DE2836525C2 - Sichel-Rasenmäher - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sichel-Rasenmäher mit einem haubenförmigen Gehäuse mit Grasauswurföffnung, einem auf einer motorgetriebenen Welle befestigten, horizontalen Messerbalken, der mit Luftablenkelementen zur Erzeugung einer nach oben gerichteten Gebläsewirkung versehen ist, und einem oberhalb des Messerbalkens auf der Welle befestigten, mitrotierenden, etwa scheibenförmigen Teil zur Geräuschverminderung, das mindestens auf seiner im Abstand zur oberen Gehäusewand angeordneten Oberseite als reine Rotationsfläche ausgebildet ist.

Ein derartiger Sichel-Rasenmäher ist durch die US-PS 27 96 714 bekannt, bei dem die Messerbalkenausbildung eine radiale Gebläsewirkung erzeugt, um die abgeschnittenen Graspartikelchen zu befördern. Bei einer derartigen radialen Gebläsewirkung trifft die ausströmende Luft jedoch nur den Randbereich des mitrotierenden Teils, wo sie nur unvollkommen vom Gehäuseboden abgeschirmt ist, so daß die durch das mitrotierende scheibenförmige Teil erzielte Lärmreduzierung nur unvollkommen ist

Durch die DE-OS 25 33118 ist ein umlaufend angetriebener Rasenmäher bekannt bei dem die Luftbeschleunigungselemente bzw. Luftablenkelemente des Messerbalkens als Axialgebläsestufe mit vom Umfang in Richtung zur Achse hin zunehmender Förderwirkung ausgebildet sind. Hierdurch kann auch bei niedrigeren Schneidgeschwindigkeiten eine zufriedenstellende Schneidqualität und gute Abfuhr der geschnittenen Graspartikelchen erzielt werden. Die Lärmreduzierung erfolgt hierbei lediglich durch die gegenüber bisher üblichen Rasenmähern wesentlich reduzierte Umlaufgeschwindigkeit

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine noch weitergehende Lärmreduzierung auch bei mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Schneidwerkzeugen zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Luftablenkelemente des Messerbalkens aufgrund ihrer Profilierung als Axialgebläsestufe ausgebildet sind, wobei das Profil verwunden ist und der Anstellwinkel von innen nach außen abnimmt. Bei dieser Ausgestaltung wird somit die geräuschmindernde Wirkung des mitrotierenden scheibenförmigen Teils weiter verbessert, indem durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Messerbalkens dessen gebläsewirksamer Teil an den Punkt verlegt ist, an dem die Abschirmwirkung des scheibenförmigen Teils besonders wirksam ist.

Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Messerbalkens sind den Unteransprüchen 2 bis 7 zu entnehmen.

Der Erfindungsgegenstand wird anschließend beispielsweise anhand der Zeichnung in rein schematischer Darstellung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Meridianschnitt durch den Unterteil eines Sichel-Rasenmähers, mit als Varianten strichpunktiert eingezeichneten Teilen,

Fig.2 einen Ausschnitt aus einem Messerbalken in Aufsicht, in maßstäblicher Ausführung 1:1,

Fig.3 eine Seitenansicht des Ausschnittes gemäß Fig.2,

F i g. 4 den Ausschnitt in perspektivischer Darstellung (nicht maßstäblich),

F i g. 5 und 6 zwei Meridianschnitte des Schneidteiles gemäß den Schnittlinien V-V und VI-VI in Fig. 2, in maßstäblicher Darstellung 1 :1.

Zur Aerodynamik im Zusammenhang mit der Lärmerzeugung rotierender Messer in Sichel-Rasenmähern ist folgendes festzuhalten:

Die Lärmerzeugung ist insbesondere durch Druck-Schwankungen der Luft bedingt. Dieser »aerodynamische« Lärm setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, nämlich aus dem Lärm drehender Luftmassen und dem durch Wirbelbildung erzeugten Lärm. Der Lärmanteil aus dem drehenden Teil ist bedingt durch die bo Impulse, welche vom Dreherzeuger, d.h. von der rotierenden Messeranordnung an die Luft abgegeben werden. Diese Lärmkomponente weist grundsätzlich die gleiche Grundfrequenz auf wie die Drehfrequenz der Messer. Die Wirbelkomponente ist strömungstech nisch bedingt und sehr wahrscheinlich abhängig von den durch örtliche Druckausgleiche, insbesondere durch Druckausgleichswirbel hinter den Messerbalken und an ihren Enden entstehenden Strömungsfeldern. Dabei

handelt es sich um sogenannten Breitbandlärm, d. h. um Lärm mit breitem Frequenzband.

Das grasschneidende Messer in seiner allgemeinsten Ausführung hat drei Funktionen zu erfüllen. Es muß das Gras anheben und es den Schnittkanten dss Messerbaikens in optimaler, d. h. aufgestellter Lage zum Schnitt darbieten. Es muß ferner dieses Gras abschneiden und es nach dem Abschneiden aus dem Bereich der Messeranordnung wegschaffen bzw. auswerfen. Das Heben des Grases und dessen Auswerfen nach dem Schnitt werden durch die strömende Luft vorgenommen, während das Schneiden ein im wesentlichen mechanisches Problem darstellt Es besteht mithin die Aufgabe, da auch die Lärmerzeugung von der Luftströmung abhängt, das Heben und Auswerfen strömungstechnisch so durchzuführen, daß gleichzeitig ein minimaler Lärm entsteht Dazu ist es zweifellos nötig, die durch den rotierenden Teil der Messeranordliung erzeugte Luftbewegung zu untersuchen und festzulegen, durch welche Maßnahme eine entsprechende Druckverteilung der bewegten Luft so erzeugt werden kann, daß sie bei minimalem Lärm das geforderte Anheben des Grases, dessen Schneiden und dessen Auswerfen nach dem Schnitt sicherzustellen vermag.

Diese Erkenntnisse führen in einer Ausführung grundsätzlich zu einem tragflügelähnlichen Profil des dem Schneidteil folgenden Ventilationsteils des Messerbalkens. Dabei wird auf der Unterseite ein statischer Unterdruck und auf der Oberseite dieses Teiles ein statischer Überdruck erzeugt. Durch die dadurch bedingte Strömung entsteht eine das Gras aufrichiende Luftkraft. Nach dem Abschneiden wird dieses von der aus dem Bereich der Messeranordnung abströmenden Luft mitgeführt.

Der in F i g. 1 dargestellte Ausschnitt aus einem Meridianschnitt durch einen Rasenmäher-Unterteil 1 zeigt ein Gehäuse 2 mit Boden und einem Kragen 3. Im Gehäuse 2 ist ferner ein Führungsring 5 strichpunktiert dargestellt. Dieser Führungsring 5 kann als innere Leitkanalbegrenzung dienen, um Luft und Schnittgut entsprechend zu führen. Der Ring 5 ist kein unbedingtes Erfordernis. Es ist ferner eine Drehwelle 6, die von einem Elektro- oder Verbrennungsmotor angetrieben wird (nicht dargestellt), ersichtlich. Eine an deren freiem Ende vorgesehene Befestigungsschraube 7 dient zum axialen Festhalten eines verkeilten Nabenteils 9, an dem ein Messerbalken 10 — es können auch zwei oder mehr derartige Balken sein — mittels eines Klemmringes 11 festgeklemmt wird. Den Abschluß bildet ein Federring bzw. eine Unterlagscheibe 13. Über den Nabenteil 9 ist eine Hülse 15 gestülpt, die mittels Schrauben 16 am Nabenteil 9 befestigt ist. Oben an der Hülse 15 ist eine Planscheibe 17 befestigt, z. B. angeschweißt. Der Messerbalken 10 weist einen Innenraum 19 auf, der außen über eine Kröpfung 20 in einen Schneidteil 22 übergeht, dessen Vorderkante als Messerschneide 21 ausgebildet ist Die Messerschneide 21 ist der tiefstgelegene Bereich des Messerbalkens 10. Sie liegt, wie aus der F i g. 1 ersichtlich, etwas höher als der untere Abschlußrand des Kragens 3. Der hinter dem Schneidteil 22 folgende Teil 23 dient der Erzeugung der gewünschten Luftströmung.

Die Außendurchmesser der Planscheibe 17 und des Messerbalkens 10 können nahezu gleich sein. Sie entsprechen den Durchmessern des Kragens 3. Der Durchlaß zwischen der Peripherie des Messerbalkens 10 und der Innenfläche des Kragens 3 ist normalerweise größer als derjenige 3 zwischen der Peripherie der Planscheibe 17 (bzw. der Schale 53) und dem Kragen 3, wie an späterer Stelle ausgeführt ist

In den F i g. 2 bis 6 ist der aufgrund von Versuchen dimensionierte und beschaffene Messerbalken 25 ersichtlich. Zum Zentrieren und Befestigen auf der Drehwelle 6 ist er mit einer mittigen Bohrung 26 versehen, die sich im sog. Innenarm 27 befindet Eine erste, ins Gehäuseinnere weisende Kröpfung 29 führt zu einer oberen Führungsfläche 31, welche über eine zweite Kröpfung 32, welche nach unten gerichtet ist, in einen Schneid- und Ventilationsteil 34 bzw. 36 übergeht Jener weist eine in der Frontebene 40 liegende Schneidkante 35 auf. Die obere Führungsfläche 31 ist durch eine vordere Oberkante 37 und eine hintere Oberkante 38 begrenzt Die hintere Oberkante 38 ist ungefähr doppelt so lang wie die vordere Kante 37. Der Schneid- und Ventilationsteil 34, 36 ist muldenförmig gestaltet F i g. 4 sowie die beiden Profile nach F i g. 5 und 6 zeigen, daß dieser kombinierte Teil 34, 36 geknickte Profillinien 41 und 42 aufweist. Es ist aber normal, diese Profile 43 und 44 in der Massenfertigung als Linienzüge mit stetigem Tangentenverlauf, d. h. ohne Knicke, z. B. durch Pressen auszuführen. Die Linie durch die Profilendpunkte 45 legt eine hintere Abschlußkante 46 des Vent.ilationsteiles 36 fest Wie aus den maßstäblichen F i g. 2, 3, 5 und 6 einer Testausführung ersichtlich, ist der Abströmbereich des Ventilationsteiles 36 als Dreiecksfläche 48 mit auf der Peripherie des Messerbalkens 25 gelegener Spitze 49 ausgebildet Es ist im vorliegenden Fall ungefähr ein gleichschenkliges Dreieck.

Bei Ausführungen, welche mit einem Gehäuse 2 mit Führungsring 5 ausgerüstet sind, tritt anstelle der Planscheibe 17 ein schalenförmig bzw. tulpenförmig geformtes Gebilde 53, wie dieses in F i g. 1 strichpunktiert dargestellt ist. Es kann flacher oder tiefer ausgebildet sein. Dabei ist diese Ausführung oberflächenmäßig gleich wie die Planscheibe 17 beschaffen, d. h. ohne irgendwelche speziellen luftbewegenden Vorsprünge, Schaufeln o. dgl. Sowohl die Planscheibe 17 als auch die Schale 53 weisen eine normale Bearbeitungsfeinheit der Oberfläche auf, d. h. Oberflächen, wie sie z. B. bei Preßvorgängen entstehen, wie in der Folge noch erläutert wird.

Wie erwähnt, wirkt der rotierende Messerbalken 10 aufgrund seiner Profilierung im äußeren Teil, der gemäß den F i g. 2 bis 6 vorne als Schneidteil 34 und hinten als Ventilationsteil 36 bezeichnet ist, wie die Stufe eines Axialgebläses, welches die Luft in axialer Richtung fördert, wobei nach einer Umlenkung am Boden des Gehäuses 2 die Luft mitsamt dem Schnittgut durch die Öffnung im Kragen ausgeworfen wird. Es liegen insbesondere folgende Phänomene, strömungstechnischer Natur vor, denen die vorliegends Erfindung bzw. die Betrachtungen, Rechnung tragen:

1. Die vom Messerbalken 10 in Umdrehung versetzte Luft, welche axial einströmt und radial-tangential ausströmt, erzeugt am Abschlußboden des Gehäuses 2 eine Grenzschicht mit hohem Geschwindigkeitsgradienten. Daher entstehen in diesem Bereich relativ hohe Druckunterschiede, was zu sekundären Wirbelbildungen und mithin zu Lärmerzeugung führt. Es stellt dies ferner, bedingt durch die entstehenden Reibungsverluste, eine Wirkungsgradeinbuße dar, die sich in der geringeren Auswurfgeschwindigkeit äußern dürfte. Durch die grundsätzliche Maßnahme, mit Hilfe eines mitrotierenden scheiben- oder schalenförmigen, über

dem Messerbalken angeordneten Gebildes, welches minimale Luftbewegung fördernde Teile aufweist (Oberflächenrauhigkeit anstatt Schaufeln, Aufbiegungen u.dgl.), konnten lärmfördernde Grenzschichten verhütet werden. Die Oberseite des Gebildes soll 5 möglichst glatt, z. B. poliert sein, um eine minimale Ventilatorwirkung zu erzeugen und damit den Raum zwischen der Scheibe bzw. dem sehalenförmigen Gebilde und dem Boden des Gehäuses 2 bezüglich Radialgeschwindigkeit tunlichst ungestört zu lassen, to Aufgrund der durchgeführten Versuche nimmt der Lärm durch derartige Maßnahmen ab, ohne daß die Auswurfgeschwindigkeit den kritischen Minimalwert unterschreitet.

!n dissem Zusammenhang ist es ferner wichtig, daß der Abstand zwischen den Flachen des Gebildes und des Gehäusebodens groß genug ist, um den Geschwindigkeitsgradienten in den Grenzschichten klein zu halten. Dieser Abstand soll ein Mehrfaches der Ringspaltbreite des Gebilde-Gehäuses sein, z. B. mindestens das Doppelte, vorzugsweise mindestens das Dreifache.

2. Als weiterer Lärmerzeuger hat sich die Umströmung der freien Kante, d. h. der Peripheriebereich des Messerbalkens 10 bzw. 25 erwiesen. Bedingt durch die Profilform des Schneid- und Ventilationsteiles 34, 36 entsteht auf deren Oberseite eine Zone erhöhten statischen Druckes und auf der Unterseite entsprechend eine Zone niedrigeren statischen Druckes. Je größer diese Druckdifferenz im erwähnten Peripheriebereich ist, um so stärker ist die Ausgleichsströmung und um so größer ist die durch diesen Ausgleich erzeugte Wirbelbewegung und somit die Lärmerzeugung. Es ist ein weiteres Anliegen zur Lärmverminderunf!, die Druckdifferenz (Überdruck — Unterdruck) im drehwellennahen Bereich wesentlich größer zu halten als im Peripheriebereich. Da die Innengeschwindigkeit entsprechend dem kleineren Drehradius kleiner ist als die Geschwindigkeit an den Messerbalkenenden, muß zur Erzeugung einer größeren Druckdifferenz (Auftrieb) das Profil innen einen größeren Anstellwinkel aufweisen als außen. Das Profi! muß dort eine größere Schränkung haben, wie dies anhand der F i g. 5 und 6 ersichtlich ist

3. Als wesentlich hat sich ebenfalls die Breite des Ringspaltes zwischen dem Innenmantel des Kragens 3 und der Peripherie des Messerbalkens 10 erwiesen, «s Maßgebend dafür ist das Verhältnis der beiden Durchmesser, während der absoluten Spaltbreite, sofern diese eine gewisse Minimalgröße aufweist, sekundäre Bedeutung zukommt (Durchmesserverhältnis z. B. 21.6 : 21, d. h. Spaltringbreite 6 mm. Dieser Wert kann auch noch größer sein, z. B. 10 mm).

4. Der Ringspalt zwischen der Innenmantelfläche des Kragens 3 und der Peripherie der Scheibe bzw. des sehalenförmigen Gebildes muß, aerodynamisch beurteilt, möglichst gering sein. Aus fabrikatorischen Gründen, wegen auftretender Schwingungen und wegen der Möglichkeit des Auftretens von Schallgeschwindigkeit im Ringspalt muß dieser aber eine gewisse minimale Breite haben.

Während die Umlenkungen bei den äußersten Profilen des Messerbalkens in der Größenordnung von 8 bis 15°, vorzugsweise um 10^c liegen, steigen diese nach innen auf circa 20 bis 25°, vorzugsweise ca. 23° an.

Zusammenfassung

Messeranordnung in motorisch angetriebenem Sichel-Rasenmäher

Der Mäher ist mit einer Grasauswurföffnung mit Gehäuse (2) versehen. Über der mit mindestens einem mit Luftbeschleunigungselementen versehenen Messerbalken (10) ist ein scheiben- oder schalenförmiges Gebilde (17, 53) auf der Drehwelle (6) angeordnet. Dieses Gebilde (17, S3) ist zumindest auf seiner oberen, dem Gehäuseboden zugekehrten Seite als reine Rotationsfläche ausgebildet. Der Messerbalken weist einen kombinierten Schneid-Ventilationsteil (22) auf, der infolge seiner Profilierung als Axialgebläsestufe wirkt. Das Profil ist verwunden. Der Anstellwinkel nimmt von innen nach au lien ab, vorzugsweise von 20—25° auf8 —15° am Umfang. Er weist einen stetigen Tangentenverlauf auf. Der Messerbalken (10) ist radial von innen nach außen aus der Horizontalen durch eine Abkröpfung (20) in eine tiefere, horizontale Lage übergeführt, von welch letzterer mindestens ein Teil eine Schneidekante (21) aufweist Der Durchgang zwischen dem Messerbalken (10) und Gehäuse (2) ist kleiner, vorzugsweise wesentlich kleiner als derjenige zwischen dem Gebilde (17, S3) und dem Gehäuse (2). Die reine Rotationsfläche des Gebildes (17,53) ist glatt, z. B. poliert

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Sichel-Rasenmäher mit einem haubenförmigen Gehäuse mit Grasauswurföffnung, einem auf einer motorgetriebenen Welle befestigten, horizontalen Messerbalken, der mit Luftablenkelementen zur Erzeugung einer nach oben gerichteten Gebläsewirkung versehen ist, und einem oberhalb des Messerbalkens auf der Welle befestigten, mitrotierenden, etwa scheibenförmigen Teil zur Geräusch-Verminderung, das mindestens auf seiner im Abstand zur oberen Gehäusewand angeordneten Oberseite als reine Rotationsfläche ausgebildet ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Luftablenkelemente (36) des Messerbalkens (25) aufgrund ihrer Profilierung als Axialgebläsestufe ausgebildet sind, wobei das Profil verwunden ist und der Anstellwinkel von innen nach außen abnimmt

2. Sichel-Rasenmäher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel von innen nach außen von 20° bis 25° auf 8° bis 15° am Umfang abnimmt

3. Sichel-Rasenmäher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile einen stetigen Tangentenverlauf aufweisen.

4. Sichel-Rasenmäher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Messerbalken (25) radial von innen nach außen aus der horizontalen durch mindestens eine Abkröpfung (29) in eine tiefere, horizontale Lage übergeführt ist, von welch letzterer mindestens ein Teil eine Schneidekante aufweist.

5. Sichel-Rasenmäher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abkröpfung (29) die Oberkante des Messerbalkens (25) anhebt und eine weitere Abkröpfung (32) den Balken unter die radial innerste Balkenhorizontalfläche absenkt.

6. Sichel-Rasenmäher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Drehrichtung vordere Oberkante (37) des Messerbalkens (25), welche der ersten Abkröpfung (29) folgt, kürzer, z. B. ungefähr halb so lang als bzw. wie die hintere Oberkante (38) ist.

7. Sichel-Rasenmäher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang zwischen dem Messerbalken (25) und dem Gehäuse (2) kleiner als derjenige zwischen dem scheibenförmigen Teil (17) und dem Gehäuse (2) ist.