AT501140B1 - Handgeführtes arbeitsgerät - Google Patents

Description

2 AT 501 140 B1

Die Erfindung betrifft ein handgeführtes Arbeitsgerät, insbesondere Motorsense, mit einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, in welchem ein hin- und hergehender Kolben angeordnet ist, wobei Kurbelgehäuse, Zylinderblock und Zylinderkopf der Brennkraftmaschine als einteiliges Motorgehäuse, vorzugsweise als Druckgussteil, ausgeführt sind. 5

Handgeführte Arbeitsgeräte, wie Motorsensen oder dergleichen für den Heim- und Gartenbedarf sollen möglichst kompakt, leicht handhabbar und kostengünstig herstellbar sein. Teure Profigeräte sind zumeist für intensiven Arbeitseinsatz konzipiert und aus Kostengründen für eine hobbymäßige Verwendung nicht interessant. 10

Die DE 41 34 640 C1 offenbart eine Motorkettensäge mit einem Gehäuse und einem im Gehäuse festgelegten Antriebsmotor für ein Kettenritzel, das eine auf einer Führungsschiene umlaufende Sägekette antreibt. Kurbelgehäuse, Zylinderblock und Zylinderkopf sind als einteiliges Motorgehäuse ausgeführt. 15

Aus der JP 11-324633 A ist ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinder bekannt, in welchem ein hin- und hergehender Kolben angeordnet ist. Auch hier ist das Kurbelgehäuse, der Zylinderblock und der Zylinderkopf als einteiliges Motorgehäuse ausgeführt. Eine weitere Brennkraftmaschine dieser Art ist aus der US 6,250,273 B1 bekannt. 20 Dabei werden Ein- und Auslassventile durch einen einzigen Nocken betätigt. Weiters offenbart diese Veröffentlichung ein mit der Kurbelwelle verbundenes Ölmischelement, welches bei der Umdrehung der Kurbelwelle in das Schmieröl eintaucht. Auch aus der GB 568 481 A ist ein mit einer Kurbel verbundener Fortsatz bekannt, welcher bei Drehung der Kurbelwelle in das Schmieröl eintaucht. 25

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges, handgeführtes Arbeitsgerät zu entwickeln, welches kompakt, einfach zu handhaben und kostengünstig herzustellen ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Oberfläche des Motorgehäuses zur 30 Kühlluftführung Leitrippen aufweist, welche so geformt sind, dass die Kühlluft vom Gebläserad zum Zylinderkopf, quer über die Zylinderkopfoberfläche über die Bereiche des Zündkerzenschachtes und der Ventilführungen geführt werden.

Dadurch, dass Kurbelgehäuse, Zylinderblock und Zylinderkopf als Monoblock ausgeführt sind, 35 wird eine erhebliche Vereinfachung bei der Fertigung und Montage erreicht. Insbesondere können Abdichtfläche zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock entfallen. Durch die Herstellung als Druckgussteil kann das Motorgehäuse besonders kostengünstig in hohen Stückzahlen erzeugt werden. 40 Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Zylinder und/oder der Brennraumboden als vorzugsweise aus Gusseisen bestehender Eingussteil in das Motorgehäuse ausgeführt ist. Durch den Eingussteil wird einerseits der Wärmeeintrag in das Motorgehäuse vermindert. Andererseits wirkt sich der Eingussteil vorteilhaft auf die Festigkeit des Motorgehäuses aus. 45 Um das Gewicht des Arbeitsgerätes möglichst gering zu halten, ist die Brennkraftmaschine bevorzugt nur mit einem einzigen Zylinder ausgeführt. Dabei ist in einer besonders einfachen Ausführungsvariante vorgesehen, dass der Zylinder ein Einlassventil und ein Auslassventil aufweist, wobei die Achsen des Einlass- und des Auslassventils parallel zueinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise Einlass- und Auslassventil durch einen einzigen Nocken einer oben-50 liegenden Nockenwelle angetrieben sind. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine zumindest zwei Einlassventile und/oder zwei Auslassventile pro Zylinder aufweist, wobei gleichnamige Ventile über einen Gabelkipphebel betätigbar sind.

Die Einlass- und Auslassventile werden bevorzugt über fachwerkartig gestaltete Kipphebel 55 betätigt, welche besonders vorteilhaft als Sinterteile oder Feingussteile hergestellt sind. 3 AT 501 140 B1

Dadurch kann das Gewicht und die Festigkeit der Ventilhebel optimiert werden.

Ebenfalls aus Gewichtsgründen kann vorgesehen sein, dass die Nockenwelle als Kunststoff-Spritzgussteil ausgeführt ist. Die Nockenwelle kann hohl ausgeführt sein. Dadurch ist es mög-5 lieh, einen Entlüftungskanal innerhalb der Nockenwelle anzuordnen.

Die Nockenwelle wird besonders vorteilhaft über zwei oder drei groß dimensionierte Zahnräder aus Kunststoff durch die Kurbelwelle angetrieben. Dadurch treten relativ geringe Zahnkräfte auf, wobei das Gewicht der Zahnräder möglichst gering gehalten werden kann. 10

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine eine gebaute Kurbelwelle aufweist. Um eine einfache Schmierung des Pleuellagers zu erreichen, kann im Bereich der Kurbel der Kurbelwelle einen im Wesentlichen löffelartigen Fortsatz aufweist, welcher in zumindest einer Betriebslage des Arbeitsgerätes in das Schmieröl eintaucht, wobei vorzugswei-15 se der Fortsatz Teil der Pleuelstange ist. Die Kurbelwelle ist bevorzugt wälzgelagert. Zur Erzeugung eines Schmierölnebels im Kurbelraum kann weiters vorgesehen sein, dass mit der Kurbelwelle drehfest ein Ölmischrotor verbunden ist, welcher in zumindest einer Betriebslage des Arbeitsgerätes in das Schmieröl eintaucht. 20 Das Motorgehäuse ist im Bereich der Kurbelwelle, vorzugsweise in einer Normalebene auf die Zylinderachse geteilt, wodurch eine einfache Montage ermöglicht wird.

Die Brennkraftmaschine des Arbeitsgerätes ist bevorzugt luftgekühlt, wobei ein durch die Kurbelwelle angetriebenes Gebläserad drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Das Gebläserad 25 kann dabei zugleich den Mitnehmer für den Seilzugstarter bilden, wodurch eine sehr kompakte Konstruktion ermöglicht wird.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Motorgehäuses zur Kühlluftführung Leitrippen aufweist, welche so geformt sind, dass die Kühlluft vom Gebläse-30 rad zum Zylinderkopf, quer über die Zylinderkopfoberfläche über die Bereiche des Zündkerzenschachtes und die Ventilführungen geführt werden. Die Kühlluft strömt somit vom Gebläserad in Richtung der Zylinderachse an der Motorgehäuseaußenwand entlang bis in den Bereich des Zylinderkopfes, wird hier durch Kühlrippen in Richtung quer zur Zylinderachse abgelenkt und strömt über Zündkerzenschacht und Ventilführungen auf die gegenüberliegende Motorseite. 35

Im Rahmen der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass das Motorgehäuse im Bereich des Zylinderkopfes durch einen Nockenwellendeckel abgeschlossen ist, welcher vorzugsweise mit einem Spannelement lösbar befestigt ist. Dies ermöglicht eine rasche Montage und Demontage des Nockenwellendeckels am Motorgehäuse. 40

Um den Zylinderkopf des Motorgehäuses möglichst kompakt zu gestalten, weist eine in den Zylinderkopf eingeschraubte Zündkerze einen Kronenschraubkopf auf, wodurch das Verschrauben der Zündkerze auch bei geringstem Bauraum möglich ist. 45 Um Bauraum zu sparen, ist in einem Bodenbereich des Arbeitsgerätes anschließend an die Ölwanne der Kraftstofftank angeordnet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. so Es zeigen Fig. 1 das erfindungsgemäße handgeführte Arbeitsgerät in einem Längsschnitt in einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2 eine Brennkraftmaschine des erfindungsgemäßen handgeführten Arbeitsgerätes im Längsschnitt in einer zweiten Ausführungsvariante, Fig. 3 diese Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie lll-lll in Fig. 2, Fig. 4 die Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 einen Draufsicht auf die 55 Brennkraftmaschine bei abgehobenem Ventildeckel in einer Zwei-Ventil-Ausführungsvariante, 4 AT 501 140 B1

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine bei abgehobenem Ventildeckel in einer Drei-Ventil-Ausführungsvariante, Fig. 7 den Ventiltrieb in einem Schnitt gemäß der Linie Vll-Vll in Fig. 6, Fig. 8, 9,10 und 11 die Brennkraftmaschine in verschiedenen Betriebslagen. 5 Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. 1 dargestellte handgeführte Arbeitsgerät 2 weist eine Brennkraftmaschine 4 mit einem Kurbelgehäuse 6, einem Zylinderblock 8 und einem Zylinderkopf 10 auf, wobei Kurbelgehäuse 6, Zylinderblock 8 und Zylinderkopf 10 als einteiliges Motorgehäuse 12 ausgeführt io sind. Diese Monoblock-Bauweise hat den Vorteil, dass Dichtungen und Schraubverbindungen eingespart werden können, wodurch Teile, Gewicht, sowie Fertigungs- und Montageaufwand vermindert werden können. Das Motorgehäuse 12 ist als Druckgussteil ausgeführt, was den Fertigungsaufwand weiter reduziert. Zur Erhöhung der Festigkeit und zur Verringerung des Wärmeeintrages in das Motorgehäuse 12 wird der Zylinder 14 für einen hin- und hergehenden 15 Kolben 16 durch einen Eingussteil 18 aus Gusseisen gebildet. Der Eingussteil 18 bildet somit sowohl die Zylinderlauffläche für den Kolben 16 als auch den im Wesentlichen normal zur Zylinderachse 22 ausgebildeten Brennraumboden 20 aus. Der Brennraumboden 20 weist Öffnungen für zwei oder drei Gaswechselventile, nämlich ein Einlassventil 24 und ein Auslassventil 26, auf. Die Figuren 1 bis 5 zeigen entsprechende Ausführungen mit jeweils einem Einlassventil 24 und 20 einem Auslassventil 26. Um den Fertigungsaufwand möglichst gering zu halten, sind die Ventilachsen 25, 27 der Einlass- und Auslassventile 24, 26 parallel zueinander, insbesondere parallel zur Zylinderachse 22, angeordnet. In den Figuren 1 bis 5 wird das Einlassventil 24 durch einen Einlasskipphebel 28 und das Auslassventil 26 durch einen Auslasskipphebel 30 betätigt. Bei den in den Figuren 1, 6 und 7 dargestellten Drei-Ventilvarianten ist zur Betätigung der Einlass-25 ventile 24 ein Gabelkipphebel 29 vorgesehen. In allen Ausführungen werden die Einlass- und Auslasskipphebel 28, 29, 30 durch einen einzigen Nocken 32 einer Nockenwelle 34 betätigt. Die Nockenwelle 32 weist einen zentralen Kanal 35 zur Schmierölversorgung bzw. zur Entlüftung des Ventilraumes und/oder Kurbelraumes auf und wird über zwei oder drei Zahnräder 36, 38, 40 durch die Kurbelwelle 42 angetrieben. Die Zahnräder 36, 38, 40 bestehen - wie die No-30 ckenwelle 34 - bevorzugt aus Kunststoff, um Gewicht einzusparen. Zur Verringerung der auf die Zahnräder 36, 38 40 wirkenden Zahnkräfte werden diese mit möglichst großem Radius ausgeführt.

Die fachwerkartig gestalteten Kipphebel 28, 29, 30 werden in Sinter- oder Feingussvorgängen 35 hergestellt.

Fig. 1 zeigt eine Ausführung mit drei Zahnrädern 36, 38, 40 zum Antrieb der Nockenwelle 34, die Fig. 2 bis 11 zeigen Ausführungsvarianten mit zwei Zahnrädern 36, 38. Die Ausführungsvariante mit drei Zahnrädern 36, 38, 40 hat den Vorteil, dass die Nockenwelle 34 relativ hoch im 40 Bereich des Zylinderkopfes 10 angeordnet werden kann und dass die Kipphebel 28, 29, 30 kleiner und somit leichter ausgeführt werden können.

Die Kurbelwelle 42 ist bevorzugt als gebaute Kurbelwelle ausgeführt, wobei zur Lagerung der Kurbelwelle und als Pleuellager Wälzlager 44, 45,46 vorgesehen sind. 45

Zur Schmierung des Pleuellagers 45 weist die Pleuelstange 47 im Bereich der Kurbel 43 der Kurbelwelle 42 einen löffelartigen Fortsatz 48 auf, welcher bei Umdrehung der Kurbelwelle 42 in das in der Ölwanne 50 enthaltene Schmieröl eintaucht und somit verspritzt. Weiters ist zur Bildung eines Ölnebels im Kurbelraum ein Ölmischrotor 49 drehfest mit der Kurbelwelle 42 so verbunden, welcher eine Zerstäubung des Schmieröles verursacht.

Die Brennkraftmaschine 4 ist in einfacher Weise luftgekühlt ausgeführt, wobei ein Gebläserad 52 drehfest mit der Kurbelwelle 42 verbunden ist. Das Gebläserad 52 bildet zugleich den Mitnehmer für einen Seilzugstarter 53 aus. 55

Claims (24)

1. 5 AT 501 140 B1 Um eine gute Kühlung von thermisch kritischen Bereichen des Motorgehäuses 12 zu erreichen, sind im Bereich des Zylinderblockes 8 und des Zylinderkopfes 10 Strömungsleitrippen 54, 56 angeordnet, welche die Kühlluft vom Gebläserad 52 seitlich über den Zylinderblock 8 in Richtung der Zylinderachse 22 führen und im Bereich des Zylinderkopfes 10 quer zur Zylinderachse 5 22 über den Zündkerzenschacht 78 und die Ventilführungen 60, 62 zur bezüglich des Gebläse rades 52 gegenüberliegenden Motorseite leiten. Dabei weist eine das Motorgehäuse 12 abdeckende Abdeckhaube 64 an der dem Gebläserad 52 in Bezug auf eine, die Zylinderachse 22 beinhaltende Normalebene 23 auf die Kurbelwelle 42, gegenüberliegende Seite Austrittsöffnungen 66 für die Kühlluft, vorzugsweise im Bereich der Nockenwelle 34, auf. Der Weg der Kühlluft io ist mit den Pfeilen P in Fig. 1 angedeutet. Das Kurbelgehäuse 6 ist im Bereich der Kurbelwelle 42, insbesondere in einer die Kurbelwelle 42 beinhaltenden Normalebene 68 auf die Zylinderachse 22, geteilt ausgeführt, um eine einfache Montage zu ermöglichen, wie am besten aus Fig. 3 und 4 hervorgeht. 15 Das Motorgehäuse 12 wird nach oben durch einen Nockenwellendeckel 70 verschlossen, welcher über ein durch eine Spange gebildetes Spannelement 72 lösbar befestigt ist. Dies ermöglicht eine einfache Montage und Demontage des Nockenwellengehäuses 70. 20 Die Zündkerze 58 ist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante mit einem Kronenschraubkopf 59 versehen, um Bauraum für angreifendes Werkzeug einzusparen. Mit Bezugszeichen 74 ist ein unterhalb des Motorgehäuses 12 angebauter Kraftstofftank bezeichnet. 25 Wie die Fig. 8 bis 11 zeigen, weist die Brennkraftmaschine 4 ein lageunabhängiges Schmierkonzept auf, so dass eine ausreichende Schmierung aller Lagerstellen sowohl bei waagrechter Betriebslage (Fig. 8), bei Betriebslagen mit senkrechter Kurbelwelle 42 (Fig. 9 und 10), als auch bei Betriebslagen, bei denen die Kurbelwelle 42 über der Nockenwelle 34 liegt, gewährleistet 30 ist. Mit Bezugszeichen 76 ist der Schmierölpegel in den jeweiligen Betriebslagen angedeutet. Patentansprüche: 1. Handgeführtes Arbeitsgerät (2), insbesondere Motorsense, mit einer Brennkraftmaschine (4) mit zumindest einem Zylinder (14), in welchem ein hin- und hergehender Kolben (16) angeordnet ist, wobei Kurbelgehäuse (6), Zylinderblock (8) und Zylinderkopf (10) der Brennkraftmaschine (4) als einteiliges Motorgehäuse (12), vorzugsweise als Druckgussteil, ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Motorgehäuses (12) 40 zur Kühlluftführung Leitrippen (54, 56) aufWeist, welche so geformt sind, dass die Kühlluft vom Gebläserad (52) zum Zylinderkopf (10), quer über die Zylinderkopfoberfläche über die Bereiche des Zündkerzenschachtes (78) und der Ventilführungen (60,62) geführt werden.
2. 2. Arbeitsgerät (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (14) 45 und/oder der Brennraumboden (20) als vorzugsweise aus Gusseisen bestehender Ein gussteil (18) in das Motorgehäuse (12) ausgeführt ist.
3. 3. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Zylinder (14) vorgesehen ist. 50
4. 4. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (14) ein Einlassventil (24) und ein Auslassventil (26) aufweist, wobei vorzugsweise die Ein- und Auslassventile (24, 26) über Ventilhebel, vorzugsweise über Kipphebel (28, 30), betätigbar sind. 55 6 AT 501 140 B1
5. 5. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (4) zumindest zwei Einlassventile (24) und/oder zwei Auslassventile (26) pro Zylinder (14) aufweist, wobei vorzugsweise gleichnamige Ventile über einen Gabelkipphebel (29) betätigbar sind. 5
6. 6. Arbeitsgerät (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (25, 27) des Einlass- und des Auslassventils (24, 26) parallel zueinander angeordnet sind.
7. 7. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die io Kipphebel (28, 29, 30) fachwerkartig gestaltet sind.
8. 8. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kipphebel (28, 29, 30) durch einen Sintervorgang hergestellt sind.
9. 9. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kipphebel (28, 29, 30) aus Feinguss bestehen.
10. 10. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Einlass-und Auslassventil (24, 26) durch einen einzigen Nocken (32) einer obenliegenden No- 20 ckenwelle (34) angetrieben sind.
11. 11. Arbeitsgerät (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (34) als Kunststoff-Spritzgussteil ausgeführt ist.
12. 12. Arbeitsgerät (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwel le (34) hohl ausgeführt ist und einen vorzugsweise zentralen Kanal (35) aufweist.
13. 13. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (34) über zumindest zwei, vorzugsweise drei Zahnräder (36, 38, 40) durch die 30 Kurbelwelle (42) angetrieben ist, wobei vorzugsweise zumindest ein Zahnrad (36, 38, 40) aus Kunststoff besteht.
14. 14. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (4) eine gebaute Kurbelwelle (42) aufweist. 35
15. 15. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Kurbel (43) der Kurbelwelle (42) ein im Wesentlichen löffelartiger Fortsatz (48) vorgesehen ist, welcher in zumindest einer Betriebslage des Arbeitsgerätes (2) in das Schmieröl eintaucht. 40
16. 16. Arbeitsgerät (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (48) Teil der Pleuelstange (47) ist.
17. 17. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit der 45 Kurbelwelle (42) drehfest ein Ölmischrotor (49) verbunden ist, welcher in zumindest einer Betriebslage des Arbeitsgerätes (2) in das Schmieröl eintaucht.
18. 18. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (42) mittels Wälzlager (44,46) drehbar gelagert ist. 50
19. 19. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (12) im Bereich der Kurbelwelle (42), vorzugsweise in einer Normalebene (68) auf die Zylinderachse (22), geteilt ist.
20. 20. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mit der 7 AT 501 140 B1 Kurbelwelle (42) ein Gebläserad (52) drehfest verbunden ist, wobei vorzugsweise das Gebläserad (52) gleichzeitig den Mitnehmer für einen Seilzugstarter (53) bildet.
21. 21. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Brennkraftmaschine (4) 5 zumindest teilweise von einer Abdeckhaube (64) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckhaube (64), vorzugsweise im Bereich der Nockenwelle (34), Kühlluftaustrittsöffnungen (66) aufweist, wobei die Kühlluftaustrittsöffnungen (66) - bezüglich einer die Zylinderachse (22) beinhaltenden Normalebene (33) auf die Kurbelwelle (42) - auf der dem Gebläserad (52) gegenüberliegenden Seite angeordnet sind. 10
22. 22. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (12) im Bereich des Zylinderkopfes (10) durch einen Nockenwellendeckel (70) abgeschlossen ist, welcher vorzugsweise mit einem Spannelement (72) lösbar befestigt ist. 15
23. 23. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in das Motorgehäuse (12) im Bereich des Zylinderkopfes (10) zumindest eine einen Kronschraub-kopf (59) aufweisende Zündkerze (58) eingeschraubt ist.
24. 24. Arbeitsgerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass an eine mit dem Motorgehäuse (12) verbundene Ölwanne (50) am Kraftstofftank (74) in einem Bodenbereich des Arbeitsgerätes (2) angeordnet ist. 25 Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 30 35 40 45 50 55