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Die
Erfindung betrifft eine Ansaugvorrichtung für ein mit einer Luftreinigung
ausgebildetes handgeführtes
Arbeitsgerät,
insbesondere für
eine Kettensäge,
einen Trennschleifer oder dgl., das einen Verbrennungsmotor und
eine Antriebseinheit für
das Arbeitswerkzeug umfasst, wobei die Luftreinigung mit Schmutzpartikeln
beladene Verbrennungsluft für
den Motor reinigt, in dem ein Fliehkraftabscheider die Verbrennungsluft
in mindestens in einen ersten Luftstrom, der weitestgehend von Schmutzpartikeln
befreit ist, und in einen mit Schmutzpartikeln belasteten zweiten
Luftstrom trennt.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, dass bei der Verwendung von
mit Verbrennungsmotoren betriebenen, handgeführten Arbeitsgerät wie Trennschleifern,
Kettensägen,
oder dergleichen die vom Motor angesaugte Luft Schmutzpartikel,
Feinstäube
oder andere Feststoffe mitführt,
die zu einem erheblichen Verschleiß des Motors beispielsweise
an den Kolben und Zylinder oder zu häufigen Wartungsintervallen
der Ansaugluftfilter führt.
Für derartige Luftfilter
werden beispielsweise oder ölgetränkte Schaumstofffilter
verwendet. Diese Filter verhindern zwar weitgehend, das Schmutzpartikel
in den Motor gelangen, jedoch bewirkt ein stark verschmutzter Filter
auch, dass sich die Menge der Verbrennungsluft reduziert und so
die Leistung des Motors sinkt. Die damit häufig notwendigen Wartungsintervalle
sind zeitaufwendig und kostenintensiv, zudem werden diese bei zu
hoher Frequenz nicht mehr durchgeführt, so dass die oben genannte
Leistungsminderung bestehen bleibt bzw. sich noch verstärkt.
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Um
die Verbrennungsluft möglichst
rein zu halten und damit die oben genannten Probleme zu umgehen,
sind vielfältige
Staubabscheider bzw. Ansaugsysteme für die Verbrennungsluft vorgeschlagen
worden.
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In
der DE/AS 25 50 165 ist eine Ansaugvorrichtung für einen Rasenmäher beschrieben,
die ein zylindrisches Gehäuse
mit tangentialen Lufteintrittsöffnungen
aufweist, wobei im Zentrum des Gehäuses die Verbrennungsluftentnahme
erfolgt. Die tangential einströmende
Verbrennungsluft bildet einen Wirbel, so dass die Luft wie bei einem
Zyklonstaubabscheider gereinigt wird, in dem die Feststoffteilchen (Schmutzpartikel)
aufgrund der Fliehkraft nach Außen
getragen werden. Im Zentrum enthält
somit der Wirbel relativ wenig Schmutzpartikel, so dass die dort abgeführte Verbrennungsluft
erheblich reiner ist als die normal angesaugte Luft.
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In
der
DE 101 28 790
A1 ist eine Ansaugvorrichtung für die Verbrennungsluft eines
Verbrennungsmotors für
ein handgeführtes
Arbeitsgerät
beschrieben. Hierbei weist die Ansaugvorrichtung einen Fliehkraftabscheider
auf, der den Strom der Verbrennungsluft in einen zentralen Kernstrom
mit geringer Partikeldichte und einen den Kernstrom umgebenden Mantelstrom
mit größerer Partikeldichte
als im Kernstrom aufteilt, wobei im Wesentlichen der Kernstrom durch
einen Luftfilter in den Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt wird
und der Mantelstrom, der mit den Schmutzpartikeln belastet ist,
abgeführt
wird.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Ansaugvorrichtung für Verbrennungsluft
von Verbrennungsmotoren mit Luftreinigung zu verbessern, insbesondere
eine höhere
Effizienz der Ansaugvorrichtung zu bewirken.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Ansaugvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruches 1 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind
bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt.
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Dazu
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass ein Gebläse
an der Antriebseinheit angeordnet ist, das den zweiten Luftstrom
ansaugt, wodurch eine Kühlung
der Antriebseinheit bewirkt wird. Im Betrieb des Arbeitsgerätes wird
die Verbrennungsluft für
den Verbrennungsmotor aus der Umgebung angesaugt, wobei die angesaugte
Luft durch Schmutzpartikel, die beispielsweise bei einem Trennschleifer
während des
Trennschleifvorganges als Staub anfallen, belastet ist. Der Fliehkraftabscheider,
der als ein Zyklon, insbesondere als ein Axialzyklon oder ein Turbofilter ausgebildet
sein kann, erzeugt vorzugsweise im Inneren einen zentralen ersten
Luftstrom (Kernstrom) mit einer geringen Schmutzpartikeldichte,
also eine weitestgehend schmutzpartikelarme Zone mit vorzugsweise
Feinstpartikeln und ein den ersten Luftstrom (Kernstrom) umgebenden
zweiten Luftstrom (Mantelstrom). Hierbei weist der zweite Luftstrom (Mantelstrom)
eine größere Schmutzpartikeldichte mit
Partikeln größeren und
mittleren Durchmessers auf. Vorzugsweise ist der Fliehkraftabscheider
derart ausgeführt,
dass dieser einen Einlaufzylinder aufweist, in dem die aus der Umgebung
angesaugte Verbrennungsluft durch Einblasen von der Seite auf eine
im Wesentlichen kreisförmige
Bahn gebracht wird, wobei im Außenbereich
der sich gebildeten Strömung
die Drehgeschwindigkeit dermaßen
zunimmt, dass die Schmutzpartikel durch die entstehenden Fliehkräfte nach
Außen
geschleudert werden. Der erste weitestgehend von Schmutzpartikel befreite
Luftstrom verlässt
hierbei mittig den Fliehkraftabscheider und wird in Richtung Verbrennungsraum
geleitet. Der schmutzbelastete zweite Luftstrom wird durch das Gebläse, das
an der Antriebseinheit des Arbeitsgerätes angeordnet ist, angesaugt.
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Der
schmutzpartikelfreie erste Luftstrom wird dem Verbrennungsraum des
Verbrennungsmotors zugeführt,
wobei gleichzeitig der mit Schmutzpartikel belastete zweite Luftstrom
durch das Gebläse
angesaugt wird und gleichzeitig die Kupplung des Arbeitsgerätes wirksam
kühlt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird der zweite Luftstrom nicht
sofort in die Umgebung ausgeblasen, sondern wird als Kühlmedium
für die
Kupplung, die während
des Betriebs hohe Temperaturen erreichen kann, ausgenutzt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Antriebseinheit eine Kurbelwelle, die
durch den Motor antreibbar ist und eine Kupplung, an der das Gebläse unmittelbar angeordnet
ist. Die Kurbelwelle, die mit dem Motor, der in einem Motorgehäuse angeordnet
ist, treibt die Kupplung sowie das Gebläse mit einer entsprechenden
Drehzahl an. Zweckmäßigerweise
ist die Kupplung als eine Fliehkraftkupplung ausgestaltet, die in einer
Kupplungstrommel positioniert ist, wobei bei einer entsprechenden
Drehzahl der Kurbelwelle die Kupplungstrommel durch die Kupplung
angetrieben wird. Durch entsprechende Fliehgewichte, die an der Fliehkraftkupplung
angeordnet sind, kann bei einer entsprechenden Drehzahl des Motors
ein Kraftschluss zwischen der Kupplung und der Kupplungstrommel
hergestellt werden. Das bedeutet, dass sich die Gewichte bei steigender
Drehzahl nach Außen bewegen,
wodurch Kontakt zur Innenwandung der Kupplungstrommel hergestellt
wird, die gleichzeitig als Antrieb für das Arbeitswerkzeug dient.
Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Fliehkraftkupplung
arbeitet hierbei selbständig.
Das übertragbare Drehmoment
ist drehzahlabhängig,
wobei bei einem Drehzahlabfall sich die Fliehkraftkupplung selbständig trennt.
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Erfindungsgemäß wird die
Fliehkraftkupplung derart durch die Gewichte eingestellt sein, dass der
Motor im Leerlauf zur Kupplungstrommel ausgekuppelt ist. Erhöht man die
Drehzahl, so greift die Fliehkraftkupplung und der Motor liefert
ein Drehmoment für
die Kupplungstrommel, die das Arbeitswerkzeug antreibt. Kommt es
auf der angetriebenen Arbeitswerkzeugseite zu einer Blockierung,
so rutscht die Kupplung, das bedeutet dass ein Reibschluss zwischen
der Kupplungstrommel und der Fliehkraftkupplung besteht. Hierdurch
wird die Energie in Wärme
umgewandelt und der Benutzer des Arbeitsgerätes vor Verletzungen geschützt.
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In
einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der
Erfindung umfasst das Gebläse
ein Lüfterrad,
das in einem Gebläsegehäuse aufgenommen
ist und drehbar gelagert um eine Achse angeordnet ist.
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Das
Lüfterrad,
das beispielsweise in einer Ausgestaltungsmöglichkeit aus einem metallischen Material
besteht, dient zum einen als Staubförderung, das während des
Betriebes des Arbeitsgerätes in
der Umgebung anfällt.
Das Lüfterrad
erzeugt einen entsprechenden Unterdruck, der die mit Schmutzpartikeln
beladene Ansaugluft in das Gebläse
ansaugt. Nachdem der Fliehkraftabscheider die Ansaugluft von den
Schmutzpartikeln weitestgehend getrennt hat, gelangt der mit Schmutzpartikeln
belastete Luftstrom in das Gebläsegehäuse des
Lüfterrades
und erzielt gleichzeitig eine Kühlung
der unmittelbar am Lüfterrad
angeordneten Fliehkraftkupplung. Hierbei weist vorzugsweise das
Lüfterrad
einen entsprechenden Wärmeübertragungskoeffizienten
aus, der für
einen guten Wärmeübertrag
von der Fliehkraftkupplung zum Lüfterrad
sorgt.
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In
einer weiteren Alternative der Erfindung kann es sinnvoll sein,
dass die Kupplung und das Lüfterrad
einteilig und/oder materialeinheitlich miteinander verbunden sind.
Beispielsweise ist es denkbar, dass das Lüfterrad an der dem Gebläsegehäuse abgewandten
Seite an der Fliehkraftkupplung angespritzt ist. Weitere Ausgestaltungsalternativen
sind in diesem Zusammenhang selbstverständlich ebenfalls möglich. Einer
der Vorteile dieser einteiligen Ausgestaltung ist, dass während des
Montageprozesses des Arbeitsgerätes
weniger Prozessschritte notwendig sind. Ein weiterer Vorteil ist,
dass eine gute Wärmeabfuhr
bei entsprechender Wahl des Materials erfolgen kann.
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Zweckmäßigerweise
weist das Gehäuse,
in dem das Lüfterrad
drehbar gelagert angeordnet ist, einen Luftein- und einen Luftauslass
auf. In dem Lufteinlass gelangt der von Fliehkraftabscheider strömende, mit
Schmutzpartikeln belastete zweite Luftstrom und wird durch den Luftauslass
des Gehäuses geführt. Das
Lüfterrad
ist im Gebläsegehäuse derart angeordnet,
dass der mit Schmutzparti keln belastete Luftstrom nicht hinter das
Lüfterrad
gelangt, das bedeutet dass der Raum, in dem die Antriebseinheit
mit Kupplung, Kurbelwelle etc. sich befinden, schmutzpartikelfrei
bleibt.
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Damit
kein Staub des zweiten Luftstromes in den Raum der Antriebseinheit
gelangt, kann das Lüfterrad
beispielsweise an seinem Außendurchmesser eine
Dichtung aufweisen. Diese Dichtung schließt zuverlässig den Raum des Gebläsegehäuses ab.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Ansaugvorrichtung
kann die Dichtung beispielsweise ein Radialwellendichtring sein.
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In
einer denkbaren Ausführungsalternative der
Erfindung mündet
der Luftauslass des Gebläsegehäuses in
die Umgebung. Das heißt,
dass der abgesogene Schmutz oder Staub, nachdem dieser durch das
Lüfterrad
angesogen wurde und durch die Einlass- und Auslassöffnung des
Gebläsegehäuses geleitet
wurde, ins Freie wieder zurück
geblasen wird.
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Um
ein gutes Ansaug- und/oder Ausblasverhalten der mit Schmutzpartikeln
beladenen Luft zu erhalten, ist der Lufteinlass des Gebläsegehäuses im Wesentlichen
radial zur Drehachse des Lüfterrades und
der Luftauslass tangential zur genannten Drehachse gerichtet ausgestaltet.
Durch eine derartige Ausgestaltung des Lufteinlasses sowie des Luftauslasses
wird gleichzeitig eine gute Kühlwirkung
der Fliehkraftkupplung erzielt.
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In
einer alternativen Ausgestaltungsform der Ansaugvorrichtung kann
es von Vorteil sein, dass der Luftauslass des Gebläsegehäuses in
den Auspuff des Arbeitsgerätes
führt.
Der mit Schmutzpartikeln belastete Luftstrom wird zum Auspuff, beispielsweise über einen
Kanal, geleitet, um dort den Abgasstrom und/oder den im Auspuff
angeordneten Schalldämpfer
wirksam zu kühlen.
Der kühle,
mit Staubpartikeln belastete zweite Luftstrom strömt hierbei
entlang der Außenhaut
des im Auspuff positionierten Schalldämpfers entlang, wodurch eine
wirksame Kühlwirkung
erzielbar ist. Im Auspuffraum mischt sich das Motorabgas mit dem
zweiten Luftstrom, die gemeinsam das Arbeitsgerät am Auspuffauslass in die
Umgebung verlassen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die
in den Ansprüchen
und in der Beschreibung erwähnten Merkmale
jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es
zeigen in schematischen Darstellungen:
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1 in
perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäße Ansaugvorrichtung für ein handgeführtes Arbeitsgerät,
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2 aus
einer weiteren perspektivischen Ansicht die Ansaugvorrichtung gemäß 1,
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3 eine
Explosionsdarstellung der Ansaugvorrichtung gemäß 1, und
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4 in
Explosionsdarstellung eine weitere Darstellung der Ansaugvorrichtung.
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1 stellt
eine Ansaugvorrichtung 100 eines Arbeitsgerätes dar.
Das Arbeitsgerät,
das im dargestellten Ausführungsbeispiel
ein Trennschleifgerät ist,
weist einen Verbrennungsmotor 25 auf, der innerhalb des
Motorgehäuses 28 angeordnet
ist. Der Zylinder 29 des Verbrennungsmotors 25 ist
von Außen sichtbar.
Am Motorgehäuse 28 ist
ferner ein Gebläse 10 mit
einem Gebläsegehäuse 12 befestigt,
welches in den 3 und 4 verdeutlicht
ist. Das Gehäuse 12 ist
mit einem Lufteinlass 13 und einem Luftauslass 14 ausgebildet.
Der Lufteinlass 13 ist in Form eines Kanals ausgeführt. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der Kanal hierbei einen Rechteckquerschnitt auf.
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3 und 4 verdeutlichen,
dass das Gebläse 10 einen
Lüfterrad 11 aufweist,
das in dem Gebläsegehäuse 12 aufgenommen
ist und drehbar gelagert um eine Drehachse 15 angeordnet
ist. Der Lufteinlasskanal 13 verläuft im Wesentlichen radial zur
Achse 15. Im Gegensatz zum Lufteinlass 13 ist der
Luftauslass 14 im Wesentlichen tangential zur Achse 15 gerichtet
ausgestaltet.
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Die
dargestellte Ansaugvorrichtung 100 gemäß 1-4 ist
mit einer Luftreinigung ausgeführt,
die die Verbrennungsluft aus der Umgebung ansaugt. Problematisch
ist, dass in Betrieb derartiger Arbeitsgeräte, insbesondere bei Trennschleifgeräten, durch
deren Arbeitswerkzeug Schmutz wie Staub oder dergleichen erzeugt
wird. Der Schmutz kann hierbei aus organischen oder anorganischen Partikeln
gebildet sein. Die vom Verbrennungsmotor 25 angesaugte
Verbrennungsluft muss vor Eintritt in den nicht dargestellten Brennraum
des Verbrennungsmotors 25 gereinigt werden, um einen Verschleiß zu vermeiden.
Hierzu weist die Ansaugvorrichtung 100 einen in 2 rein
schematisch dargestellten Fliehkraftabscheider 30 auf,
der die mit Schmutzpartikeln belastete Umgebungsluft 33 von Außen ansaugt
und die Verbrennungsluft 33 in mindestens einen ersten
Luftstrom 31, der weitestgehend von Schmutzpartikeln befreit
ist, und in einen mit Schmutzpartikeln belasteten zweiten Luftstrom 32 trennt.
Der erste Luftstrom 31 wird anschließend in den Verbrennungsraum
des Verbrennungsmotors 25 geführt. Zwischen dem Verbrennungsmotor 25 und
dem Fliehkraftabscheider 30 befindet sich vorzugsweise
ein Luftfilter, der den ersten, von Schmutzpartikeln weitestgehend
befreiten Luftstrom 31 zusätzlich reinigt, welches explizit
nicht dargestellt ist. Die mit Schmutzpartikeln beladene Luft 32 wird
in den Lufteinlass 13 geleitet, wobei das Lüfterrad 11 mit
seinen Leitschaufeln den nötigen
Unterdruck entstehen lässt.
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Wie
in 3 und 4 deutlich zu erkennen ist,
ist das Arbeitsgerät
mit einer Antriebseinheit 20 ausgestattet, die mit dem
innerhalb des Motorgehäuses 28 angeordneten
Motor 25 in Wirkverbindung steht. Aus dem Motorgehäuse 28 erstreckt
sich eine Kurbelwelle 21 in Richtung des Gebläses 10.
Die Kurbelwelle 21 ist mit einer Fliehkraftkupplung 22 verbunden,
die wiederum unmittelbar am Lüfterrad 11 befestigt
ist. Zwischen der Kurbelwelle 21 und der Fliehkraftkupplung 22 befindet
sich eine Kupplungstrommel 23, in der die Fliehkraftkupplung 22 angeordnet
ist. Die Fliehkraftkupplung 22 weist des Weiteren eine
dem Lüfterrad 11 zugewandte
Kupplungsaufnahme 22a auf. Die Kupplungsaufnahme 22a dient hierbei
zur Befestigung des Lüfterrades 11.
Das Lüfterrad 11 weist
einen kreisrunden Deckel 16 auf, der mit der Kupplungsaufnahme 22a befestigbar
verbindbar ist. Form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Befestigungsalternativen
sind hierbei denkbar. Am Umfang des Lüfterrades 11 ist ein
Dichtring 17 vorgesehen.
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Ferner
weist das Motorgehäuse 28 eine
Ausnehmung 27 auf, durch die die Antriebseinheit 20 mit der
Kurbelwelle 21, der Kurbeltrommel 23 sowie der Fliehkraftkupplung 22 umfasst
ist. An der Kupplungstrommel 23 ist an ihrem Umfang eine
Riemenscheibe anordbar, die in Wirkverbindung mit dem nicht dargestellten
Arbeitswerkzeug steht. Ferner ist das Arbeitsgerät mit einem Auspuff 24 ausgestattet,
der im Inneren einen nicht dargestellten Abgasschalldämpfer aufweist.
Der Auspuff 24 ist mit einem Einlasskanal 26 ausgebildet,
der mit dem Luftauslass 14 des Gebläsegehäuses 12 verbunden
ist. Zudem weist der Auspuff 24 einen Auspuffauslass 24a auf.
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Während des
Betriebes des Arbeitsgerätes treibt
der Verbrennungsmotor 25 die Kurbelwelle 21 mit
einer entsprechenden Drehzahl an. Die Fliehkraftkupplung 22 sowie
das Lüfterrad 11 werden durch
die Kurbelwelle 21 entsprechend in Rotation um die Drehachse 15 gebracht.
Das Lüfterrad 11 erzeugt,
insbesondere mit Hilfe der Gebläseschaufeln, einen
entsprechenden Unterdruck innerhalb des Gebläsegehäuses 10, der den aus
den Fliehkraftabscheider 30 weichenden zweiten Luftstrom 32 durch den
Lufteinlass 13 ansaugt. Der mit Schmutzpartikeln beladene
Luftstrom 32 wird durch das Gehäuse 12 geleitet und
verlässt
dieses am Luftauslass 14, wobei der zweite Luftstrom 32 unmittelbar über den Einlasskanal 26 in
den Auspuff 24 geleitet wird. Während der zweite Luftstrom 32 durch
das Gehäuse 12 entlang
des Lüfterrades 11 strömt, wird
eine Kühlung der
Fliehkraftkupplung 22, die während des Betriebes hohe Temperaturen
erreichen kann, bewirkt. Innerhalb des Auspuffes 24 vermischt
sich der zweite Luftstrom 32 mit dem Verbrennungsgas, das
den Motor 25 bzw. den Verbrennungsraum des Motors 25 verlässt, und
gelangt durch den Auspuffauslass 24a in die Umgebung. Es
hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Führung des zweiten Luftstromes 32 über ein
Gebläse 10 in
den Auspuffraum eine effektive Kühlung
des aus dem des Auspuffs 24 austretenden Abgases erzielt
werden kann.
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Der
Antrieb 20 ist derart ausgestaltet, dass erst bei einer
entsprechenden Drehzahl des Motors 25 das Arbeitswerkzeug
angetrieben wird. Dieses wird durch die hier dargestellte Fliehkraftkupplung 22 erreicht,
die erst bei einer bestimmten Drehzahl einen Kraftschluss mit der
Kupplungstrommel 23 herstellt. Selbstverständlich sind
al ternative Antriebseinheiten in Hinblick auf die vorliegende Erfindung
einsetzbar.
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Wie
in 2 dargestellt ist, weist das Gebläsegehäuse 12 einen
Deckel 18 auf, die materialeinheitlich miteinander verbunden
sind. Das Motorgehäuse 28 mit
seiner Ausnehmung 27 sowie der Deckel 18 bilden
eine Öffnung 19,
durch die der an der Kupplungstrommel 23 angeordnete Riemen
sich erstreckt.
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- 100
- Ansaugvorrichtung
- 10
- Gebläse
- 11
- Lüfterrad
- 12
- Gehäuse
- 13
- Lufteinlass
- 14
- Luftauslass
- 15
- Achse
- 16
- Deckel
- 17
- Dichtung
- 18
- Deckel
- 19
- Öffnung
- 20
- Antriebseinheit
- 21
- Kurbelwelle
- 22
- Kupplung
- 22a
- Kupplungsaufnahme
- 23
- Kupplungstrommel
- 24
- Auspuff
- 24a
- Auspuffauslass
- 25
- Motor
- 26
- Einlasskanal
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Motorgehäuse
- 29
- Zylinder
- 30
- Fliehkraftabscheider
- 31
- erster
Luftstrom
- 32
- zweiter
Luftstrom
- 33
- Umgebungsluft,
Verbrennungsluft