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Die
Erfindung betrifft ein handgeführtes
Arbeitsgerät
wie eine Kettensäge,
einen Trennschleifer, ein Freischneidegerät oder dgl. mit den Merkmalen nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beim
Betrieb derartiger Arbeitsgeräte
entstehen Schwingungen, die von einem angetriebenen Werkzeug des
Arbeitsgerätes
angeregt werden. Insbesondere bei einer Ausführung des Antriebsmotors vom
Arbeitsgerät
als Verbrennungsmotor werden durch die bewegten Massen des Verbrennungsmotors
weitere Schwingungen angeregt. Die im Regelfall einzylindrige Bauweise
des Verbrennungsmotors bedingt einen vergleichsweise unrunden, vibrationsbehafteten
Motorlauf. Die motorseitig erzeugten bzw. angeregten Schwingungen
sind durch Auswuchten der bewegten Motorteile nicht vollständig beseitigbar. In
der Summe führen
werkzeug- und motorbedingte Schwingungen zu Vibrationen, die sich
störend
an den Handgriffen des Arbeitsgerätes bemerkbar machen. Selbst
durch zusätzliche
Maßnahmen
wie eine Schwingungsentkopplung der Handgriffe vom Motorgehäuse mittels
Antivibrationselementen können
die griffseitigen Vibrationen nur eingeschränkt verringert werden.
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Aus
der
DE 35 46 029 C2 ist
ein handgeführtes,
verbrennungsmotorisch angetriebenes Arbeitsgerät bekannt, bei dem in einer
Kurbelwellenbaugruppe des Antriebsmotors Unwuchtgewichte angeordnet
sind. Durch die Unwuchtgewichte an Kurbelwangen und/oder am Lüfterrad
wird gezielt eine Unwucht herbeigeführt. Sie ist in Betrag und
Phasenlage derart bemessen, daß sie
als Schwingungstilger einen Ausgleich für betriebsbedingte translatorische Schwingungen
bildet.
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Die
aus den Unwuchtmassen resultierende, nach Phasenwinkel und Betrag
definierte gezielte Unwucht des Schwingungstilgers kann auf ein
Optimum des äquivalenten
Schwingwertes ausgelegt werden, um das Vibrationsniveau an den Griffstellen zu
reduzieren. Die Unwucht wirkt tilgend auf bestimmte Schwingformen
vom Griffsystem und vom Antivibrationssystem. Der äquivalente
Schwingungswert setzt sich zusammen aus den Werten von repräsentativen
Betriebszuständen.
Diese werden beispielsweise bei Motorsägen aus dem Leerlauf-, Vollast-
und Höchstdrehzahlwerten
gebildet. Es hat sich gezeigt, daß ein auf den äquivalenten
Schwingungswert optimierter Schwingungstilger in den vorgenannten
Einzelbetriebszuständen
eine unter Umständen
unzureichende Wirkung aufweist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes handgeführtes Arbeitsgerät mit einem
Schwingungstilger derart zu verbessern, daß eine verbesserte Tilgungswirkung über einen großen Betriebsparameterbereich
sichergestellt ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein handgeführtes Arbeitsgerät mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Es
wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der zumindest eine Tilgungsmasse
des Schwingungstilgers drehzahlabhängig in ihrer Lage veränderlich
angeordnet ist. Insbesondere ist dabei die Tilgungsmasse mit einem
drehzahlabhängig
veränderlichen
Radius und/oder einem drehzahlabhängig veränderlichen Phasenwinkel ausgeführt. Es
kann eine Grundposition der Tilgungsmasse festgelegt werden, die
für einen
definierten Drehzahlbereich eine optimale Tilgungswirkung erzielt.
Die Tilgungsmasse ist dabei hinsichtlich Radius zur Drehachse und
Phasenwinkel derart angeordnet, daß die von ihr angeregte translatorische
Schwingung die betriebsbedingte translatorische Erregerschwingung
zumindest näherungsweise
vollständig
tilgt. Bei abweichender, also steigender oder fallender Drehzahl, ändert sich das
betriebsbedingte Erregerspektrum in Betrag und/oder Phase. Die drehzahlgesteuerte
Verschiebung der Tilgungsmasse führt
zu einer resultierenden Unwucht, die gegenüber der Ausgangslage ebenfalls in
Betrag und/oder Phase verändert
ist. Die drehzahlabhängige
bzw. drehzahlgesteuerte Verschiebung oder Auslenkung kann so vorgegeben
werden, daß das
veränderte
Erregerspektrum berücksichtigt
wird. Es kann eine verbesserte Tilgungswirkung auch bei abweichenden
Drehzahlen bzw. Lastzuständen
erzielt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
ist die bezüglich
ihrer Lage veränderliche
Tilgungsmasse mittels eines Schwenkarmes schwenkbar am Schwingungstilger
gelagert. Der Schwenkarm erlaubt eine präzise, verschleißarme und
robuste Führung
der Tilgungsmasse.
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Die
Tilgungsmasse ist zweckmäßig bezogen auf
die Drehachse mittels einer Feder radial nach innen vorgespannt,
wobei ein Auslenkungsweg der Tilgungsmasse radial nach außen durch
einen Anschlag begrenzt ist. Es ist mit einfachen Mitteln eine stufenförmig von
der Drehzahl abhängige
Tilgeranpassung gebildet. Unterhalb einer Grenzdrehzahl hält die vorgespannte
Feder die zugeordnete Tilgungsmasse in einer radial inneren Position,
wo sie unverrücklich
gehalten ist. Ihre Lage ist dabei auf die Schwingungserregung unterhalb
dieser Grenzdrehzahl abgestimmt. Bei Überschreiten der Grenzdrehzahl
wird die Vorspannkraft der Feder infolge der auf die Tilgungsmasse
wirkenden Fliehkraft überwunden.
Die Tilgungsmasse wird radial nach außen gegen den zugeordneten
Anschlag bewegt. Der Anschlag erzeugt eine definierte Positionierung
der Tilgungsmasse im oberen Drehzahlbereich und bestimmt eine Position
der Tilgungsmasse, die auf das Schwingungsverhalten im oberen Drehzahlband
abgestimmt ist.
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Vorteilhaft
sind mindestens zwei in ihrer Lage veränderliche Tilgungsmassen mit
jeweils unterschiedlicher Federvorspannung vorgesehen. Die unterschiedliche
Federvorspannung ist so gewählt,
daß die
einzelnen Tilgungsmassen als Funktion der Drehzahl kaskadenförmig nacheinander
ihre Lage verändern.
Es ist eine fein abgestufte, drehzahlabhängige Verschiebung der resultierenden
Unwucht in Betrag und Phase möglich,
die eine fein abgestufte Anpassung an den Erregerfrequenzgang ermöglicht.
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Es
ist zweckmäßig eine
festliegende Tilgungsmasse und mindestens eine in ihrer Lage veränderliche
Tilgungsmasse vorgese hen. Mit der festliegenden Tilgungsmasse kann
eine Grundabstimmung erzielt werden. Die in ihrer Lage veränderlichen Tilgungsmassen
dienen lediglich der Anpassung an von der Grundabstimmung abweichende
Drehzahlen. Die in ihrer Lage veränderlichen Tilgungsmassen können entsprechend
klein ausgeführt
sein, wodurch eine zuverlässig,
präzise
Führung
auch bei hohem Drehzahlniveau vereinfacht ist.
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In
zweckmäßiger Weiterbildung
ist die in ihrer Lage veränderliche
Tilgungsmasse winkelversetzt zur festliegenden Tilgungsmasse angeordnet.
Selbst eine lediglich radiale Verschiebung der einzelnen Tilgungsmassen
bewirkt eine Verschiebung des Gesamtmassenschwerpunkts vom Schwingungstilger
in Betrag und Phase, wodurch eine Anpassung des Tilgungsverhaltens
mit kinematisch einfachen Mitteln ermöglicht ist.
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Der
erfindungsgemäße Schwingungstilger kann
an verschiedenen, drehend angetriebenen Baugruppen des Arbeitsgerätes angeordnet
sein. Bei einer Ausführung
des Antriebsmotors als Verbrennungsmotor ist der Schwingungstilger
vorteilhaft an einer Kurbelwellenbaugruppe und insbesondere an einem
zur Kurbelwellenbaugruppe gehörenden
Lüfterrad
zur Erzeugung eines Kühlluftstromes
angeordnet. Die Koppelung des Schwingungstilgers an die Kurbelwellenbaugruppe
stellt sicher, daß der
Schwingungstilger mit identischer Drehzahl bzw. Frequenz wirkt wie
die Erregerschwingungen zumindest des Verbrennungsmotors, ohne daß sich die
konstruktiv vorgesehene Phasenlage zwischen Erregerschwingung und
Tilgerschwingung ändern
kann. Eine dauerhafte Tilgungswirkung ist sichergestellt. Das Lüfterrad
weist einen vergleichsweise großen
Durchmesser auf, in dem entsprechend kleine Tilgungsmassen ohne
zusätzlichen
Platzbedarf untergebracht werden können.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es
zeigen:
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1 in
einer perspektivischen Übersichtsdarstellung
ein handgeführtes
Arbeitsgerät
am Beispiel einer Kettensäge
mit einem Verbrennungsmotor;
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2 in
schematischer Darstellung einen auf dem Lüfterrad des Arbeitsgerätes nach 1 angeordneten
Schwingungstilger mit einer festliegenden und zwei in ihrer Lage
veränderlichen
Tilgungsmassen in einer Konfiguration für niedrige Drehzahlen;
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3 die
Anordnung nach 2 mit einer radial ausgelenkten
Tilgungsmasse bei Vollast;
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4 die
Anordnung nach den 2 und 3 mit beiden
verschieblichen Tilgungsmassen in radial ausgelenkter Position bei
Höchstdrehzahl.
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1 zeigt
in schematischer Perspektivdarstellung ein handgeführtes Arbeitsgerät am Beispiel einer
Kettensäge 16 mit
einem als Zweitakt-Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotor 1 zum
Antrieb einer Sägekette 29.
Es können
auch beliebige andere handgeführte
Arbeitsgeräte
wie Freischneider oder dgl. vorgesehen sein. Der Antriebsmotor 1 kann
auch ein Elektromotor sein. Als Verbrennungsmotor kann er sowohl
ein Zweitakt- als
auch ein Viertaktmotor sein. Der Antriebsmotor 1 weist
im gezeigten Ausführungsbeispiel
einen einzelnen Zylinder 15 auf, in dem ein Kolben 17 längsverschieblich
oszillierend geführt
ist. Der Kolben 17 ist über
ein Pleuel 18 mit einer angedeuteten Kurbelwelle 19 verbunden zur
Erzeugung einer Drehbewegung um eine Drehachse 3.
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Die
Sägekette 29 ist
entlang der Kanten einer Führungsschiene 30 umlaufend
geführt,
wobei zur Umlenkung der Sägekette 29 an
dem der Kupplung 22 abgewandten Ende der Führungsschiene 30 ein
um eine Achse 31 drehbares Führungsrad 32 vorgesehen
ist. Im Bereich des motornahen Endes der Führungsschiene 30 umschlingt
die Sägekette 29 eine
Kupplung 22, die auf einer Seite der Kurbelwelle 19 befestigt
ist. Über
die Kupplung 22 wird ab einer vorgegebenen Drehzahl der
Kurbelwelle 19 die Sägekette 29 angetrieben.
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Auf
der Kupplung 6 gegenüberliegenden Seite
des Verbrennungsmotors 1 ist ein angedeutetes Lüfterrad 14 zur
Kühlung
des Verbrennungsmotors insbesondere im Bereich des Zylinders 15 angeordnet
und über
die Kurbelwelle 19 angetrieben. Das Lüfterrad trägt einen Zündungsmagneten 23,
der bei Drehung des Lüfterrades
an einer radial außenseitigen,
gehäusefesten
Zündspule 24 vorbeigeführt wird.
In der Zündspule 24 wird
eine Zündspannung für eine im
Zylinder 15 angeordnete Zündkerze 21 erzeugt,
wodurch ein Kraftstoff-Luft-Gemisch im Inneren des Zylinders 15 gezündet wird.
Zündkerze 21, Zündungsmagnet 23 und
Zündspule 24 sind
Teil einer Zündung 20.
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Die
Kupplung 22, die Kurbelwelle 19 und das Lüfterrad 14 sind
fest miteinander verbunden. Sie bilden eine Kurbelwellenbaugruppe 13 mit
einer im Betrieb einheitlichen Drehzahl. Der Antriebsmotor 1 mit seiner
Kurbelwellenbaugruppe 13 ist in einem Motorgehäuse 25 angeordnet,
wobei die Kupplung 22 über einen
Kupplungsdeckel 26 abgedeckt ist. Zum Führen der Kettensäge 16 ist
am Motorgehäuse 25 ein vorderer
und ein hinterer Handgriff 27, 28 befestigt.
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2 zeigt
in einer schematischen Draufsicht in Richtung der Drehachse 3 das
Lüfterrad 14 der
Kurbelwellenbaugruppe 13 nach 1. Auf dem Lüfterrad 14 ist
ein Schwingungstilger 2 angeordnet. Im Betrieb des handgeführten Arbeitsgerätes dreht sich
der Schwingungstilger 2 um die gleiche Drehachse und mit
gleicher Drehzahl wie die Kurbelwellenbaugruppe 13 nach 1.
Der Schwingungstilger 2 kann auch an der Kurbelwelle 19 oder
an der Kupplung 22 (1) angeordnet
sein.
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Der
Schwingungstilger 2 umfaßt im gezeigten Ausführungsbeispiel
insgesamt drei mit einem Radius zur Drehachse 3 angeordnete
Tilgungsmassen 4, 5, 6 zur Erzeugung
einer gezielten Unwucht. Die erste Tilgungsmasse 4 liegt
auf dem Schwungrad 14 fest. Die beiden weiteren Tilgungsmassen 5, 6 sind
jeweils mittels eines Schwenkarmes 7, 8 schwenkbar
am Schwingungstilger 2 bzw. am Lüfterrad 14 gelagert.
An den beiden Schwenkarmen 7, 8 greift jeweils
eine Feder 9, 10 an und zieht den zugehörigen Schwenkarm 7, 8 mit
der jeweiligen Tilgungsmasse 5, 6 unter Vorspannung
radial nach innen in die gezeigte Position. Dabei sind sie radial
nach innen gegen die Vorspannkraft der Federn 9, 10 durch nicht
dargestellte Anschläge
abgestützt.
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Bei
Drehung der gezeigten Anordnung in Leerlaufdrehzahl und einem mittleren
Drehzahlbereich erzeugen die Tilgungsmassen 4, 5, 6 jeweils durch
Pfeile 35, 36, 37 angedeutete, radial
von der Drehachse 3 nach außen weisende Fliehkräfte. Durch
geometrische Addition der Pfeile 35, 36, 37 kann
ein Pfeil 38 gebildet werden, der die resultierende Fliehkraft
darstellt. Die zueinander winkelversetzten Tilgungsmassen 4, 5, 6 bewirken
eine Schwerpunktverschiebung des im übrigen ausgewuchteten Lüfterrades 14 von
der Drehachse 3 radial nach außen in Richtung des Pfeiles 38,
in der auch die resultierende Unwucht bzw. Fliehkraft wirkt.
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Infolge
der Drehung der gezeigten Anordnung entsteht eine innerhalb der
Lüfterradebene bzw.
radial zur Drehachse 3 wirkende translatorische Schwingung,
die in Betrag und Phase auf die Erregerschwingung des Arbeitsgerätes nach 1 derart abgestimmt
ist, daß beide
Schwingungen sich zumindest näherungsweise
gegenseitig im unteren Drehzahlbereich tilgen.
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Oberhalb
konstruktiv vorbestimmter Grenzdrehzahlen können sich die beweglich gelagerten
Tilgungsmassen 5, 6 entlang bogenförmiger Verschiebebahnen 33, 34 radial
nach außen
bewegen, wobei die Verschiebebahnen 33, 34 nach
außen
durch einen zugeordneten Anschlag 11, 12 begrenzt
sind.
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3 zeigt
die Anordnung nach 2 im Vollastbetrieb. Beim Vollastbetrieb
dreht sich das Lüfterrad 14 mit
dem Schwingung stilger 2 mit erhöhter Drehzahl. Das Anliegen
einer äußeren Last
beispielsweise an der Sägekette 29 (1)
bewirkt jedoch, daß die
Vollastdrehzahl geringer als die ohne Last erzielbare Maximaldrehzahl
ist.
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Die
Tilgungsmassen 5, 6, die zugehörigen Federn 9, 10 und
deren geometrische Relativanordnung sind so aufeinander abgestimmt,
daß sich
eine unterschiedliche effektive Federvorspannung and en beiden Tilgungsmassen 5, 6 ergibt.
Die effektiven Federvorspannungen sind so gewählt, daß die auf die Tilgungsmasse 5 wirkende
Fliehkraft ausreicht, die Vorspannung der zugeordneten Feder 9 zu überwinden.
Der Schwenkarm 7 schwenkt unter Einwirkung der Fliehkraft
gemeinsam mit der Tilgungsmasse 5 in die mit 5' bezeichnete,
radial nach außen
durch den Anschlag 11 begrenzte Position. Gegenüber seiner
in 2 gezeigten Position bei geringer Drehzahl ist die
Tilgungsmasse 5' mit
einer radialen Auslenkung a und mit einem um Δα geänderten Phasenwinkel verschoben.
Auf die Tilgungsmasse 5' wirkt
dabei eine durch einen Pfeil 36' dargestellte Fliehkraft.
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Die
gegenüber 2 erhöhte Drehzahl reicht
jedoch nicht aus, die weitere Tilgungsmasse 6 gegen ihre
höhere
effektive Federvorspannung auszulenken. In der gezeigten normierten
Darstellung haben sich dementsprechend die Pfeile 35, 37 zur Darstellung
der auf die unverschobenen Tilgungsmassen 4, 5 wirkenden
Fliehkräfte
in Betrag und Richtung nicht geändert.
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Eine
geometrische Addition der Pfeile 36', 35 und 37 führt zu einer
durch einen Pfeil 38' dargestellten
resultierenden Flieh- oder Unwuchtkraft, die gegenüber dem
Pfeil 38 entspre chend 2 um einen Phasenänderungswinkel Δφ und eine
Radiusdifferenz Δr
verändert
ist. Diese Änderung
ist auf die in Betrag und Phase gegenüber dem Leerlaufbereich veränderte Erregerschwingung
angepaßt,
wodurch eine verbesserte Tilgungswirkung erzielt ist.
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Beim
Fehlen einer äußeren Last
kann eine weitere Drehzahlerhöhung
bis hin zu einer Maximaldrehzahl eintreten. Dabei stellt sich eine
Konfiguration des Schwingungstilgers 2 nach 4 ein.
Hierbei reichen die erhöhten,
auf die weitere Tilgungsmasse 6 wirkenden Fliehkräfte auf,
die nach innen gerichtete Vorspannkraft der zugeordneten Feder 10 zu überwinden.
Der Schwenkarm 8 mit der Tilgungsmasse 6 ist radial
nach außen
bis zu der mit 6' bezeichneten, durch
den Anschlag 12 begrenzten Position ausgelenkt. Die Tilgungsmasse 6' ist gegenüber ihrer
mit 6 bezeichneten Ursprungsposition um einen radialen Auslenkungsweg
b sowie um einen Auslenkungswinkel Δβ verschoben. Auf die Tilgungsmasse 6' wirkt eine
durch einen Pfeil 37' dargestellte
Fliehkraft, die in geometrischer Addition mit den Pfeilen 36' und 35 zu
einer resultierenden Fliehkraft 38'' führt. Der
Phasenänderungswinkel Δφ gegenüber der
Ursprungslage des Pfeiles 38 nach 2 läuft hier
beispielhaft gegenüber
der Anordnung nach 3 in die entgegengesetzte Richtung.
Die sich einstellende Radiusdifferenz Δr ist beispielhaft mit einem
negativen Betrag gezeigt. Es kann auch zweckmäßig sein, die Anordnung so
auszulegen, daß sich
gegenüber
dem ursprünglichen
Pfeil 38 ein längerer
Pfeil 38' und/oder 38'' mit einem positiven Δr einstellt.
Die oben erwähnte
normierte Darstellung der Fliehkräfte bedeutet, daß die den
Fliehkräften
zugeordneten Pfeile ein Maß für die Unwuchtgröße als Produkt von
Masse und Radius beispielsweise in der Einheit gmm darstellen. Bezogen
auf eine festgelegte Unwuchtgröße verändert sich
dabei die tatsächliche
Unwuchtkraft mit der Drehzahl.
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Die
gezeigte Ausführung
weist beispielhaft eine am Schwingungstilger 2 festliegende
Tilgungsmasse 4 und zwei weitere, in ihrer Lage veränderliche
Tilgungsmassen 5, 6 auf. Es kann auch eine abweichende
Anzahl von veränderlichen
Tilgungsmassen 5, 6 zweckmäßig sein. Ebenso kann es vorteilhaft
sein, auf eine festliegende Tilgungsmasse 4 zu verzichten
und insgesamt mindestens eine in ihrer Lage veränderliche Tilgungsmasse 5, 6 vorzusehen.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Tilgungsmassen 5, 6 derart schwenkbar
geführt,
daß sie
abhängig
von der auftretenden Drehzahl ihre Lage hinsichtlich Radius und
Phasenwinkel verändern.
Im Ergebnis stellt sich dadurch eine Veränderung der resultierenden
Unwucht nach Betrag und Phase ein. Eine vergleichbare Wirkung kann
auch mit einer ausschließlich
radialen oder ausschließlich
tangentialen Verschiebung der Tilgungsmasse 5, 6 erzielt
werden. Anstelle der beispielhaft gezeigten Führung mit Schwenkarmen 7, 8 können auch
einfache Linearführungen
vorgesehen sein. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, Stahlkugeln mit Druckfedern
in einem jeweiligen Mantelrohr anzuordnen. Anstelle der Schwenkarme 7, 8 und
der Federn 9, 10 können auch Blattfedern zur Halterung
der Tilgungsmasse 5, 6 zweckmäßig sein.