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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 A 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. Lösungen für eine größere Netzunabhängigkeit brennkraftbetriebener Setzgeräte sind bereits aus der
DE 102 54 965 A1 und der
DE 10 2005 000 134 A1 bekannt.
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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 ein Setzgerät mit den Merkamlen von Anspruch 1 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.