DE2636976A1

DE2636976A1 - Elastische daempfungseinrichtung, insbesondere zur schwingungsisolation zwischen der motor- und saegekettengruppe einerseits und dem griffteil andererseits bei hand-motorsaegen

Info

Publication number: DE2636976A1
Application number: DE19762636976
Authority: DE
Inventors: Jay Richard Bailey
Original assignee: Mcculloch Corp
Current assignee: Mcculloch Corp
Priority date: 1975-08-25
Filing date: 1976-08-17
Publication date: 1977-03-10
Also published as: US3972119A; CA1046904A; SE7609345L

Description

D.PL-ING." KLAUS BEHN

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE

WIDENMAYERSTRASSE 6 D - 8000 MÜNCHEN 22 TEL. (089) 22 25 30 · 29 51 92

A 22176

A 20276 Ml/ib 17. August 1976

Firma McCULLOCH CORPORATION, 5400 Alia Road, Los Angeles, Californien 90066, USA

Elastische Dämpfungseinrichtung, insbesondere zur Schwingungsisolation zwischen der Motor- und Sägekettengruppe einerseits und dem Griffteil andererseits bei Hand-Motorsägen

Die Erfindung betrifft eine Schwingungsdämpfungseinrichtung, die dort eingesetzt wird, wo billige, Vibrationen unterdrückende, schwingungsisolierende Elemente benötigt werden speziell in einem eng begrenzten Raum, wobei diese Elemente eine niedrige Federkonstante haben sollen.

Die Erfindung wird mit Vorteil zur schwingungsisolierenden Aufhängung der Einheit aus Sägekette und Antriebsmotor in einem trägheitbehafteten, käfigartigen Griffteil verwendet.

Es sind bereits zahlreiche Bemühungen bekannt, die Vibrationen, die vom Motor- und Sägekettenteil einer Handmotorsäge ausgehen, vom Griffteil der Säge fernzuhalten. Es werden dafür in verschiedenster Anordnung verschiedenartige elastische Dämpfungs- und Isoliermittel eingesetzt.

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Bankhaus Merck. Finck S, Co, München. Nr. 25464 I Bankhaus H. Aufhäuser. München. Nr. 261300 Postscheck: München 20904-800 Telegrammadresse: Patentsenior

Die Erfindung verwendet eine koaxiale, elastische Scheibenmembran, die besonders geeignet ist, eine sehr wenig federnde Ab- , Stützung zu schaffen zwischen dem Griffteil und der Unterseite der Motor-Sägekettengruppe in einer Anordnung, wie sie bereits in der US-PS 3 542 095 und 3 813 776 beschrieben ist.

Die Erfindung bringt den Einsatz einer im Schnitt gabelförmigen, elastischen Membranscheibe, die eine besonders niedrige Federkonstante aufweist für in axialer und radialer Richtung auftretende Vibrationen, wobei diese Federkonstante einen Wert von nur etwa 10 kp/cm hat. Damit werden die Drehzahlen, die Resonanzschwingungen hervorrufen können, auf so niedrige Werte verlegt, daß sie erheblich unter den Leerlaufdrehzahlen des Kettensägemotors liegen, mit der Folge, daß die vom Motor- und Sägekettenteil auf den Griffteil übertragenai Schwingungen bei den normalen Arbeitsdrehzahlen sehr stark herabgesetzt sind.

Tatsächlich werden durch die Erfindung die höchsten Beschleunigungswerte bei den meisten vorkommenden Arbeitsdrehzahlen auf die Größe von etwa 3 g herabgedrückt. Das bedeutet die Hälfte oder weniger als die bisher auftretenden Beschleunigungswerte bei den üblichen Schwingungsisoliersystemen bei Sägeketten.

Diese Verbesserung der Federkonstante und der Beschleunigungseigenschaften der Schwingungsisoliervorkehrungen einer Kettensäge werden erreicht bei einer Kettensäge, die einen Antriebsmotor mit Kurbelwelle hat, von dem eine Sägekette, die einen Kettenführungs balken umläuft, angetrieben wird. Diese Kettensäge hat außerdem

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eine Griffanordnung, an der der Bedienungsmann sie erfaßt. Ferner sind mehrere Schwingungsisoliereinrichtungen vorhanden, über die der Vibrationen erzeugende Teil mit dem Griffteil verbunden ist
und zu denen wenigstens ein membranartiges Teil gehört mit einer öffnung, deren Ebene quer zum Sägeschlitz liegt. Diese Öffnung
wird von einer Welle durchsetzt, auf der die Membranscheibe sich drehen kann.

Auf der Welle befinden sich zwei elastische Hülsen, die gegen die beiden Membranflächen gedrückt werden. Eine erste Gruppe von Befestigungselementen verbindet die Membran entweder mit der Schwinguncperzeugenden Motorgruppe oder dem Griffteil, während eine zweite Gruppe von Befestigungselementen die Welle mit einer der beiden Gruppen verbindet.

Die Verbesserung besteht nun im wesentlichen darin, daß die Membranscheibe eine Gestaltung hat, welche am besten dadurch gekennzeichnet wird, daß die in einer Radialebene liegende Schnittfläche eine gabelförmige Gestaltung hat und die Membranscheibe die
Durchtrittsöffnung zunächst mit einem Basisringteil umgibt, der
gleitbar auf die Welle gesetzt ist und dabei zwischen den beiden elastischen Hülsen auf der Welle festgelegt ist. An diesen Basisring sind dann die beiden Membranscheibenteile angeformt, die im Querschnitt die Äste darstellen, welche schräg auswärts auseinanderstreben und an denen die eine Befestigungselementgruppe angreift.

Zwischen den beiden Ästen befindet sich eine Einsattelung, die
sich an der Membran als umlaufende Ringnut darstellt.

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Zu beachten ist noch, daß die Membranscheibe von den Befestigungselementengruppen so erfaßt wird, daß in unbelastetem Zu-

so
stand\iohl radial als auch axial Spalte sowohl gegenüber der die Mittelöffnung durchsetzenden Welle als auch gegenüber einem am Außenumfang der Membranscheibe angreifenden Befestigungsring vorhanden sind.

Durch die Art der Gestaltung und Befestigung der Membranscheibe werden die auftretenden Radialschwingungskräfte absorbiert durch Verbiegung, Scherwirkung, Kompression in radialer und axialer Richtung und elastische Absorbierungsschwxngungen. Eine in Verbindung mit der Erfindung anwendbare Verbesserung kann in besonderen Fällen durch einen elastischen Einlagering erzielt werden, der in der umlaufenden Ringnut der Membranscheibe liegt und radial wirkende Schwingungen zwischen dem Basisringteil der Membranscheibe und den die Membran außen einfassenden Befestigungselementen begrenzt. Dieser Dämpfungsring ist vorzugsweise ein elastischer O-Ring.

Die Zeichnung zeigt das elastische Dämpfungselement gemäß der Erfindung und seinen Einsatz in einem Ausführungsbeispiel. Hierbei zeigen im einzelnen:

Fig. 1: schematisiert in Seitenansicht eine Handmotorsäge mit dem Dämpfungselement (Kettenführungsbalken abgebrochen);

Fig. 2: einen Längsschnitt durch das elastische Dämpfungselement der Erfindung an seiner Einsatzstelle auf der Unterseite des Motorblocks;

Fig. 3: einen Querschnitt durch die Anordnung des Dämpfungselemen-

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~ ο

tes gemäß III-III in Fig. 2;

Fig. 4: das membranartige Dämpfungselement selbst in perspektivischer Ansicht und aufgeschnitten;

Fig. 5: eine Schnittdarstellung durch die Anordnung des Dämpfungselementes ähnlich Fig. 2 mit zusätzlichem Dämpferglied;

Fig. 6: eine vergrößerte Schnitteildarstellung durch das membranartige Dämpfungselement mit Darstellung der darin wirkenden Kraftvektoren.

Die Seitenansicht der Fig. 1 zeigt eine Kettensäge 1.Der die Vibrationen erzeugende Teil 2 besteht aus dem Antriebsmotor 3 und dem Sägekettenteil 4. Dieser Sägekettenteil hat einen Kettenbalken 5 und eine Gliederkette 6, die den Kettenbalken 5 umschlingt. Der Antrieb der Gliederkette 6 kommt vom Antriebsmotor 3, in dem eine Kurbelwelle um eine senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 stehende Achse umläuft.

Außerdem ist die Kettensäge 1 mit einer käfigartigen Griffanordnung 7 ausgestattet mit einem in Längsrichtung der Säge verlaufenden, U-förmigen Handgriffteil 8 und einem sich quer dazu erstreckenden Handgriffteil 9. Der Handgriffteil 9 kann zum Teil oder vollständig die Schneidanordnung 2 umgeben. Der schwingungserzeugende Schneidanordnungsteil 2 ist im käfigartigen Griffteil 7 mit mehreren, die Schwingung isolierenden Elementen verbunden. Diese Schwingungsisolationselemente befinden sich im wesentlichen in einer Ebene, die mit der Längsmitte der Motor- und Sägeanordnung 2 zusammenfällt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Sägeausführung handelt es sich um drei Schwingungsisolationselemente 10, 10a und/11

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Die Isolationselemente 10 und 10a befinden sich auf der Oberseite des Motorteils 3 und verbinden diesen mit der Unterseite , des Treibstofftanks 12, der in den Griffkäfig 7 einbezogen ist. Der Treibstofftank 12 stellt eine beträchtliche träge Masse dar, die Dämpfungsfunktionen übernimmt.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen die Schwingungsisolationsgruppe 11, zu der ein elastisches, scheibenförmiges Membranteil 13 gehört. Dieses Membranteil 13 besitzt eine Mittelöffnung 14, deren Ebene in montiertem Zustand der Säge senkrecht auf der Ebene der Sägekette 6 steht wie auch parallel zur Achse 3a der Kurbelwelle des Motors 3. Die Membranscheibe 13 besteht aus Gummi, Neopren oder einem vergleichbaren Elastomer und wird gehalten in einer teilbaren, zylindrischen Metallringhülse 15. Eine hohle Welle 16 durchzieht die Mittelöffnung 14 der Membranscheibe 13, wobei diese sich auf der Welle 16 drehen kann, was aus den Fig. 2 und 3 deutlich wird. Hülsen 17 und 18 aus einem Elastomer oder einem Plastikwerkstoff umschließen die hohle Welle 16 und drücken gegen die beiden Seitenflächen der Membranscheibe 13, wie dies die Fig. 2 zeigt. Bei bestimmten Ausführungsformen können diese Hülse 17, 18 auch Metalleinlageteile für die Hohlwelle 16 haben.

Mit einer ersten Gruppe 19 von Befestigungselementen wird die Membranscheibe 13 und ihr Hülsenring 15 mit der schwingungserzeugenden Anordnung 2 oder mit der Traggriffanordnung 7 verbunden. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 weist die erste Befestigungselementengruppe 19 eine Schelle 20 auf, die mittels Schraubbolzen 21, 22 den Hülsenring 15 auf der Griffanordnung 7 festspannt. Die zweite Gruppe von Befestigungselementen 23 ver-

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bindet die Hohlwelle 16 dann mit dem Motor- und Sägekettenteil. Dazu gehört im vorliegenden Fall ein Gewindebolzen 24 mit Mutter und Unterlegscheibe, über den die Hohlwelle 16 mit einem von der -Unterseite 26 des Motorgehäuses senkrecht abstehenden Flanschblech 25 verbunden wird.

Die im Schnitt gabelförmige Membranscheibe 13 ist in allen Einzelheiten in den Fig. 2 bis 6 dargestellt. Sie ist einteilig aus einem Elastomer (künstliches oder natürliches Gummi) oder einem Plastikmaterial hergestellt. Ein in der Praxis bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Membran besteht aus Neopren SC 425A1, B, J. Die Membranscheibe kann man als zusammengesetzt betrachten aus einem inneren Ringteil 27, der mit Bewegungsspiel die Hohlwelle umgibt und axial zwischen den Hülsenelementen 17, 18 eingefügt ist. Dieser Basisringteil 27 setzt sich radial auswärts in zwei Gabelarmen 28 und 31 fort, die radial nach außen und axial auseinanderstreben. Der erste Gabelarm 28 verläuft im Schnitt betrachtet mit einem unteren Teil 29 schräg auswärts vom Basisring 27, während der zweite, symmetrisch gegenüberliegende Gabelarm nach der entgegengesetzten Seite schräg auswärts strebt mit seinem unteren Armabschnitt 32. Die beiden Gabelarme 28 und 31 sind durch eine Ringnut 33 voneinander getrennt.

In den Fig. 2 und 5 ist erkennbar, daß die Ringnut 33 einen V-förmigen Querschnitt symmetrisch zur Mittelebene des Membranringes hat. Die erste Gruppe von Befestigungselementen 19 mit dem geteilten Hülsenring 15 umschließt die äußeren Lappen 36 und 37 der Gabeläste der Membranscheibe 13. Die zweite Gruppe von Befe-

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stigungselementen 23 verbindet den Basisring 27 der Membranscheibe 13 mit der die Schwingungen erzeugenden Elementengruppe 2, während die Befestigungselementengruppe 19 die Außenränder 34, 35 der Membranscheibe 13 mit der Handgriffanordnung 7 verbindet.

Es soll nun auf einige besondere Einzelheiten der Verbindung der Membranscheibe 13 mit den Befestigungselementengruppen 1 9 und 23 eingegangen werden. Zwischen der im Schnitt gabelförmigen Membranscheibe 13 und den Befestigungselementengruppen 19 und 23 sind im unbelasteten Zustand Abstandsspalte vorhanden, die dafür verantwortlich sind, daß die Federkonstante der elastischen Aufhängung 11 verbessert und verringert ist. Bevor im einzelnen darauf eingegangen wird, sollen einige bauliche Eigenheiten einer bevorzugten Ausführungsform der Ringhülse 15 betrachtet werden. Diese Ringhülse ist gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 5 axial teilbar in Halbringsegmente 39 und 40, die in der axialen Mittelebene zusammenstoßen (und hier zur Erleichterung des Zusammensetzens entsprechend ausgebildete Ränder haben können). Die Ringhülse bildet so eine nach innen gekehrte Rinne 15a zwischen zwei nach innen weisenden Flanschrändern 41 und 42. Die Flanschränder 41 und 42 umgreifen außen die Lippenenden 36, 37 der Gabelarme und können mit den axialen Stirnflächen 43, 44 dieser Gabelarmenden 36, 37 in Berührung kommen.

Der axiale Abstand d.. zwischen den äußeren Stirnflächen 43 und des Membranringes 13 ist geringfügig kleiner als der axiale Abstand d„ zwischen den Innenflächen der Ringflansche 41, 42, was Fig. 5 verdeutlicht. Die Innenflächen 41a, 42a der Ringflansche 41, 42 sind eben und liegen in Ebenen, die auf der Achse 30 aller

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in unbelasteter Stellung zueinander koaxialer, rotationssymmetrischer Teile der Befestigungsanordnung 11 senkrecht stehen.

Auch der Innendurchmesser d. der zylindrischen Öffnung 14 des Basisringteils 27 übersteigt den Außendurchmesser d₃ der Hohlwelle 16. Ferner wird es bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als wünschenswert erachtet, den Außendurchmesser d,- der Gabelarme der Membranscheibe geringfügig kleiner als den Innendurchmesser d, des Grundes der Rinne 15a zu wählen. Bei einer

streng koaxialen und axial auf Mitte ausgerichteten Anordnung, sie sie in der Fig. 5 gezeigt ist, ergeben sich deshalb theoretisch die Spalte C₁ bis C₁-, die in der Fig. 5 dargestellt sind.

Es versteht sich jedoch, daß bei der zusammengebauten Schwingungsisolationsanordnung 11 die Membranscheibe 13 nicht völlig zentriert sein kann, wie es die Zeichnung wiedergibt. Somit ergeben sich Berührungen zwischen der Membranscheibe 13 und der Hohlwelle 16 sowie der Ringhülse 15 an einer oder mehreren Stellen, womit die Spalte hier und da verschwinden und an anderen Stellen grosser werden.

In der nun folgenden Beschreibung sollen Betrachtungen über die verschiedenen Wirkungen von Stößen und Schwingungen aufgestellt werden, um eine Erklärung für die niedrige Federkonstante und die guten Dämpfungseigenschaften der im Schnitt gabelförmigen Membranscheibe 13 zu finden. Die Fig. 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Teils der Membranscheibe, in den verschiedene Kraftvektoren eingezeichnet sind, mit denen einerseits die Hohlwelle 16 und andererseits die Ringhülse 15 auf einen Arm des gabelförmi-

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gen Schnittes einwirken. Wenn die Membranscheibe 13 durch relative Radialbewegung zwischen dem einen Befestigungsteil 23 und dem anderen Befestigungsteil 19 so, daß die Hohlwelle 16 und die Ringhülse 15 sich einander nähern, wie in Fig. 6 dargestellt, Kräfte aufzunehmen hat, dann wirkt die Membranscheibe 13 so, daß sie die Schwingungen elastisch absorbiert, wobei folgende Wirkungen auftreten:

1. Eine wenigstens teilweise radial gerichtete Verbiegung des Gabelarms 35 durch den Vektor V₁;

2. Scherkräfte im Gabelarm 35 durch den Vektor v^, die in erster Linie sich im Material selbst auswirken als Folge des Biegekraf tvektors ν.. ;

3. Kompression im Gabelarm 35 durch den Vektor v-,; und

4. im wesentlichen axial gerichtete Kompression im Gabelarm 35, die durch den Vektor v. verdeutlicht ist.

Diese verschiedenen, miteinander einwirkenden Kräfte als Ergebnis einer gegenseitigen Annäherung der Hohlwelle 16 und der Ringhülse 15, die auch zu einer radialen Anlage der Hohlwellenaußenfläche 47 und der Ringhülseninnenfläche 45 an den radial innen und außen liegenden Flächen 46 und 48 der Membranscheibe führen, lassen den Gabelarm 35 in Fig. 6 im Gegenuhrzeigersinn verbiegen. Durch diese Biegung kommt der Innenringflansch 42 fest zur Anlage an die Außenfläche 44 des äußeren Gabe1armendes, während gleichzeitig die Ringhülseninnenfläche 45 sich gegen die Umfangsflache 48 des Gabelarms preßt.

Selbstverständlich können die Betrachtungen des in Fig. 6 gezeigten linken Gabelarms auch auf den rechten Gabelarm angewendet werden.

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Bei einer Relativverschiebung der Befestigungselementengruppe 23 gegenüber der Befestigungselementengruppe 19 in axialer Richtung nimmt die Membranscheibe ebenfalls elastisch Schwingungen auf und absorbiert sie aufgrund folgender Kombination von dabei auftretenden Kraftvektoren:

1. Aufgrund des Vektors V₅ wird der Gabelarm 35 in wenigstens zum Teil axialer Richtung gebogen;

2. innerhalb des Körpers des Gabelarms 35 stellen sich aufgrund der durch den Vektor V₁. erzeugten Verbiegung Scherkräfte im Sinne des Vektors v_g ein;

3. ferner ergeben sich Ringspannungen im Gabelarm 35 in Richtung des Vektors V₇;

4. im wesentlichen axial gerichtete Kompressionswirkung tritt durch den Vektor v_o im Gabelarmsegment 35 auf.

Diese miteinanderjwirkenden Schwingungsenergie&bsorbierenden Wirkungen treten bei einer nach links gerichteten Verschiebung der Hohlwelle 16 auf, wobei dann die elastische Hülse 17 die Membranscheibe 13 gegenüber dem Hülsenring 15 nach links verschiebt, so daß die linke Stirnfläche 44 des Gabelarmendes in axialer Richtung gegen den nach innen gerichteten Flanschring 42 gerdrückt wird. Daraus ergibt sich eine im wesentlichen im Uhrzeigersinn gerichtete Verbiegung des Gabelarms 35 und zugleich eine Kompressionswirkung an der Fläche 44. Symmetrisch entsprechende Betrachtungen gelten für die anderen Gabelarme des Schnittes, sofern die Kräfte entsprechend einwirken.

Eine Abwandlungsform der Erfindung läßt sich der Fig. 5 entnehmen, bei welcher zwischen den Hülsenring 15 und den Basisringteil 27

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der Membranscheibe ein Dämpferelement eingesetzt ist, das radial gerichtete Berührung zwischen der Membranscheibe und dem Hülsenring abdämpft. Das Dämpferelement 49 liegt in der V-förmigen Nut 33 zwischen den beiden Gabelarmen der Membranscheibe in Form eines Torringes oder O-Ringes aus Gummi oder Neopren. Die Abmessungen sind so gewählt, daß zwischen dem O-Ring und der Innenfläche der Ringhülse 15 ein allseitiger Abstand verbleibt für eine unbeeinflußte Radialbewegung der Teile gegeneinander. Übersteigt jedoch diese Radialbewegung einen Grenzwert, dann kommt die elastische Dämpfungseinlage zur Wirkung und überträgt Kräfte von der Ringhülse 15 auf den Basisringteil 27, um Beschädigung und übermäßig starke Schwingungsbewegungen zu verhindern. Der O-Ring als stoßdämpfende Einlage ist vielfach deswegen günstig, weil der Grundaufbau der zweiarmigen Membranscheibe 13 dadurch nicht beeinflußt wird, doch wird es in gewissen Fällen für vorteilhaft angesehen, einen ringförmig umlaufenden Dämpferteil unmittelbar in die Nut 33 zwischen den Gabelarmen 29 und 32 einzuformen.

Der Hauptvorteil der im vorangehenden beschriebenen Erfindung besteht in der erheblich verkleinerten Federkonstante und den verminderten Beschleunigungswerten, die bei den Vibrationen des Sägeteils 2 auf den Griffteil 7 übertragen werden. Die Verbesserung der Schwingungsabsorption erfolgt außerdem mit sehr geringem Platzaufwand, und darüberhinaus bleiben die guten Handhabungseigenschaften und die Führungseigenschaften der Säge bei den verschiedenen Schneidvorgängen erhalten.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.; Elastische Dämpfungseinrichtung insbesondere zur Schwingungsisolation zwischen dem Block aus Motor mit Sägekette einerseits und dem Griffteil andererseits bei Handmotorsägen, mit einer federnden Membarn, die eine Mittelöffnung besitzt, durch die drehbar eine Welle hindurchgeführt ist, auf der zu beiden Seiten der Membran je eine Hülse sitzt, während die Membran außen eingefaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (13) aus einem auf der Welle (16) sitzenden Basisring (27) besteht, der sich zwischen den Hülsen (17,18) befindet und an den sich symmetrisch zu der auf der Achse (30) des Basisringes (27) senkrechten Mittelebene durch den Basisring radial auswärts und axial auseinanderstrebende Scheibenränder (29,32) einstückig mit dem Basisring (27) anschließen, so daß die Schnittfläche durch die Membranscheibe in einer Radialebene die Gestalt einer Zweiarmgabel hat.

2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenränder (29,32) durch eine in der Symmetrie-Mittelebene gelegene, außen umlaufende Ringnut (33) getrennt sind und daß die Membranscheibe (11) an ihrem Umfang von einem Hülsenring (15) umschlossen ist, an dem das außen erfassende Befestigungselement (19) angreift.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenring (15) radial einwärts gerichtete Flanschränder (41, 42) trägt, die die Membranschexbenränder (36,37) mit axialem Spiel (C₁,c„) übergreifen.

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4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisring (27) mit radialem Spiel (c-) auf der Welle (16) sitzt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Umfangsnut (33) ein Stoßkräfte in radialer Richtung aufnehmender O-Ring (49) eingelegt ist.

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