EP1093889A2 - Treibgas für brennkraftbetriebene Werkzeuge - Google Patents

Treibgas für brennkraftbetriebene Werkzeuge Download PDF

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EP1093889A2
EP1093889A2 EP00810884A EP00810884A EP1093889A2 EP 1093889 A2 EP1093889 A2 EP 1093889A2 EP 00810884 A EP00810884 A EP 00810884A EP 00810884 A EP00810884 A EP 00810884A EP 1093889 A2 EP1093889 A2 EP 1093889A2
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EP
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propellant gas
weight
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combustion
mixture
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Kaveh Towfighi
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Hilti AG
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Hilti AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25C—HAND-HELD NAILING OR STAPLING TOOLS; MANUALLY OPERATED PORTABLE STAPLING TOOLS
    • B25C1/00—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices
    • B25C1/08—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by combustion pressure

Definitions

  • the present invention relates to a propellant gas for internal combustion engines Tools, especially for setting tools for fasteners, on the The basis of flammable gases.
  • Such combustion powered tools include, for example, a combustion chamber and a piston which is movable in a piston guide and which is guided by the in expanding combustion gases generated in the combustion chamber becomes.
  • a combustion chamber By igniting an air / within the combustion chamber
  • the piston becomes fuel mixture or by igniting a powder propellant charge moved away from the combustion chamber strikes the fastener and drives this into the documentation material. It depends on the combustion
  • the energy of the propellant gas depends very much on the combustion rate which in turn depends on the air / gas ratio.
  • Internal combustion powered tools of this type are, for example, from DE-A-40 32 20 and US-A-5 842 623.
  • the object of the present invention is therefore a propellant for internal combustion tools, in particular for setting tools for fastening elements indicate which is non-toxic, easily and inexpensively procured can provide the required combustion energy, a targeted adjustment of this combustion energy enables, even at low Temperatures can be used and the aerosol regulations can be observed.
  • this object is achieved by using a propellant gas in the form of a mixture of three components in certain proportions, these components can in turn be mixtures.
  • the invention therefore relates to the propellant gas according to claim 1.
  • the subclaims relate to preferred embodiments of this subject matter of the invention.
  • the propellant gas according to the invention is a mixture containing (A) 40 to 70 wt. % Dimethyl ether, nitrous oxide and / or nitromethane, (B) 8 to 20 % By weight of propylene, methyl acetylene, propane and / or propadiene and (C) 20 to 45% by weight of isobutane and / or n-butane, the sum of the constituents being 100 % By weight.
  • the components (A), (B) and (C) can each have one or more representatives of the specified combustible gases.
  • the component (A) is preferably in an amount of 50 to 60% by weight Component (B) in an amount of 10 to 15 wt .-% and the component (C) in an amount of 25 to 35 wt .-% of the mixture.
  • the propellant gas according to the invention preferably contains dimethyl ether as component (A), as component (B) propylene and as component (C) isobutane.
  • component (A) dimethyl ether
  • component (B) propylene and as component (C) isobutane.
  • Propellant a mixture of 58 wt .-% dimethyl ether, 14 wt .-% propylene and 28% by weight isobutane.
  • the dimethyl ether preferably used according to the invention as component (A) is known as a coolant and as a propellant for aerosol spray cans. Most recently Time is also being considered using dimethyl ether as a fuel in the automotive industry use, for which reference is made to US Pat. No. 5,626,294 can.
  • Dimethyl ether used succeeds in forming a propellant gas which has the desired Evaporation pressure possible even at low temperatures.
  • Dimethyl ether has a relatively wide ignition window, i.e. H. a large gas-air ratio, in which the mixture is ignitable.
  • Dimethyl ether is not considered classified toxic and it surprisingly causes a higher burning rate than the conventionally used MAPP mixture.
  • the molecule The dimethyl ether contains an oxygen atom, which improves combustion leads, which means that when using the propellant according to the invention in percent less air has to be added than with pure hydrocarbons, which in turn means smaller combustion chambers of the combustion powered tools enables and is advantageous with regard to the exhaust gases emitted.
  • the evaporation pressure of the dimethyl ether is not too high (5.1 bar (absolute) at 20 ° C and 1 1.7 bar at 50 ° C), making it suitable for filling in aerosol cans is suitable, what the use of the propellant according to the invention in compressed or liquefied form in a pressure vessel with dispensing valve enables.
  • combustible gases dinitrogen monoxide which can also be used as component (A) and nitromethane as well.
  • the component (B) contains a reactive double bond in its molecule, which leads to a better combustion of the molecule and thus the propellant mixture leads.
  • the relatively high evaporation pressure of this component especially of the preferred propylene (10.2 bar at 20 ° C and 5 bar at - 5 ° C) favors the atomization of the other components of the propellant gas through the nozzles when the propellant gas is introduced into the combustion chamber of the tool
  • the component (C), namely isobutane, is used to stabilize the mixture. It is gaseous above -11.5 ° C and therefore also allows cheap combustion.
  • the combination of dimethyl ether, dinitrogen monoxide and / or nitromethane alone in combination with one another and the other constituents (B) and (C) essential to the invention results in a propellant gas mixture which is distinguished by a surprisingly advantageous balanced combination of physical, chemical and environmental compatibility properties .
  • the propellant claimed is characterized by a particularly practical behavior both during production and filling, and, in particular, during handling, in that the mixture easily meets the requirements for aerosols fulfilled, can be removed from the pressure vessel with the usual metering valves without causing problems with the materials of the valves.
  • the propellant gas according to the invention exhibits excellent ignitability and combustion speed even at low temperatures (-5 ° C.), as a result of which the fastening elements can be set in a faultless and safe manner even under climatically unfavorable conditions.
  • the propellant gas according to the invention can additionally contain at least one lubricant, for example, based on mineral oil or silicone oil, included Lubricate the valve devices used to introduce the propellant gas into the Combustion chamber are required.
  • at least one lubricant for example, based on mineral oil or silicone oil, included Lubricate the valve devices used to introduce the propellant gas into the Combustion chamber are required.
  • a propellant gas mixture consisting of 58% by weight of dimethyl ether as component (A) 14% by weight of propylene as component (B) and 28% by weight of isobutane as component (C) formed.
  • the mixture has an evaporation pressure of 11.6 at 50 ° C cash and thus fulfills the legal aerosol regulations.
  • this propellant is a smooth residue-free Combustion with non-toxic, pollutant-free exhaust gases at high Energy release enables, so that the fasteners in problem-free the documents are collected. It has been shown that this Propellant gas can be used without problems even at low temperatures of -5 ° C.

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Abstract

Beschrieben wird ein Treibgas für brennkraftbetriebene Werkzeuge, insbesondere für Setzgeräte für Befestigungselemente, auf der Grundlage brennbarer Gase enthaltend ein Gemisch aus (A) 40 bis 70 Gew.-% Dimethylether, Distickstoffmonoxid und/oder Nitromethan, (B) 8 bis 20 Gew.-% Propylen, Methylacetylen, Propan und/oder Propadien und (C) 20 bis 45 Gew.-% Isobutan und/oder n-Butan.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Treibgas für brennkraftbetriebene Werkzeuge, insbesondere für Setzgeräte für Befestigungelemente, auf der Grundlage brennbarer Gase.
Brennkraftbetriebene Werkzeuge der in Rede stehenden Art, namentlich Setzgeräte für Befestigungselemente, sind aus der DE-A-4 032 202 bekannt. Mit Hilfe dieser Werkzeuge können Befestigungselemente, wie beispielsweise Nägel, Bolzen usw.; direkt unter Einwirkung der Brennkraft, normalerweise einer Pulverladung, in Materialien, beispielsweise Holz, Stahl, Beton und dergleichen, an denen das entsprechende Bauteil befestigt werden soll, eingetrieben werden.
Solche brennkraftbetriebenen Werkzeuge umfassenbeispielsweise eine Brennkammer und einen in einer Kolbenführung beweglichen Kolben, der von den in der Brennkammer erzeugten expandierenden Verbrennungsgasen beaufschlagt wird. Durch Entzünden eines innerhalb der Brennkammer vorhandenen Luft/ Brennstoffgemisches oder durch Zünden einer Pulver-Treibladung wird der Kolben von der Brennkammer weg bewegt, schlägt auf das Befestigungselement auf und treibt dieses in das Unterlagenmaterial ein. Dabei hängt die durch die Verbrennung des Treibgases gewonnene Energie sehr stark von der Verbrennungsgeschwindigkeit ab, die wiederum vom Luft/Gas-Verhältnis abhängt.
Brennkraftbetriebene Werzeuge dieser Art sind beispielaweise aus der DE-A-40 32 20 und der US-A-5 842 623 bekannt.
Das in der US-A-5 842 623 beschriebene brennkraftbetriebene Werkzeug wird mit einem Gemisch aus Methylacetylen und Propadien oder einem Gemisch aus Propan, Butan, Propylen oder Ethan als Treibgas betrieben. Bei handelsüblichen brennkraftbetriebenen Werkzeugen der in Rede stehenden Art werden insbesondere Mischungen aus Methylacetylen, Propadien, Propylen und Butan eingesetzt, die auch unter dem Namen MAPP bekannt sind. Dieses Gas ist ein Abfallprodukt, das beim Verkoken von Steinkohle entsteht und das eine relativ hohe Brenngeschwindigkeit bietet, was für einen hohen Wirkungsgrad der Werkzeuge wichtig ist.
Diese herkömmlichen Treibgase besitzen jedoch erhebliche Nachteile. So enthalten die üblicherweise eingesetzten MAPP-Mischungen meistens kleine Anteile an Butadien, welches giftig und nur in Mengen von unterhalb von 0,1 Gew.% zulässig ist. Reine, Butadien-freie MAPP-Gase sind schwer erhältlich und kostspielig. Übliche Kohlenwasserstoffgemische oder reine Brenngase, wie Butan oder Propan, brennen langsamer und eignen sich für den vorliegenden Anwendungszweck nicht.
Insbesondere zeigen die meisten bekannten als Treibgase eingesetzten Gasmischungen eine langsame und schwache Verdampfung bei tiefen Temperaturen (- 5°C) auf, was jedoch für die in Rede stehenden Werkzeuge problematisch ist, die auf Baustellen auch bei Temperaturen unterhalb 0°C einsetzbar sein müssen.
Kohlenwasserstoffe, die schnell brennen, sind andererseits nur unter hohen Kosten zu beschaffen und besitzen häufig zu hohe Dampfdrücke, was die Einhaltung der behördlich vorgeschriebenen Vorschriften zur Handhabung von Aerosolen erschwert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Treibgas für brennkraftbetriebene Werkzeuge, insbesondere für Setzgeräte für Befestigungselemente anzugeben, welches ungiftig ist, einfach und kostengünstig beschafft werden kann, die erforderliche Verbrennungsenergie bereitstellt, eine gezielte Einstellung dieser Verbrennungsenergie ermöglicht, auch bei tiefen Temperaturen einsetzbar ist und die Aerosolvorschriften einzuhalten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Einsatz eines Treibgases in Form eines Gemisches aus drei Bestandteilen in bestimmten Mengenverhältnissen, wobei diese Bestandteile ihrerseits Mischungen darstellen können.
Gegenstand der Erfindung ist daher das Treibgas gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes.
Das erfindungsgemäße Treibgas ist ein Gemisch enthaltend (A) 40 bis 70 Gew.- % Dimethylether, Distickstoffmonoxid und/oder Nitromethan, (B) 8 bis 20 Gew.-% Propylen, Methylacetylen, Propan und/oder Propadien und (C) 20 bis 45 Gew.-% Isobutan und/oder n-Butan, wobei die Summe der Bestandteile 100 Gew.-% beträgt.
Die Bestandteile (A), (B) und (C) können für sich jeweils einen oder mehrere Vertreter der angegebenen brennbaren Gase enthalten.
Der Bestandteil (A) ist vorzugsweise in einer Menge von 50 bis 60 Gew.-%, der Bestandteil (B) in einer Menge von 10 bis 15 Gew.-% und der Bestandteil (C) in einer Menge von 25 bis 35 Gew.-% des Gemisches vorhanden.
Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Treibgas als Bestandteil (A) Dimethylether, als Bestandteil (B) Propylen und als Bestandteil (C) Isobutan. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Treibgas ein Gemisch aus 58 Gew.-% Dimethylether, 14 Gew.-% Propylen und 28 Gew.-% Isobutan.
Daneben können in dem erfindungsgemäßen Treibgas geringe Mengen anderer brennbarer Gase enthalten sein, welche ungiftig sind und den Dampfdruck und die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gemisches nicht nachteilig beeinflussen.
Der erfindungsgemäß bevorzugt als Bestandteil (A) eingesetzte Dimethylether ist als Kühlemittel und als Treibmittel für Aerosolsprühdosen bekannt. In jüngster Zeit wird auch daran gedacht, Dimethylether als Brennstoff in der Automobilindustrie einzusetzen, wozu auf das US-Patent 5 626 294 verwiesen werden kann.
Mit Hilfe des Bestandteils (A) und insbesondere des erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten Dimethylethers gelingt es, ein Treibgas zu bilden, welches den gewünschten Verdampfungsdruck auch bei tiefen Temperaturen ermöglicht. Dimethylether besitzt ein relativ breites Zündfenster, d. h. ein großes Gas-Luft-Verhältnis, in welchem das Gemisch zündfähig ist. Dimethylether wird nicht als giftig eingestuft und es bewirkt überraschenderweise eine größere Brenngeschwindigkeit als das herkömmlich eingesetzte MAPP-Gemisch. Das Molekül des Dimethylethers enthält ein Sauerstoffatom, was zur besseren Verbrennung führt, was bedeutet, daß beim Einsatz des erfindungsgemäßen Treibgases prozentual weniger Luft zugemischt werden muß als bei reinen Kohlenwasserstoffen, was wiederum kleinere Brennkammern der brennkraftbetriebenen Werkzeuge ermöglicht und im Hinblick auf die ausgestoßenen Abgase von Vorteil ist. Der Verdampfungsdruck des Dimethylethers ist nicht zu hoch(5,1 bar (absolut) bei 20°C und 1 1,7 bar bei 50°C), so daß es sich für das Abfüllen in Aerosoldosen eignet, was den Einsatz des erfindungsgemäßen Treibgases in verdichteter oder verflüssigter Form im einem Druckbehälter mit Abgabeventil ermöglicht.
Für den angestrebten Einsatz als Treibgas für brennkraftbetriebene Werkzeuge entsprechend günstige physikalische und chemische Eigenschaften besitzen die als Bestandteil (A) ebenfalls einsetzbaren brennbaren Gase Distickstoffmonoxid und Nitromethan ebenfalls. Sie können daher im Fall von Nitromethan allein oder in Form von Mischungen untereinander und/oder in Kombination mit Dimethylether in dem beanspruchten Treibgas eingesetzt werden. Dabei werden die Einzelbestandteile in solchen Mengen eingesetzt, daß sich ein für cen Einsatzzweck geeigneter Dampfdruck ergibt.
Der Bestandteil (B), enthält in seinem Molekül eine reaktive Doppelbindung, welche zu einer besseren Verbrennung des Moleküls und damit der Treibgasmischung führt. Der relativ hohe Verdampfungsdruck dieses Bestandteils, namentlich des bevorzugt eingesetzten Propylens (10,2 bar bei 20°C und 5 bar bei - 5°C) begünstigt die Zerstäubung der weiteren Bestandteile des Treibgases durch die Düsen beim Einführen des Treibgases in die Brennkammer des Werkzeugs
Der Bestandteil (C), namentlich Isobutan wird zur Stabilisierung des Gemisches eingesetzt. Es ist oberhalb von -11,5°C gasförmig und erlaubt daher ebenfalls eine günstige Verbrennung.
Durch die Vereinigung von Dimethylether, Distickstoffmonoxid und/oder Nitromethan allein in Kombination miteinander, mit den weiteren erfindungswesentlichen Bestandteilen (B) und (C) ergibt sich ein Treibgasgemisch, welches sich durch eine überraschend vorteilhafte ausgewogene Kombination von physikalischen, chemischen und Umweltverträglichkeits-Eigenschaften auszeichnet. Sozeichnet sich das beanspruchte Treibgas aufgrund der Kombination der Bestandteile (A), (B) und (C) durch ein besonders praxisgerechtes Verhalten sowohl bei der Herstellung und Abfüllung, als auch und insbesondere bei der Handhabung, indem das Gemisch ohne weiteres die Anforderungen an Aerosole erfüllt, mit den üblichen Dosierventilen aus dem Druckbehälter entnommen werden kann, ohne daß sich Probleme mit den Materialien der Ventile ergeben. Darüber hinaus zeigt das erfindungsgemäße Treibgas auch bei tiefen Temperaturen (-5°C) eine hervorragende Zündfähigkeit und Verbrennungsgeschwindigkeit, wodurch das Setzen der Befestigungselemente auch unter klimatisch ungünstigen Bedingungen in einwandfreier und sicherer Weise gelingt.
Das erfindungsgemäße Treibgas kann zusätzlich mindestens ein Schmiermittel, beispielsweise auf Mineralölbasis oder Silikonölbasis, enthalten, zum Schmieren der Ventileinrichtungen, die zur Einführung des Treibgases in die Brennkammer erforderlich sind.
Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
BEISPIEL
Es wird ein Treibgasgemisch aus 58 Gew.-% Dimethylether als Bestandteil (A), 14 Gew.-% Propylen als Bestandteil (B) und 28 Gew.-% Isobutan als Bestandteil (C) gebildet. Das Gemisch besitzt bei 50°C einen Verdampfungsdruck von 11,6 bar und erfüllt damit die gesetzlichen Aerosolvorschriften.
Beim Betrieb eines brennkraftbetriebenen Werkzeugs der in der DE-A-40 32 202 beschriebenen Art hat sich gezeigt, daß dieses Treibgase eine glatte rückstandsfreie Verbrennung mit ungiftigem schadstofffreiem Abgase bei hoher Energiefreisetzung ermöglicht, so daß die Befestigungselemente problemfrei in das Unterlagenmaterial eingetrieben werden. Dabei hat sich gezeigt, daß dieses Treibgas auch bei tiefen Temperaturen von -5°C problemlos einsetzbar ist.

Claims (7)

  1. Treibgas für brennkraftbetriebene Werkzeuge, insbesondere für Setzgeräte für Befestigungselemente, auf der Grundlage brennbarer Gase, gekennzeichnet durch ein Gemisch enthaltend (A) 40 bis 70 Gew.-% Dimethylether, Distickstoffmonoxid und/oder Nitromethan, (B) 8 bis 20 Gew.-% Propylen, Methylacetylen, Propan und/oder Propadien und (C) 20 bis 45 Gew.-% Isobutan und/oder n-Butan.
  2. Treibgas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gemisch aus 50 bis 60 Gew.-% des Bestandteils (A), 10 bis 15 Gew.-% des Bestandteils (B) und 25 bis 35 Gew.-% des Bestandteils (C) umfaßt.
  3. Treibgas nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bestandteil (A) Dimethylether, als Bestandteil (B) Propylen und als Bestandteil (C) Isobutan enthält.
  4. Treibgas nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gemisch aus 58 Gew.-% Dimethylether, 14 Gew.-% Propylen und 28 Gew.-% Isobutan umfaßt.
  5. Treibgas nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich mindestens ein Schmiermittel enthält.
  6. Treibgas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Schmiermittel auf Mineralölbasis und/oder Silikonölbasis enthält.
  7. Treibgas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in verdichteter oder verflüssigter Form in einem Druckbehälter mit Abgabeventil vorliegt.
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