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Aufgabe der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein brennkraftbetriebenes Setzgerät der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art. Derartige Setzgeräte können z.
B. mit gasförmigen
oder verdampfbaren flüssigen
Brennstoffen betrieben werden. Bei den brennkraftbetriebenen Setzgeräten wird
bei einem Setzvorgang ein Setzkolben über Verbrennungsgase angetrieben. Über diesen
Setzkolben können
dann Befestigungselemente in einen Untergrund eingetrieben werden.
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Derartige
Setzgeräte
umfassen zumeist auch elektronische Bauteile, wie z. B. elektronisch ansteuerbare
Ventile, Zündeinrichtungen,
Ventilatoren, Sensoren etc. Diese Bauteile und deren Steuerungseinrichtungen
müssen
mit Strom versorgt werden, wobei eine Netzunabhängigkeit wünschenswert ist.
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Aus
der
US 4,403,722 ist
ein gasbetriebenes Setzgerät
bekannt, bei dem das im Brennraum befindliche Gemisch aus Luft und
Brenngas vor der Zündung
mittels eines elektrisch angetriebenen Ventilators homogenisiert
wird. Zur Stromversorgung des Ventilatorantriebs und seiner Steuerungseinrichtung sind
dort Batteriezellen vorgesehen.
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Von
Nachteil hierbei ist, dass die Batteriezellen nach Entladung ersetzt
oder durch eine externe Energiezufuhr wieder aufgeladen werden müssen. Dazu
müssen
die Batteriezellen aus dem Setzgerät herausgenommen werden, was
für den
Anwender relativ unkomfortabel ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Setzgerät der vorgenannten
Art zu entwickeln, das standortunabhängig betrieben werden kann
und das die vorgenannten Nachteile vermeidet. Dieses wird erfindungsgemäss durch
die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Massnahmen
erreicht.
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Demnach
ist der Elektromotor für
den Ventilator als Teil einer Generatoreinrichtung für elektrische
Energie, insbesondere zur Umwandlung von Verbrennungsenergie in
elektrische Energie, ausgebildet. Durch diese Massnahme kann auf
einfache Weise und ohne grossen zusätzlichen Aufwand elektrische
Energie aus dem Verbrennungsprozess generiert werden, die zum Wiederaufladen
einer elektrischen Energiequelle, wie z. B. eine oder mehrere Batterien
oder Akkumulatoren, genutzt werden kann.
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Günstig ist
es, wenn die Generatoreinrichtung eine Regeleinrichtung aufweist, über die
der Elektromotor zwischen einem Motorbetriebszustand und einem Generatorbetriebszustand
hin- und her schaltbar
ist. Die Regeleinrichtung steuert dabei im Motorbetriebszustand
den Betriebsstrom des Elektromotors und regelt im Generatorbetriebszustand den
Generatorstrom des Elektromotors, der als Ladestrom für die elektrische
Energiequelle fungiert. Das Umschalten vom Motorbetriebszustand
zum Generatorbetriebszustand kann dabei z. B. über ein Triggersignal ausgelöst werden,
wenn der Trigger- oder Auslöseschalter
des Setzgerätes
betätigt
wird, um einen Setzvorgang auszulösen. Der Motorbetrieb hingegen
wird vorzugsweise erst wieder beim erneuten Anpressen des Setzgerätes an ein
Werkstück
aktiviert.
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Vorteilhaft
weist der Elektromotor eine Generatorwelle auf, die über eine verbrennungsenergiebetriebene
Antriebseinrichtung in Rotation versetzbar ist und die über einen
Freilauf mit der Rotorwelle des Elektromotors kuppelbar ist. Hierdurch
kann in einfacher Weise eine Ankopplung des Elektromotors an die
brennkraftbetriebene Antriebseinrichtung in nur einer Drehrichtung
verwirklicht werden. Diese Drehrichtung entspricht vorzugsweise
der Betriebsdrehrichtung des Ventilators, so dass der Ventilator
mitbetrieben wird, wenn der Elektromotor über die Antriebseinrichtung
drehbetätigt
wird, um elektrischen Strom zu erzeugen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antriebseinrichtung über einen
Seilzug mit der Generatorwelle gekoppelt, wodurch eine verbrennungsgenerierte
kinetische Energie der Antriebseinrichtung auf die Generatorwelle übertragbar
ist. Der Seilzug hat ferner den Vorteil, dass er im Setzgerät leicht
geführt
und umgelenkt werden kann. Die Kopplung der Antriebseinrichtung
mit der Generatorwelle ist daher technisch einfach zu verwirklichen.
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Von
Vorteil ist es weiterhin, wenn die Antriebseinrichtung wenigstens
einen mit der Brennkammer kommunizierenden Zylinder mit einem darin geführten Kolben
aufweist, der mit der Generatorwelle gekoppelt ist. Dabei kann es
sich z. B. um den in einem Führungszylinder
geführten
Setzkolben des Setzgerätes,
aber auch um einen separaten, zusätzlich vorgesehen Zylinder
mit Kolben handeln, der dann nur einen Bruchteil der Grösse des
Führungszylinders
mit Setzkolben aufweisen muss. Über
die Zylinder/Kolben Einheit ist die Verbrennungsenergie leicht in
kinetische Energie umwandelbar, die auf die Generatorwelle übertragbar
ist.
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Günstig ist
es ferner, wenn der Seilzug einerseits am Kolben festgelegt ist
und andererseits um die Generatorwelle gewickelt ist, wodurch bei
einer Zugbetätigung
des Seilzuges über
den Kolben die Generatorwelle auf einfache Weise drehbeschleunigt wird
und ein impulsartiges Drehmoment erfährt. Durch den Freilauf kann
die Rotorwelle mit dem Ventilator auch nach Beendigung des vom Seilzug
induzierten Drehimpulses noch einige Zeit weiterlaufen.
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Vorteilhaft
ist die Generatorwelle mit einem Federelement gekoppelt, wodurch
die Generatorwelle nach Beendigung der Drehbetätigung durch den Seilzug über das
Federelement in entgegen gesetzter Drehrichtung gedreht werden kann,
so dass der Seilzug wieder ein Stück weit auf die Generatorwelle aufgewickelt
wird.
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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 einem Ausführungsbeispiel
dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 ein
erfindungsgemässes
Setzgerät
im teilweisen Längsschnitt,
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2 das
Setzgerät
aus 1 im Schnitt entlang der Linie II-II aus 1,
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3 das
Setzgerät
im Schnitt gem. 2 während eines Setzvorgangs,
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4 ein
Detail des Setzgeräts,
in teilweise geschnittener Ansicht.
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In
den 1 bis 4 ist ein erfindungsgemässes Setzgerät dargestellt.
Das Setzgerät 10 verfügt über ein
allgemein mit 11 bezeichnetes ein- oder mehrteiliges Gehäuse, in
dem ein Setzwerk angeordnet ist. Über das Setzwerk kann ein Befestigungselement,
wie ein Nagel, Bolzen, etc. in ein Werkstück W eingetrieben werden, wenn
das Setzgerät 10 mit
seiner Bolzenführung 15 an dieses
angepresst und ausgelöst
wird.
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Zum
Setzwerk gehören
u. a. eine Brennkammer 14, ein Führungszylinder 12,
in dem ein Setzkolben 13 axial versetzbar angeordnet ist,
und die Bolzenführung 15 in
der ein Befestigungselement geführt
werden kann und wo ein Befestigungselement, während eines Setzvorgangs, über das
sich nach vorne bewegende, setzrichtungsseitige Ende des Setzkolbens 13 bzw.
seiner Kolbenstange bewegt und in ein Werkstück W eingetrieben werden kann. Die
Bolzenführung 15 schliesst
sich dabei in Setzrichtung an den Führungszylinder 12 an.
Die Befestigungselemente können
z. B. in einem Magazin 20 am Setzgerät 10 bevorratet sein.
Die Brennkammer 14 ist in 1 bereits
geschlossen, da das Setzgerät 10 an
ein Werkstück
W angepresst wurde. Die Brennkammer 14 wird dabei in einer
Brennkammerhülse 29 aufgespannt
und an den beiden axialen Enden vom Führungszylinder 12 und
dem Setzkolben 13 sowie von einer Brennkammerrückwand 19 begrenzt.
Wie aus 1 ferner ersichtlich ist, ist an einem Handgriff 21 des
Setzgerätes 10 ein
Auslöseschalter 22 angeordnet, über den
eine Zündeinrichtung 23 an
der Brennkammerrückwand 19,
wie z. B. eine Zündkerze,
auslösbar
ist, wenn das Setzgerät 10 an
ein Werkstück
W angepresst worden ist.
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Das
Setzgerät 10 in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
kann mit einem Brenngas oder mit einem verdampfbaren Flüssigbrennstoff
betrieben werden, der in einem in den Figuren nicht dargestellten
Brennstoffreservoir wie z. B. einer Brennstoffdose, einem Brennstofftank
oder ähnlichem
bereitgestellt wird. Von dem Brennstoffreservoir geht eine Brennstoffleitung
ab (in den Figuren ebenfalls nicht dargestellt) die zur Brennkammer 14 führt.
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Ein
in der Brennkammer 14 angeordneter Ventilator 16 (vgl. 1 und 4)
dient sowohl der Erzeugung eines turbulenten Strömungsregimes eines in der geschlossenen
Brennkammer 14 befindlichen Oxidationsmittel-Brennstoffgemisches
als auch dem Ausspülen
der geöffneten
Brennkammer 14 mit Frischluft nach erfolgtem Setzvorgang.
Der Ventilator 16 ist an einer Verlängerung einer Rotorwelle 17 eines
Elektromotors 18 angeordnet, über den der Ventilator 16 betreibbar
ist.
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Die
Versorgung der elektrischen Verbraucher, wie z. B. der Zündeinrichtung 23 und
des Elektromotors 18, des Setzgerätes 10 mit elektrischer
Energie ist über
eine netzunabhängige
elektrische Energiequelle 24 in Form wenigstens eines Akkumulators
verwirklicht, der über
eine insgesamt mit 30 bezeichnete Generatoreinrichtung
aufladbar ist. Der oder die Akkumulatoren können dabei auswechselbar an
dem Setzgerät 10 angeordnet
sein.
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Die
Generatoreinrichtung 30 beinhaltet zunächst den als Generator betreibbaren
Elektromotor 18 sowie eine elektronische Regeleinrichtung 31 über welche
der Elektromotor 18 zwischen einem Motorbetriebszustand
und einem Generatorbetriebszustand hin- und her schaltbar ist. Die
Regeleinrichtung 31 steuert dabei im Motorbetriebszustand
den Betriebsstrom des Elektromotors und regelt im Generatorbetriebszustand
den Generatorstrom des Elektromotors 18, der als Ladestrom
für die
elektrische Energiequelle 24 fungiert. Das Umschalten vom
Motorbetriebszustand zum Generatorbetriebszustand wird dabei über ein
Triggersignal ausgelöst,
wenn der Auslöseschalter 22 des
Setzgerätes 10 betätigt wird, um
einen Setzvorgang auszulösen.
Der Motorbetriebszustand hingegen wird vorzugsweise erst wieder
bei einem erneuten Anpressen des Setzgerätes 10 an ein Werkstück W aktiviert.
Die Regeleinrichtung 31 ist dazu über eine erste elektrische
Leitung 25 mit der elektrischen Energiequelle 24, über eine zweite
elektrische Leitung 26 mit dem Auslöseschalter 22 und über eine
dritte elektrische Leitung 27 mit dem Elektromotor 18 verbunden.
Die Regeleinrichtung 31 ist über eine vierte elektrische
Leitung 28 ferner mit einem Schalter 50 verbunden, über den
das Anpressen des Setzgerätes 10 an
ein Werkstück
W detektiert wird.
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Zur
Generatoreinrichtung 30 gehört ferner noch eine insgesamt
mit 40 bezeichnete Antriebseinrichtung für den Elektromotor 18.
Diese Antriebseinrichtung 40 beinhaltet zunächst zwei
Zylinder 32 die an der der Brennkammer 14 abgewandten
Seite der Brennkammerrückwand 19 angeordnet
sind. Über Kanäle 34 sind
die Zylinder 32 mit der Brennkammer 14 verbunden.
In den Zylindern 32 sind Kolben 33 versetzbar
geführt,
an denen jeweils ein Seilzug 36 festgelegt ist, der durch Öffnungen
aus den Zylindern 32 herausgeführt ist und über Umlenkrollen 35 zu
einer Generatorwelle 37 geführt ist. Wie insbesondere 4 zu
entnehmen ist, ist die Generatorwelle 37 über einen
Freilauf 47 mit der Rotorwelle 17 des Elektromotors
gekoppelt und über
ein erstes Lager 48 an einem Lagerbügel 41 gelagert. Der
den Freilauf 47 tragende Kupplungsabschnitt der Rotorwelle 17 ist
seinerseits an einem zweiten Lager 49 des Elektromotors 18 gelagert.
Die beiden Umlenkrollen 35 sind an Lagerachsen 39 drehbar
gelagert, die ihrerseits an Lagerarmen 42 des Lagerbügels 41 festgelegt
sind.
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Der
Seilzug 36 ist mehrfach um die Generatorwelle 37 herumgewickelt,
so dass auf die Generatorwelle 37, bei einer von den beiden
Kolben 33 auf den Seilzug 36 ausgeübten Zugbelastung,
ein impulsartiges Drehmoment ausgeübt wird. Ein als Spiralfeder
ausgebildetes Federelement 38 ist einerseits an der Generatorwelle 37 und
andererseits an dem Lagerbügel 39 festgelegt.
Hierdurch kann die Generatorwelle 37 nach Beendigung der
Drehbetätigung durch
den Seilzug 36 über
das Federelement 38 in entgegen gesetzter Drehrichtung
gedreht werden, um den Seilzug 36 wieder ein Stück weit
auf die Generatorwelle 37 aufzuwickeln.
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Wird
das Setzgerät 10 an
das Werkstück
W angepresst, wie aus 1 ersichtlich, dann wird der Schalter 50 geschlossen
und der Elektromotor 18 eingeschaltet. Der Ventilator 16 wird
dadurch vom Elektromotor 18 in Richtung des vierten Pfeils 51 in Rotation
versetzt. Die Kolben 33 der Antriebseinrichtung 40 befinden
sich zu diesem Zeitpunkt in ihrer aus 2 ersichtlichen
Stellung.
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Mit
dem Betätigen
des Auslöseschalters 22 wird
zum einen die Zündung
durch die Zündeinrichtung 23 ausgelöst und zum
anderen über
die Regeleinrichtung 31 die Stromzufuhr zum Elektromotor 18 abgeschaltet
(Ende des Motorbetriebszustandes des Elektromotors 18).
Die Trägheit
der Rotorwelle 17 lässt
den Ventilator 16 dabei noch weiterdrehen. Gleichzeitig
mit dem Abschalten der Stromzufuhr, oder ggf. auch kurze Zeit später, schaltet
die Regeleinrichtung 31 um auf den Generatorbetriebszustand des
Elektromotors 18, d. h. auf Stromlieferung durch den Elektromotor 18.
Durch die in der Brennkammer 14 erfolgte Verbrennung des
darin befindlichen Oxidationsmittel-Brennstoffgemisches bzw. Luft-Brennstoffgemisches
wird sowohl der Setzkolben 13 angetrieben, als auch die
beiden Kolben 33 in den Zylindern 32 in Richtung
der ersten Pfeile 44 versetzt, da die expandierenden Verbrennungsgase über die
Kanäle 34 von der
Brennkammer 14 in die Zylinder 32 hineindrängen (vgl. 3).
Die Luft unter den Kolben 33 kann dabei über die Öffnungen 43 aus
den Zylindern 32 austreten. Die Bewegung der Kolben 33 wird, wie
bereits vorhergehend beschrieben, durch den Seilzug 36 auf
die Generatorwelle 37 übertragen,
die in eine Rotation in Richtung des zweiten Pfeils 45 versetzt
wird. Über
den Freilauf wird diese Drehung auf die Rotorwelle 37 des
Elektromotors 18 übertragen,
deren inzwischen abgefallene Drehzahl wieder hochfährt. Die
Umlenkrollen 35 können
sich bei der Bewegung des Seilzugs 36 in Richtung der dritten Pfeile 46 auf
ihren Lagerachsen 39 drehen. Das Federmittel 38 wird
durch die Drehung der Generatorwelle 37 aufgezogen und
dreht die Generatorwelle 37 nach beendetem Verbrennungsvorgang
wieder in ihre Ausgangslage zurück,
wobei der Seilzug 36 wieder ein Stück weit auf die Generatorwelle 37 aufgewickelt
wird. Die Kolben 33 in den Zylindern 32 werden dabei
ebenfalls wieder in ihre aus 2 ersichtliche Ausgangsstellung
zurückbewegt.
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Der
Elektromotor 18 produziert während der durch den Seilzug 36 induzierten
Rotation und dem anschliessenden Nachdrehen der Rotorwelle 17 soviel
elektrische Energie, dass die elektrische Energiequelle 24 geladen
wird. Ferner sorgt der sich mit der Rotorwelle 17 drehende
Ventilator 16 währenddessen
für eine
genügende
Spülung
der Brennkammer 14 mit Luft.