EP2851158A1 - Eintreibvorrichtung mit beheiztem pneumatischem Speicher - Google Patents

Eintreibvorrichtung mit beheiztem pneumatischem Speicher Download PDF

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EP2851158A1
EP2851158A1 EP13185169.3A EP13185169A EP2851158A1 EP 2851158 A1 EP2851158 A1 EP 2851158A1 EP 13185169 A EP13185169 A EP 13185169A EP 2851158 A1 EP2851158 A1 EP 2851158A1
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EP
European Patent Office
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drive
gas
gas space
energy
heating element
Prior art date
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Withdrawn
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EP13185169.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Boehm
Nikolaus Hannoschoeck
Peter Bruggmueller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • B25C1/04—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by fluid pressure, e.g. by air pressure
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    • B25C—HAND-HELD NAILING OR STAPLING TOOLS; MANUALLY OPERATED PORTABLE STAPLING TOOLS
    • B25C1/00—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices
    • B25C1/04—Hand-held nailing tools; Nail feeding devices operated by fluid pressure, e.g. by air pressure

Definitions

  • the invention relates to a tacker according to the preamble of claim 1.
  • a heating element in the sense of the invention means any component by means of which a quantity of heat can be introduced into the drive gas in a defined, preferably controllable manner.
  • the heat energy can be converted from originally stored chemically or physically stored energy, in principle, all storage forms come into consideration. For example, besides electric heating elements, combustion processes, catalytic exothermic reactions or the like as a heat source are also possible.
  • each retractable nail, bolt, staple, pin or a screw is understood.
  • the propellant gas in preferred embodiments is air, in particular ambient air. But it can also be gases such as air, nitrogen or carbon dioxide from a pressure reservoir or to reaction gases from a combustion. It is essential in the context of the invention that the drive gas is stored in the gas space under pressure until the driving operation is triggered. Therefore, after loading the gas space, a temperature of the drive gas is usually present, which is above an ambient temperature and is therefore exposed to a dissipative energy loss.
  • the drive gas is conveyed by means of a preferably integrated in the housing compressor in the gas space.
  • the compressor preferably comprises an electric drive, wherein the electric drive is particularly preferably driven by an accumulator as an energy source.
  • the compressor comprises the piston, so that the drive gas is compressed by a movement of the piston to the gas space.
  • a drive of the compressor is heat-conducting connected to the gas space, so that waste heat of the drive is used to reduce the cooling and the associated decrease in pressure in the gas space.
  • the heat-conducting connection is realized by a flow passage through which a medium, for example Cooling air flows from the drive to the gas space.
  • the drive is arranged in or on the gas space.
  • the drive device comprises an ignition element which is provided for igniting the drive gas and is preferably arranged in the gas space.
  • the gas space is then a combustion chamber.
  • the gas space is thermally conductively connected to an exhaust gas channel for exhaust gas formed during the combustion of the drive gas, so that exhaust gas heat is used to reduce the cooling and the associated drop in pressure in the gas space. This makes it possible to save heating energy for the heating element.
  • a wall of the gas space can be flowed through with the exhaust gas, for example as part of the exhaust gas duct.
  • the heating element is designed as an electrical heating element.
  • This may be, for example, a simple heating wire, which is arranged within the gas space and is in contact with the drive gas.
  • the heating element can also be designed as a PTC heating element.
  • PTC positive temperature coefficient
  • the heating element may comprise a heat accumulator in order to enable a heat flow into the drive gas even when the energy supply is switched off.
  • the heating element can be controlled by means of a control circuit in dependence on a measured temperature or another operating parameter.
  • the operating parameter may be, for example, a time difference since a loading process of the gas space.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a driving device according to the invention.
  • the drive-in device according to the invention Fig. 1 comprises a hand-held housing 1, in which a power transmission element 2 is accommodated with a drive device 3.
  • the drive device comprises a gas space 7, which can be filled by means of a compressor 9 with a drive gas at a defined pressure.
  • the gas space is pressurized by the energy transfer element is moved to the gas space with the gas space closed, so that the compressor comprises the energy transfer element.
  • the energy transmission element 2 comprises a drive element 2a in the form of a substantially cylindrical plunger. Fasteners are received in a magazine 5. By a feed mechanism (not shown), a fastener is in each case transported into a chamber, from where it is accelerated by the action of the drive member 2a and driven through a mouth part into a workpiece (not shown).
  • the driving member 2 a is connected to a piston 2 b of the power transmission element 2, wherein the piston 2 b is guided in a cylinder 6.
  • the gas space 7 can be filled with a drive gas, in the present case compressed air, under an overpressure relative to the external pressure.
  • a drive gas in the present case compressed air
  • the gas space 7 is enclosed by a rigid wall portion, which also includes a pressure-side part of the cylinder 6, and the movable piston 2b as a variable wall portion.
  • a heating element 8 is arranged, by means of which heat energy can be transmitted to the drive gas.
  • the heating element 8 is designed schematically as a simple electrical heating coil of a heating wire.
  • the heating wire is located in a central region of the gas space in order to allow the fastest possible and uniform heat transfer to the drive gas.
  • the compressor 9 is driven by an electric drive, for example a rotating electric motor in conjunction with an oscillating mechanism.
  • the power source of the electric drive is an accumulator 4 provided on the housing 1.
  • the device can be triggered if necessary, which is done by an electromechanical release of the previously held energy transfer element 2. After its release, the piston 2b is accelerated forward by the applied pressure.
  • the heating element 8 is activated.
  • the heating element is heated by the electrical energy of the accumulator 4.
  • the control of the heating element 4 can be carried out in particular via a central control circuit of the driving device.
  • the energy transmission element 2 After driving in the fastening means, the energy transmission element 2 is reset by a return spring (not shown) in the starting position and locked. Finally, the refilling of the gas space 7 takes place through the compressor 9.

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Abstract

Eintreibvorrichtung, umfassend ein handgeführtes Gehäuse (1) mit einem darin aufgenommenen Energieübertragungselement (2) zur Übertragung von Energie auf ein einzutreibendes Befestigungselement, und eine Antriebseinrichtung (3) zur Beförderung des Energieübertragungselements (2), wobei die Antriebseinrichtung (3) einen Energiespeicher mit einem Gasraum umfasst, der mit einem Antriebsgas unter einem definierten Überdruck befüllbar ist, wobei der Überdruck in dem Gasraum (7) vor einem Auslösen eines Eintreibvorganges als gespeicherte Antriebsenergie vorliegt, und wobei ein Kolben (2b) des Energieübertragungselements (2) einen veränderbaren Wandabschnitt des Gasraums (7) ausbildet. Über ein Heizglied (8) ist Wärmeenergie in das in dem Gasraum (7) eingeschlossene Antriebsgas übertragbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Eintreibgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Eintreibgeräte mit verschiedenen Antrieben bekannt, unter anderem mit externer Druckluft betriebene Geräte, mit einem Brenngas betriebene Geräte oder Geräte mit einem mechanischen Federspeicher.
  • DE 10 2005 000 107 A1 beschreibt in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein handgeführtes Eintreibgerät, bei dem ein Kolben eines Eintreibstößels durch komprimierte Luft eines Speicherraumes mit einer Kraft beaufschlagt ist. Nach einer Freigabe des Eintreibstößels wird dieser bei unter Entspannung der komprimierten Luft beschleunigt. Das Aufladen des Speicherraumes erfolgt mittels eines elektrisch angetriebenen Kompressors.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Eintreibgerät anzugeben, das eine gute Beschleunigung eines Energieübertragungselementes bei gegebener Baugröße aufweist.
  • Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Eintreibvorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Vorsehen eines Heizgliedes kann einer Druckminderung des Antriebsgases durch Abkühlung entgegengewirkt werden. Hierdurch wird unabhängig von einer Wartezeit zwischen einer Befüllung des Gasraumes und einem Beginn des Eintreibvorgangs eine gleichmäßige Eintreibenergie sichergestellt.
  • Unter einem Heizglied im Sinne der Erfindung ist jedes Bauelement zu verstehen, mittels dessen auf definierte, bevorzugt ansteuerbare Weise eine Wärmemenge in das Antriebsgas verbracht werden kann. Die Wärmeenergie kann aus ursprünglich chemisch oder physikalisch gespeicherter Energie gewandelt handeln, wobei grundsätzlich alle Speicherformen in Betracht kommen. Zum Beispiel sind neben elektrischen Heizelementen sind auch Verbrennungsvorgänge, katalytische exotherme Reaktionen oder Ähnliches als Wärmequelle möglich.
  • Unter einem Befestigungselement im Sinne der Erfindung wird jeder eintreibbare Nagel, Bolzen, Krampe, Stift oder auch eine Schraube verstanden.
  • Bei dem Antriebsgas handelt es sich bei bevorzugten Ausführungsformen um Luft, insbesondere Umgebungsluft. Es kann sich aber auch um Gase wie Luft, Stickstoff oder Kohlendioxid aus einem Druckreservoir handeln oder auch um Reaktionsgase aus einer Verbrennung. Wesentlich ist im Sinne der Erfindung, dass das Antriebsgas in dem Gasraum unter Druck gespeichert ist, bis der Eintreibvorgang ausgelöst wird. Regelmäßig liegt daher nach Beladung des Gasraumes zunächst eine Temperatur des Antriebsgases vor, die oberhalb einer Umgebungstemperatur liegt und daher einem dissipativen Energieverlust ausgesetzt ist.
  • Bei allgemein vorteilhaften Ausführungsformen wird das Antriebsgas mittels eines bevorzugt in dem Gehäuse integrierten Kompressors in den Gasraum befördert. Dies ermöglicht die Unabhängigkeit von externen Gasquellen wie zum Beispiel einer Druckluftleitung. Bevorzugt umfasst der Kompressor dabei einen elektrischen Antrieb, wobei besonders bevorzugt der elektrische Antrieb zumindest optional durch einen Akkumulator als Energiequelle angetrieben ist. Hierdurch wird ein kabelloses Gerät ermöglicht, wobei zugleich die hohen Energiedichten moderner Akkumulatoren genutzt werden können. Bei einer bevorzugten Variante umfasst der Kompressor den Kolben, so dass das Antriebsgas durch eine Bewegung des Kobens auf den Gasraum zu komprimiert wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Antrieb des Kompressors wärmeleitend mit dem Gasraum verbunden, so dass Abwärme des Antriebs genutzt wird, um die Abkühlung und das damit verbunden Absinken des Drucks in dem Gasraum zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, Heizenergie für das Heizglied einzusparen. Bevorzugt ist die wärmeleitende Verbindung durch einen Strömungskanal verwirklicht, durch den ein Medium, zum Beispiel Kühlluft von dem Antrieb zu dem Gasraum strömt. Gemäss weiterer vorteilhafter Varianten ist der Antrieb in oder an dem Gasraum angeordnet.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Antriebseinrichtung ein Zündelement, welches zur Entzündung des Antriebsgases vorgesehen und bevorzugt in dem Gasraum angeordnet ist. Der Gasraum ist dann eine Brennkammer. Bevorzugt ist der Gasraum wärmeleitend mit einem Abgaskanal für während der Verbrennung des Antriebsgases entstehendes Abgas verbunden, so dass Abgaswärme genutzt wird, um die Abkühlung und das damit verbunden Absinken des Drucks in dem Gasraum zu reduzieren. Dadurch ist es möglich, Heizenergie für das Heizglied einzusparen. Besonders bevorzugt ist eine Wand des Gasraums mit dem Abgas beströmbar, beispielsweise als Teil des Abgaskanals.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Heizglied als elektrisches Heizelement ausgebildet. Dabei kann es sich etwa um einen einfachen Heizdraht handeln, der innerhalb des Gasraums angeordnet ist und mit dem Antriebsgas in Kontakt steht. Besonders bevorzugt kann das Heizglied auch als PTC-Heizelement ausgebildet sein. Solche Heizelemente mit positivem Temperaturkoeffizient (PTC = positive temperature coefficient) haben gute selbstregelnde Eigenschaften und vermeiden ein Überhitzen auf einfache Weise.
  • Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung kann das Heizglied einen Wärmespeicher umfassen, um auch bei abgeschalteter Energiezufuhr noch einen Wärmefluss in das Antriebsgas zu ermöglichen.
  • Zur weiteren Optimierung der Gastemperatur und zur Verringerung des Energieverbrauchs kann das Heizglied mittels einer Steuerschaltung in Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur oder einem anderen Betriebsparameter ansteuerbar sein. Bei dem Betriebsparameter kann es sich zum Beispiel um eine Zeitdifferenz seit einem Beladungsvorgang des Gasraumes handeln.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen. Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Eintreibvorrichtung.
  • Die erfindungsgemäße Eintreibvorrichtung aus Fig. 1 umfasst ein handgeführtes Gehäuse 1, in dem ein Energieübertragungselement 2 mit einer Antriebseinrichtung 3 aufgenommen ist. Die Antriebsvorrichtung umfasst vorliegend einen Gasraum 7, der mittels eines Kompressors 9 mit einem Antriebsgas unter definiertem Druck befüllbar ist. Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Gasraum mit Druck beaufschlagt, indem das Energieübertragungselement bei geschlossenem Gasraum auf den Gasraum zu bewegt wird, so dass der Kompressor das Energieübertragungselement umfasst.
  • Das Energieübertragungselement 2 umfasst ein Treibglied 2a in Form eines im Wesentlichen zylindrischen Stößels. Befestigungselemente sind in einem Magazin 5 aufgenommen. Durch eine Zufuhrmechanik (nicht dargestellt) wird jeweils ein Befestigungselement in eine Kammer transportiert, von wo es durch Einwirkung des Treibglieds 2a beschleunigt und durch ein Mündungsteil hindurch in ein Werkstück (nicht dargestellt) eingetrieben wird.
  • Das Treibglied 2a ist mit einem Kolben 2b des Energieübertragungselementes 2 verbunden, wobei der Kolben 2b in einem Zylinder 6 geführt ist.
  • Der Gasraum 7 ist mit einem Antriebsgas, vorliegend komprimierter Luft, unter einem Überdruck gegenüber dem Außendruck befüllbar. Der Gasraum 7 wird durch einen starren Wandabschnitt, der auch einen druckseitigen Teil des Zylinders 6 umfasst, und den bewegbaren Kolben 2b als veränderlichen Wandabschnitt umschlossen.
  • In dem Gasraum 7 ist ein Heizglied 8 angeordnet, mittels dessen Wärmeenergie auf das Antriebsgas übertragbar ist. Vorliegend ist das Heizglied 8 schematisch als einfache elektrische Heizwendel eines Heizdrahtes ausgebildet. Der Heizdraht befindet sich in einem mittleren Bereich des Gasraums, um eine möglichst schnelle und gleichmäßige Wärmeabgabe an das Antriebsgas zu ermöglichen.
  • Die Befüllung des Gasraums 7 mit dem Antriebsgas bzw. Druckluft erfolgt mittels des Kompressors 9, der in den vorliegenden Figuren nur schematisch dargestellt ist. Der Kompressor 9 wird durch einen elektrischen Antrieb, zum Beispiel einen drehenden Elektromotor in Verbindung mit einer oszillierenden Mechanik, angetrieben. Die Energiequelle des elektrischen Antriebs ist ein an dem Gehäuse 1 vorgesehener Akkumulator 4.
  • Zur beispielhaften Detailgestaltung des Kompressors und seines Antriebs sowie weiterer Komponenten des Eintreibgerätes, wie etwa einer Auslösevorrichtung und einer Rückstellfeder für das Energieübertragungselement, wird insbesondere auf die Druckschrift DE 10 2005 000 107 A1 verwiesen.
  • Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
    • In der gezeigten Ausgangsstellung des Kolbens 2b wird mittels des Kompressors Umgebungsluft in den Gasraum 7 gepumpt, bis ein definierter Druck erreicht ist. Dabei kann es sich insbesondere um einen Maximaldruck des Kompressors handeln. Im Zuge der Kompression des Antriebsgases wird dieses erwärmt, so dass im vollständig beladenen Zustand des Gasraums eine Gastemperatur vorliegt, die über der Umgebungstemperatur liegt.
  • In diesem Zustand kann das Gerät bei Bedarf ausgelöst werden, was durch eine elektromechanische Freigabe des zuvor festgehaltenen Energieübertragungselementes 2 erfolgt. Nach dessen Freigabe wird der Kolben 2b durch den anliegenden Druck nach vorne beschleunigt.
  • Durch eine von der Bedienperson abhängige Zeitdauer zwischen dem Beladen des Gasraums und dem Auslösen des Eintreibvorgangs kommt es zu einer zunehmenden Abkühlung des Antriebsgases durch Wärmeabgabe an die Umgebung. Hierdurch sinkt der Druck des Antriebsgases und somit die zur Verfügung stehende Eintreibenergie.
  • Um diesem Verlust entgegen zu wirken wird das Heizglied 8 aktiviert. Vorliegend wird das Heizglied über die elektrische Energie des Akkumulators 4 aufgeheizt.
  • Für die Ansteuerung des Heizgliedes bieten sich verschiedene Varianten an, von denen einige beispielhaft nachfolgend genannt sind:
    • Ansteuerung des Heizgliedes 8 in Abhängigkeit von einer gemessenen Gastemperatur, wozu ein Temperaturfühler in oder an dem Gasraum 7 erforderlich ist (nicht dargestellt).
    • Ansteuerung des Heizgliedes 8 in Abhängigkeit von einem gemessenen Gasdruck, wozu ein Drucksensor in dem Gasraum 7 erforderlich ist (nicht dargestellt).
    • Ansteuerung des Heizgliedes 8 in Abhängigkeit von einem seit dem Abschalten des Kompressors 9 verstrichenen Zeitabschnitt.
    • Dauerhafte Aktivierung des Heizgliedes 8 nach Abschalten des Kompressors 9. Es kann eine maximale Aktivierungszeit vorgesehen sein, um den Akkumulator 4 zu schonen.
    • Manuelle Aktivierung des Heizgliedes vor einem Eintreibvorgang. Hierbei kann eine gewisse Wartezeit vorgesehen sein.
  • Die Ansteuerung des Heizgliedes 4 kann insbesondere über eine zentrale Steuerschaltung der Eintreibvorrichtung erfolgen.
  • Nach dem Eintreiben des Befestigungsmittels wird das Energieübertragungselement 2 durch eine Rückstellfeder (nicht dargestellt) in die Ausgangsposition zurückgestellt und arretiert. Abschließend erfolgt die erneute Befüllung des Gasraums 7 durch den Kompressor 9.

Claims (12)

  1. Eintreibvorrichtung, umfassend
    ein handgeführtes Gehäuse (1) mit einem darin aufgenommenen Energieübertragungselement (2) zur Übertragung von Energie auf ein einzutreibendes Befestigungselement, und
    eine Antriebseinrichtung (3) zur Beförderung des Energieübertragungselements (2), wobei die Antriebseinrichtung (3) einen Energiespeicher mit einem Gasraum umfasst, der mit einem Antriebsgas unter einem definierten Überdruck befüllbar ist,
    wobei der Überdruck in dem Gasraum (7) vor einem Auslösen eines Eintreibvorganges als gespeicherte Antriebsenergie vorliegt, und
    wobei ein Kolben (2b) des Energieübertragungselements (2) einen veränderbaren Wandabschnitt des Gasraums (7) ausbildet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass über ein Heizglied (8) Wärmeenergie in das in dem Gasraum (7) eingeschlossene Antriebsgas übertragbar ist.
  2. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgas mittels eines insbesondere in dem Gehäuse (1) integrierten Kompressors (9) in den Gasraum befördert wird.
  3. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (9) einen elektrischen Antrieb umfasst.
  4. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb zumindest optional durch einen Akkumulator (4) als Energiequelle angetrieben ist.
  5. Eintreibvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (9) den Kolben (2b) umfasst.
  6. Eintreibvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb des Kompressors wärmeleitend, insbesondere über einen Strömungskanal, mit dem Gasraum (7) verbunden ist, insbesondere in oder an dem Gasraum (7) angeordnet ist.
  7. Eintreibvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung ein Zündelement umfasst, welches zur Entzündung des Antriebsgases insbesondere in dem Gasraum angeordnet ist.
  8. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (7) wärmeleitend mit einem Abgaskanal für während der Verbrennung des Antriebsgases entstehendes Abgas verbunden ist, wobei insbesondere eine Wand des Gasraums (7) mit dem Abgas beströmbar ist.
  9. Eintreibvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizglied (8) als elektrisches Heizelement ausgebildet ist.
  10. Eintreibvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizglied (8) als PTC-Heizelement ausgebildet ist.
  11. Eintreibvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizglied (8) einen Wärmespeicher umfasst.
  12. Eintreibvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizglied (8) mittels einer Steuerschaltung in Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur, einem gemessenen Druck oder einem anderen Betriebsparameter ansteuerbar ist.
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