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Motorsäge Die Erfindung betrifft eine Motorsäge. Insbesondere betrifft
die Erfindung Verbesserungen bei Mehrzweck-Handstichsägen mit Elektromotorantrieb.
Diese Verbesserungen beziehen sich auf einen Dämpfungsmechanismus zum Dämpfen der
Schwingungen aufgrund der Schneidbewegung des Sägeblattes entlang einer geschlossenen
Bewegungsbahn mit unterschiedlichem Sägeabschnitt und Rücklaufabschnitt sowie auf
die Wärmeableitfähigkeit eines solchen Dämpfungsmechanismus.
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Mehrzweck-Handstichsägen mit Elektromotorantrieb, bei denen das Sägeblatt
auf einer praktisch zur Drehachse des Elektromotors parallelen Bahn hin- und hergeführt
wird und bei denen das Sägeblatt auf einer Bahn mit reiner Hin- und Herbewegung
bzw. auf einer praktisch geraden, in Axialrichtung verlaufenden Bahn oder auf einer
geschlossenen Bewegungsbahn mit unterschiedlichern Sägeabschnitt und Rücklaufabschnitt
hin- und hergeführt werden kann, sind beispielsweise in der US-PS 3 461 732 und
der US-Patentanmeldung Nr. .........
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"Control for the Orbital Action of a Reciprocating Power Saw" beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Motorsäge ist in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
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Der Schwingungsdämpfungs- und Wärmeableitmechanismus für eine erfindungsgemäße
Handstichsäge umfaßt eine Halterführung, die eine begrenzte axiale und radiale Bewegung
ausführen kann, die zwangsläufig von einem Exzenter gesteuert wird. Die Halterführung
dient sowohl als Gegengewicht als auch als Wärmeableiter. Eine Antriebswelle für
den Exzenter, die den Antrieb für diese begrenzte axiale und radiale Bewegung liefert,
treibt ferner einen Taumelscheibenmecharismus an, der einen verschiebbar in der
Halterführung geführten Sägeblatthalter hin- und herschieben kann. Der Schwerpunkt
der Halterführung beschreibt eine elliptische Bahn. Die Bewegung der Halterführung
relativ zum Sägeblatthalter und das Gewichtsverhältnis zwischen Sägeblatthalter
und Halterführung sind so ausgelegt, daß sich weitgehender oder annähernd vollständiger
Massenausgleich ergibt, wenn das Sägeblatt und der Sägeblatthalter auf einer geschlossenen
Bewegungsbahn mit unterschiedlichem Sägeabschnitt und Rücklaufabschnitt geführt
werden, wie dies beispielsweise beim Sägen von Holz der Fall ist.
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Masse und Ort der Halterführung führen dazu, daß diese als
Wärmeableiter
für Wärme wirkt, die durch Reibung aufgrund der relativen Hin- und Herbewegung des
gleitend verschiebbar gelagerten Sägeblatthalters erzeugt wird.
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Als Nachlaufwinkel wird die Winkeldifferenz, - sofern eine vorhanden
ist -, zwischen der Stellung der exzentrischen Welle und der Taumeischeibenwelle
bezeichnet. Dieser Nachlaufwinkel führt zu einer Verzögerung der entgegengesetzten
Bewegung der Halterführung relativ zum Sägeblatthalter in Axialrichtung.
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Folgende Beispiele sollen dies verdeutlichen: Wenn der Nachlaufwinkel
0° beträgt, erfolgt die axiale Bewegung der Halterführung entgegengesetzt zu der
des Sägeblatthalters (Phasendifferenz 1800). Das Gewichtsverhältnis zwischen Halterführung
und Sägeblatthalter führt in Verbindung mit der beschriebenen Relativbewegung zu
einem fast vollständigen Massen- bzw. Schwingungsausgleich in Axialrichtung. Wenn
der Nachlaufwinkel 300 beträgt, läuft die entgegengesetzte Axialbewegung der Halterführung
der Bewegung des Sägeblatthalters um 300 nach -(Phasendifferenz 2100). Dies führt
zu einer geringen Einbuße an axialem Massenausgleich durch die Halterführung.
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Im Hinblick auf das Merkmal, einen ausgewählten Nachlaufwinkel zwischen
der mittels eines Exzenters angetriebenen Halterführung und dem Taumelscheibenmechanismus
zum Hin-und Herführen des Sägeblatthalters in der Halterführung zu verwenden und
die Gewichtsverhältnisse und Verschiebewege der Halterführung und des Sägeblatthalters
so zu bemessen, daß sich ein praktisch vollständiger Massenausgleich und eine Dämpfung
der zum Benutzer übertragenen Schwingungen ergibt, wurde der Stand der Technik untersucht.
Dabei wurden folgende US-PS ermittelt: 1 648 008, 2 501 631, 2 917 088, 2 931 402,
3 205 721, 3 205 722, 3 404 574, 3 461 732 und 3 729 823.
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Aus keiner dieser Veröffentlichungen ist es bekannt, die gegenseitigen
Hin- und Herbewegungen und das Gewichtsverhältnis
der Halterführung
und des Sägeblatthalters einschließlich des Sägeblattes in eine solche Verbindung
miteinander zu bringen, daß Schwingungen gedämpft werden oder daß die Halterführung
auch als Wärmeableiter wirkt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch
eine Handstichsäge mit Elektromotorantrieb und erfindungsgemäßem Mechanismus zur
Schwingungsdämpfung und Wärmeableitung, wobei sich das Sägeblatt in seiner äußeren
Endstellung befindet, die exzentrische Welle ungefähr eine Mittelstellung in senkrechter
Richtung einnimmt und die Halterführung zurückgezogen ist; Fig. 2 einen Schnitt
gemäß 2-2 in Fig. 1, wobei die exzentrische Welle aus ihrer in Fig. 1 dargestellten
Mittelstellung in ihre oberste Stellung gedreht ist und die Halterführung ungefähr
die halbe Strecke ihrer Verschiebung nach innen zurückgelegt hat; und Fig. 3 eine
schematische Darstellung einiger Bewegungsbahnen des Sägeblattes, die von diesem
beschrieben werden, wenn es sich entweder entlang einer geschlossenen Bahn mit unterschiedlichem
Sägeabschnitt und Rücklaufabschnitt oder entlang einer praktisch geradlinigen Bahn
vor- und zurüickbewegt, wobei die mit ''Nachlaufwinkel 30011 bezeichnete Bewegungsbahn
beim Sägen von Holz besonders günstig ist und die mit "Nachlaufwinkel 105011 bezeichnete
Bewegungsbahn beim Sägen von Metall besonders geeignet
ist; die
Längsachsen der dargestellten Bewegungsbahnen schließen einen einstellbaren Winkel
mit der Waagerechten ein, der als Neigungswinkel bezeichnet wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert,
die eine Nehrzweck-Handstichsäge mit Elektromotorantrieb zeigen. Diese Säge ähnelt
der in der US-PS 3 461 732 und in der US-Patentanmeldung Nr. .............. mit
dem Titel "Control for the Orbital Action of a Reciprocating Power Saw1, beschriebenen
Säge. Die dargestellte Säge umfaßt ein mehrteiliges, zusammengesetztes Gehäuse 10,
das einen umsteuerbaren Elektromotor 12 umgibt und als Halterung für diesen dient.
Zum Gehäuse 10 gehört ein üblicher Griff 14, in dem eine Schaltertaste 16 und eine
Umschalttaste 18 montiert sind. Am einen Ende einer Motorwelle 20 befindet sich
ein schrägverzahntes Zahnrad, das mit einem angetriebenen schrägverzahnten Zahnrad
22 kämmt, das mit einer Taumelscheibenwelle 24 verkeilt ist, die in Lagern im Getriebeabschnitt
des Gehäuses 10 gelagert ist. In bekannter Weise sitzt am äußeren Ende der Taumelscheibewelle
24 eine Taumelscheibe 26, die mit einer Muffe 28 in Eingriff steht, die von einem
Sägeblatthalter 30 radial vorsteht. Der Sägeblatthalter 30 ist hohl und hat eine
Schwerpunktmasse von ungefähr 85g. Er sitzt gleitend verschiebbar in einer Bohrung
in der Mitte einer Halterführung 32. Die maximale Verschiebung bzw. der Hub des
Sägeblatthalters beträgt ungefähr 25,4mm. Die Halterführung 32 hat eine Schwerpunktmasse
von ungefähr 680g und einen Hub bzw. eine maximale Verschiebung von ungefähr 3,175mm.
Wenn der Nachlaufwinkel 0° beträgt (siehe Fig. 3), ergibt sich in Axialrichtung
eine vollständige Schwingungsdämpfung. Wenn der Nachlaufwinkel 300 beträgt, was
zum Sägen von Holz am günstigsten ist, wird ein annähernd vollständiger Ausgleich
der Schwingungen in Axialrichtung erreicht.
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Die Halterführung 32 ist in einer selbstausrichtenden Kugelbuchse
oder einer anderen Halterung gelagert, die ermöglicht, daß die Halterführung sowohl
eine begrenzte Axialbewegung als auch eine begrenzte radiale Schwenkbewegung ausführt.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß diese beiden
Bewegungen und ihre relativen Geschwindigkeiten von der Taumelscheibenwelle 24 und
einer exzentrischen Welle 34 gesteuert werden, die von der Tazmelscheibenwelle angetrieben
wird. Die exzentrisc#he Welle 34 ist drehbar im Getriebeteil des Gehäuses 10 gelagert.
Sie weist ein angetriebenes schrägverzahntes Zahnrad 36 auf, das mit einem treibenden
schrägverzahnten Zahnrad 38 kämmt, wobei sich die Achsen dieser Zahnräder schneiden.
Das Zahnrad 38 ist auf der Taumelscheibenwelle 24 so angebracht, daß es relativ
zu dieser eine begrenzte Drehung in Umfangsrichtung um ungefähr 2850 ausführen kann.
Diese begrenzte Drehbewegung wird mittels eines Stiftes 40 erreicht, der von der
Taumelscheibenwelle 24 ausgeht und in einem in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz
42 sitzt, der in der Nabe des Zahnrades 38 ausgebildet ist.
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Wenn die Taumelscheibenwelle 24 (bei Betrachtung von links in Fig.
1) im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird der Stift 40 zum in Gegenuhrzeigerrichtung
liegenden Ende des Schlitzes 42 bewegt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. In diesem
Zustand besteht ein Nachlaufwinkel von 300. Bei dieser Betriebsstellung bewirkt
der Taumelscheibenmechanismus, daß mit dem Einziehen eines vom Sägeblatthalter 30
gehaltenen Sägeblattes 44 aus der in Fig. 1 dargestellten, ausgefahrenen Stellung
begonnen wird, so daß das Sägeblatt seinen Sägehub beginnt. Die exzentrische Welle
34 wird dabei im Gegenuhrzeigersinn (in Fig. 1) gedreht. Während der ersten 300
der Drehung der exzentrischen Welle schwenkt diese das innere Ende der Halterführung
32 radial nach oben, während sie gleichzeitig die Halterführung in Axialrichtung
nach innen zieht.
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Am Ende dieses Intervalls beginnt die exzentrische Welle, die Halterführung
axial nach außen zu verschieben. Durch diese
Bewegungen wird das
Sägeblatt 44 entlang dem unteren Abschnitt der für den Nachlaufwinkel 300 in Fig.
3 dargestellten Bewegungsbahn nach unten und nach innen bewegt. Auf diesem Abschnitt
der Bewegungsbahn schneidet das Sägeblatt. Wenn dann die Taumelscheibe 26 beginnt,
das Sägeblatt 44 nach außen zurück in die in Fig. 1 dargestellte Stellung zu bewegen,
schwenkt die exzentrische Welle 34 zwangsläufig das innere Ende der Halterführung
32 radial nach unten, wobei während der ersten 300 der Drehung der exzentrischen
Welle die Halterführung axial nach außen verschoben wird, wonach dann die exzentrische
Welle beginnt,die Halterführung in Axialrichtung nach innen zu ziehen. Diese Bewegungen
bewirken, daß sich das Sägeblatt entlang dem oberen Abschnitt der für den Nachlaufwinkel
300 in Fig. 3 dargestellten Bewegungsbahn nach oben und nach außen bewegt. Auf diese
Weise kommt das Sägeblatt während seines Rücklaufs vom Werkstück frei.
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Die entgegengesetzten Bewegungen der Halterführung 32 und des Sägeblatthalters
30 in Axialrichtung führen bei den oben genannten Gewichtsverhältnissen und Verhältnissen
der Hübe bzw. Verschiebungen dazu, daß die Halterführung 32 die Bewegung des Sägeblatthalters
30 und des Sägeblattes 44 kompensiert und für eine Schwingungsdämpfung sorgt. Die
Halterführung erfüllt daher zwei Funktionen; einerseits führt sie das Sägeblatt
auf einer geschlossenen Bewegungsbahn mit unterschiedlichem Sägeabschnitt und Rücklaufabschnitt
und andererseits dämpft sie die Schwingungen.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist der "Phasenwechsel"
zwischen der Taumelscheibenwelle 24 mit ihrer Taumelscheibe 26 und der exzentrischen
Welle 34, durch den von der geschlossenen Bewegungsbahn mit unterschiedlichem -Sägeabschnitt
und Rücklaufabschnitt des Sägeblattes 34 (siehe Nachlaufwinkel 300) zu den praktisch
geradlinigen Bewegungsbahnen
bei einem Nachlaufwinkel von 1050
umgeschaltet wird.
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Dies erfolgt, indem der Elektromotor 12 angehalten wird und dessen
Drehrichtung umgesteuert wird, oder mittels einer anderen übertragungseinrichtung,
die jedenfalls dazu führt, daß die Drehrichtung der Taumelscheibenwelle 24 so geändert
wird, daß sie sich bei Betrachtung von links in Fig. 1 im Uhrzeigersinn dreht. Dies
führt dazu, daß sich der Stift 40 zum anderen Ende des Schlitzes 42 bewegt, wodurch
eine wesentliche Änderung des Nachlaufwinkels hervorgerufen wird.
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Nach der Phasenverschiebung durch Umkehr der Drehrichtung der Taumelscheibenwelle
24 folgt das Sägeblatt der mit Nachlaufwinkel 105011 in Fig. 3 bezeichneten Bahn.
Die Betrachtung des Funktionsablaufes wird zu dem Zeitpunkt begonnen, zu dem sich
die Taumelscheibe in der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindet und das Sägeblatt
ausgefahren ist. Die exzentrische Welle 34 bleibt annähernd in ihrer Mittellage
und dreht sich nicht, bis der Stift 40 einen Weg von ungefähr 2850 zurückgelegt
hat. Zu diesem Zeitpunkt hat die Taumelscheibe 26 das Sägeblatt vollständig eingezogen
(Sägehub) und etwas mehr als um die Hälfte herausgestoßen (Rüddauf), wobei sich
das Sägeblatt auf einer praktisch geraden Bahn bewegt hat (reine Hin- und Herbewegung).
Wenn dann dieser Zustand erreicht ist, beginnt die exzentrische Welle mit ihrer
Drehung, wobei sie das innere Ende der Halterführung 32 radial nach unten bewegt.
Danach folgt dann das Sägeblatt der im wesentlichen geradlinigen, geneigten Bahn,
die in Fig. 3 mit Nachlaufwinkel 105011 bezeichnet ist. Diese Bahn wird dadurch
erzeugt, daß die exzentrische Welle 34 während der gesamten von der Taumelscheibe
26 hervorgerufenen Ausstoßbewegung das innere Ende der Halterführung 32 radial nach
unten bewegt und daß die exzentrische Welle 34 während der gesamten von der Taumelscheibe
26 hervorgerufenen Einziehbewegung das innere Ende der Halterführung 32 radial nach
oben
bewegt. Diese kombinierte Bewegung der exzentrischen Welle
34 und der Taumelscheibe 26 erzeugt die praktisch geradlinige, geneigte Bahn, die
in Fig. 3 mit Nachlaufwinkel 1050in bezeichnet ist. Bei großen Nachlaufwinkeln,wie
einem Nachlaufwinkel von 105 ist die Ausgleichs- bzw. Auswuchtwirkung der Halterführung
32 in Axialrichtung stark vermindert.
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Wenn dann das Sägeblatt wieder einer geschlossenen Bewegungsbahn mit
unterschiedlichem Sägeabschnitt und Rücklaufabschnitt folgen soll, wird der Motor
angehalten und mit normaler Drehrichtung wieder in Betrieb gesetzt oder wird die
übertragungseinrichtung umgeschaltet, so daß sich die Taumelscheibenwelle 24 im
Gegenuhrzeigersinn dreht, wie dies zuvor beschrieben wurde. Während der ersten 2850
dieser Drehung führt das Sägeblatt ein praktisch geradlinige, reine Hin- und Herbewegung
aus. Danach folgt das Sägeblatt der geschlossenen Bewegungsbahn mit unterschiedlichem
Sägeabschnitt und Rücklaufabschnitt, wie sie für den Nachlaufwinkel 300 in Fig.
3 dargestellt ist.
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Vorstehend wurden lediglich zwei extreme Nachlaufwinkel erläutert;
es können jedoch zahlreiche andere Nachlaufwinkel zwischen diesen Extremen erreicht
werden. Dazu werden dann speziell konstruierte Kupplungseinrichtungen benutzt, mittels
derer eine Vielzahl verschiedener Bewegungsbahnen bzw. Schneidbahnen einfach erreicht
werden können. Beispielsweise kann dafür gesorgt werden, daß das Sägeblatt beim
Sägehub einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt entweder einer weiten
oder einer schmalen geschlossenen Bewegungsbahn folgt.
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Der Winkel der Längsachse, d.h. der Neigungswinkel, kann geändert
und verschieden gewählt werden, wie dies beispielsweise die Bahnen in Fig. 3 zeigen.
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Der Vorteil der Steuerung des Neigungswinkels liegt darin, daß die
Anpreßdrücke des Sägeblattes vom Gewicht der Säge
erzeugt werden,
ohne daß der Benutzer unterschiedliche Drücke zu erzeugen braucht.
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Die Schwenkbewegung der Halterführung 32 nach oben und nach unten
führt dazu, daß die vom Benutzer auf das Sägeblatt aufgebrachte Kraft zunimmt und
abnimmt, so daß bei jedem Nachlaufwinkel eine gewisse Unwucht in radialer Richtung
besteht Diese Unwucht führt jedoch nicht zu übermäßiger Übertragung von Schwingungen
auf den Benutzer.
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Patentansprüche: