgehoben wurde, von der Zylinderfeder 14 wieder in die vordere Ausgangsstellung gebracht. Währenddessen bleibt das Schliessventil 25 vom Federmittel 27 geschlossen gehalten, wodurch sichergestellt ist, dass die sich im Verbindungskanal 49 und im Einströmkanal 29 befindlichen Restmengen von Sauerstoff hohen Druckes nicht in die Zuleitung 21 des Propans, das einen im Vergleich dazu niedereren Druck aufweist, eindringen können. Zur Verstärkung der Schliessfunktion ist zudem ein Speisekanal 51 vorgesehen, über den der hohe Druck des sich im Verbindungskanal 49 befindlichen Sauerstoffes zusätzlich in Schliessrichtung auf den Ventilkörper 26 einwirkt. Anschliessend muss lediglich der Arbeitskolben

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3 wieder in seine Ausgangstellung zurückgebracht werden das Setzgerät ist somit wieder einsatzbereit.

Um unmittelbar nach dem Setzvorgang, wenn also der Druck in der Brennkammer 31 und im Zylinderraum abgefallen ist, ein müheloses Nach- beziehungsweise Ausströmen der Gemischkomponenten über die Einströmöffnung 29 und die Brennkammer 31 und nicht dargestellte Oeffnungen ins Freie zu unterbinden, ist die Betätigungseinrichtung für den Steuerschieber zweckmässig so ausgebildet, dass der Steuerschieber 13 sofort nach der Gemischbildung in die in Fig. 1 gezeigte Ruhestellung zurückkehrt. Auf die Darstellung dieser mit der Erfindung direkt nicht zusammenhängenden Ausbildung wurde aus Vereinfachungsgründen verzichtet. .

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle von Propan und Sauerstoff andere Gemischkomponenten zu verwenden.

Claims (6)

r D-R. B-ER-G DlPL.-I N Q. ST APF ' .''.'"! . ί I Dr?L..-JM9<S(jHWABE DR. DR. SANDMAIR Anwaltsakte: 30 957 ,; ,·,,· ·, · · · ·· Patentanwälte • MÖNCHEN 80 · MAUERK1RCHERSTR.4I Patentansprüche

1. Brennkraftbetriebenes Setzgerät mit einem Führungszylinder, einem im Pührungszylinder gelagerten, vom Verbrennungsdruck eines Gasgemisches getriebenen Arbeitskolben, einer entgegen der Treibrichtung des Arbeitskolbens an den Führungszylinder anschliessenden Brennkammer, einer der Brennkammer zugeordneten Zündvorrichtung für das Gasgemisch, einem ein aufeinanderfolgendes Einströmen zweier Gemischkomponenten in die Brennkammer bewirkenden, mit Zuleitungen für die einen unterschiedlichen Druck aufweisenden Gemischkomponenten versehenen Steuerschieber und einem Rückschlagventil im Einströmkanal zwischen Steuerschieber und Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (21) für die Gemischkomponente mit niederem Druck ein Schliessventil (25) aufweist, das beim Einströmen der Komponente mit höherem Druck in die Brennkammer (31) geschlossen ist.

2. Setzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliessventil (25) den Ventilkörper (26) entgegen der Zuströmrichtung der Gemischkomponente mit niederem Druck treibende Federmittel (27) aufweist.

3. Setzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schliessventil (25) und der Gemischkomponente mit höherem Druck ein Speisekanal (51) vorgesehen ist.

4. Setzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Betätigungseinrichtung (11, 12) für den Steuerschieber(13).

5. Setzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Auslöseeinrichtung (42, 45) für die Zündvorrichtung (37).

6. Setzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ilen Arbeitskolben (3) bei sich aufbauendem Ladedruck des Gasgemisches in Zündposition haltende kraftschlüssige Haltemittel (7,8).