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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für einen Verbrennungsmotor in einem tragbaren, handgeführten Arbeitsgerät, insbesondere einer Motorkettensäge.
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Kleinbauende Viertaktmotoren sind im Einsatz bei tragbaren, handgeführten Arbeitsgeräten wie Motorkettensägen, Freischneidern, Blasgeräten, Trennschleifern oder dergleichen bekannt. Aufgrund ihrer Bauform mit einem Ventiltrieb bauen sie in Zylinderlängsachse größer als schlitzgesteuerte Zweitaktmotoren.
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Aus der
US 5,975,042 ist ein Ventiltrieb für einen Verbrennungsmotor bekannt, der zum Einsatz in einem tragbaren Arbeitsgerät wie beispielsweise einer Kettensäge geeignet ist. Dieser Verbrennungsmotor weist an einem Zylinderkopf gelagerte Kipphebel einer Ventilsteuerung auf, wobei der Kipphebel um eine quer zum Kipphebel liegende Schwenkachse bewegbar ist. Ferner ist eine an einem Ende des Kipphebels angreifende Steuereinrichtung zur Betätigung des Gaswechselventils vorgesehen, auf dessen Ventilschaft das andere Ende des Kipphebels wirkt. Der Kipphebel ist zwischen seinen Enden schwenkbar am Zylinderkopf gehalten.
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Die
US 5,029,393 beschreibt eine Motorkettensäge mit einem Zweitaktantriebsmotor, der in einem Gerätegehäuse angeordnet ist. Das Gerätegehäuse ist mit einem hinteren Handgriff und mit einem das Gerätegehäuse übergreifenden vorderen Handgriff versehen.
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Tragbare, handgeführte Arbeitsgeräte wie Motorkettensägen weisen ein Gerätegehäuse auf, welches einen in Gehäuselängsrichtung hinteren Handgriff sowie einen vorderen oberen Handgriff aufweist, der meist als Griffrohr ausgebildet ist. Das Griffrohr erstreckt sich aus dem Bereich des hinteren Handgriffs von einer Gehäuselängsseite des Arbeitsgerätes über dessen Oberseite schräg nach vorne zu einem vorderen Befestigungspunkt, welcher auf der anderen Gehäuselängsseite vorgesehen ist. Um das Griffrohr mit einer Hand greifen zu können, muß es einen entsprechenden Höhenabstand zum Gerätegehäuse bzw. dem darin gehaltenen Verbrennungsmotor aufweisen. Dabei liegt das Griffrohr dem Zylinderkopf eng benachbart, so daß aufgrund des notwendigen Freiraums zum Griffrohr ein großbauender Zylinder einen entsprechend höheren Verlauf des Griffrohres bedingt. Dadurch ergibt sich jedoch ein größerer Abstand des Griffrohres zum Schwerpunkt des tragbaren Arbeitsgerätes, was die Handhabbarkeit des Arbeitsgerätes beeinträchtigen kann. Bei dem Einsatz eines ventilgesteuerten Verbrennungsmotors muß aufgrund des im Zylinderkopf angeordneten Ventiltriebes der erhöhte Abstand des Griffrohres zum Schwerpunkt hingenommen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb für einen ventilgesteuerten Verbrennungsmotor derart auszubilden, daß bei einem Einsatz in einem tragbaren Arbeitsgerät ein das Gehäuse querendes Griffrohr nahe dem Geräteschwerpunkt geführt werden kann.
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Die Aufgabe wird nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Ausrichtung der Lage des dem Griffrohr unmittelbar benachbarten Kipphebels entsprechend der Querlage des Griffrohres selbst ermöglicht eine enge Führung des Griffrohres nahe dem Zylinderkopf, ohne daß dabei der zum Umgreifen des Griffrohres notwendige Freiraum zwischen dem Griffrohr und dem Gerätegehäuse störend eingeengt wird. Somit kann auch bei einem Einsatz eines ventilgesteuerten Verbrennungsmotors, insbesondere eines Viertaktmotors, in einer Motorkettensäge der Abstand des vorderen Griffrohres zum Geräteschwerpunkt gering gehalten werden. Gerade bei dem bauartbedingten höheren Gewicht eines Viertaktmotors ist die Lage des Griffrohres nahe dem Geräteschwerpunkt vorteilhaft für ein ermüdungsfreies Arbeiten.
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Die Einbaulage des Verbrennungsmotors in der Motorkettensäge wird zweckmäßig so gewählt, daß der etwa parallel zum Griffrohrabschnitt liegende Kipphebel das Auslaßventil des Verbrennungsmotors steuert. Das Griffrohr selbst verläuft oberhalb des Auslaßkanals des Verbrennungsmotors und – in Draufsicht – vorzugsweise über dem Einlaß in den Abgasschalldämpfer.
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Der zweite, das Einlaßventil steuernde Kipphebel liegt in Richtung der Längsachse des ersten Kipphebels um einen Abstand versetzt, der etwa der axialen Breite eines Steuernockens der Ventilsteuereinrichtung entspricht. Dadurch kann der Ventiltrieb in Längsrichtung des Arbeitsgerätes schmal gestaltet werden; die das Einlaßventil und das Auslaßventil steuernden Kipphebel liegen eng beieinander.
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Vorteilhaft ist ferner vorgesehen, daß die Kipphebel unter einem Winkel zueinander liegen und die von den Stößelstangen der Steuereinrichtung betätigten Enden der Kipphebel dem Scheitelpunkt des Winkels zugewandt sind. Dadurch wird erreicht, daß auch die Stößelstangen eng benachbart zueinander liegen, so daß die Stößelstangen selbst in einem gemeinsamen Schutzrohr angeordnet sein können, welches aufgrund der engen Lage der Stößelstangen nebeneinander klein gebaut sein kann.
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Um die Störung der Kühlung des luftgekühlten Zylinders durch das Schutzrohr zu minimieren, ist dieses zumindest in Anströmrichtung der Kühlluft mit einem den Strömungswiderstand reduzierenden Strömungsquerschnitt ausgebildet. Bevorzugt weist das Schutzrohr eine äußere, im Querschnitt tropfenförmige Gestalt auf.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Viertaktmotors mit über Stößelstangen betätigen Gaswechselventilen,
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2 eine Schnittdarstellung durch ein tragbares, handgeführtes Arbeitsgerät, nämlich eine Motorkettensäge mit einem Verbrennungsmotor gemäß 1,
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3 eine Draufsicht auf das tragbare, handgeführte Arbeitsgerät nach 2 mit offenem Ventilgehäuse,
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4 eine vergrößerte Darstellung des Ventilgehäuses nach 3,
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5 eine schematische Darstellung des Zylinders und eines mit Abstand zum Zylinder in Zylinderhochrichtung verlaufenden Schutzrohres für Stößelstangen,
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6 eine schematische Ansicht eines Viertaktmotors anderer Ausführungsform mit von einem gemeinsamen Steuernocken betätigten Stößelstangen.
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Der in 1 schematisch dargestellte Verbrennungsmotor 1 besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 2, in dessen Zylinderkopf 3 nicht näher dargestellte Gaswechselventile 4 vorgesehen sind. In 1 sind die Ventilfedern 5 zu erkennen, die die Ventilschäfte 6 umgeben. Jede Ventilfeder 5 stützt sich einerseits am Zylinderkopf 3 und andererseits an einem Ventilteller 7 ab, der axial unverschieblich am Ventilschaft befestigt ist.
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Jeder Ventilschaft 6 der Gaswechselventile 4 wird über eine Steuereinrichtung 8 betätigt, die über eine Stößelstange 12 an dem einen Ende 9 eines am Zylinderkopf 3 gelagerten Kipphebels 10 angreift. An dem anderen Ende 11 (4) des Kipphebels 10 liegt das Ende des Ventilschaftes 6 eines Gaswechselventils 4 an.
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Die Steuereinrichtung 8 weist im wesentlichen jeweils eine einem Kipphebel 10 zugeordnete Stößelstange 12 auf, die mit einem Ende an jeweils einem Schlepphebel 13 gehalten und mit dem anderen Ende in einer Vertiefung 14 im Ende 9 des Kipphebels 10 lagefixiert ist.
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Der Schlepphebel 13 liegt auf der Nockenbahn eines Steuernockens 15 auf und betätigt entsprechend der Nockengestalt den Schlepphebel 13 in Pfeilrichtung 16. Dabei wird die Stößelstange 12 in gleicher Richtung axial verschoben, wodurch der Kipphebel 10 um seine quer zu seiner Längsrichtung liegende Schwenkachse 17 verschwenkt wird. Hierzu ist der Kipphebel 10 mit einem Lagerbolzen 18 am Zylinderkopf 3 gehalten.
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Die Lagerung ist aus einer am Kipphebel 10 vorgesehenen Lagerkalotte 19 (2) gebildet, die mit einem entsprechend halbkugelartig ausgeformten Lagerabschnitt 20 des Lagerbolzens 18 zusammenwirkt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Lagerbolzen 18 ein Stehbolzen, der auf Anschlag in den Zylinderkopf 3 eingedreht wird; der vom Zylinderkopf 3 abstehende Bolzenschaft 21 ist mit einem Gewinde versehen, auf dem ein als Mutter ausgebildeter Schraubkopf 22 aufgedreht ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Schraubkopf 22 einteilig mit dem halbkugelartigen Lagerabschnitt 20 ausgebildet. Durch Schrauben des Schraubkopfes 22 kann der Lagerabstand zum Zylinderkopf 3 geändert werden, wodurch das Ventilspiel einstellbar ist.
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Bei Betätigung der Stößelstange 12 verschwenkt der Kipphebel 10 um die Kalottenlagerung und drückt den jeweiligen Schaft 6 des Gaswechselventils 4 nieder, um das Ein- bzw. Auslaßventil zu öffnen. Das Einlaßventil steht mit einem Einlaßkanal 23 in Verbindung, über den Frischgemisch zugeführt wird. Das Auslaßventil steht mit einem Abgaskanal 24 in Verbindung, der in einen Abgasschalldämpfer 25 (2) mündet.
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Die für das Einlaßventil und das Auslaßventil getrennt oder gemeinsam ausgeführten Steuernocken 15 werden von der Kurbelwelle 26 des Verbrennungsmotors 1 angetrieben, bevorzugt über einen Räderantrieb, einen Kettenantrieb oder einen Riemenantrieb. Die Kurbelwelle dreht in einem Kurbelgehäuse 27.
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Der Kipphebel 10 des Ventiltriebs ist durch die jeweilige Ventilfeder 5 federbelastet. Die Federkraft wirkt über das Ende 11 des Kipphebels 10 auf dessen stößelseitiges Ende 9 und über die Stößelstangen 12 auf den Schlepphebel 13, so daß dieser in Anlage an der Nockenbahn der Steuernocken 15 gehalten ist. Wird der Schraubkopf 22 im Sinne eines Aufdrehens auf den Gewindeschaft 21 gedreht, verkürzt sich der Lagerabstand 1, so daß – da die Stößelstange 12 nicht ausweichen kann – eine Kippbewegung des Kipphebels 10 bewirkt und der Ventilschaft 6 niedergedrückt wird. In entgegengesetzter Drehrichtung des Schraubkopfes 22 wird der Ventilschaft 6 durch die Ventilfeder 5 im Sinne eines Schließens des Gaswechselventils 4 verstellt. Durch Drehen des Schraubkopfes 22 und Änderung des Lagerabstandes ist die Einstellung des Ventilspiels am Gaswechselventil 4 bewirkt.
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Wie aus der Einbaulage in dem tragbaren, handgeführten Arbeitsgerät, im Ausführungsbeispiel eine Motorkettensäge, der 2 und 3 zu entnehmen, ist der Zylinderkopf 3 des Verbrennungsmotors im Gerätegehäuse 28 derart angeordnet, daß er benachbart zu einem vorderen oberen Griffrohr 30 liegt. Das Griffrohr 30, welches auch aus Vollmaterial gefertigt sein kann, verläuft von der einen Gehäuselängsseite 31 zur anderen Gehäuselängsseite 32. Im gezeigten Ausführungsbeispiel einer Motorkettensäge liegt der Befestigungspunkt 33 auf der einen Gehäuselängsseite 31 nahe einem hinteren Handgriff 29, während der Befestigungspunkt 34 auf der anderen Gehäuselängsseite 32 nahe der vorderen Stirnseite 35 der Motorkettensäge liegt. Das nur schematisch dargestellte Schwert 36 mit der umlaufenden Sägekette liegt rechtwinklig zur vorderen Stirnseite 35 und wird zwischen dem Kettenraddeckel 37 und dem Gerätegehäuse 28 geklemmt gehalten.
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Der hintere Handgriff 29 erstreckt sich etwa in Richtung der Längsmittelachse 40 des Gerätegehäuses 28; das Sägeschwert 36 liegt etwa parallel zur Längsmittelachse 40.
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Das die Oberseite des Gerätegehäuses mit Abstand übergreifende Griffrohr 30 liegt aufgrund der gewählten Befestigungspunkte 33 und 34 quer zur Längsmittelachse 40, wobei der dem Befestigungspunkt 34 zugewandte Winkel 38 des oberhalb des Gerätegehäuses 28 liegenden Griffrohrabschnittes 39 kleiner 90° ist. Der oberhalb des Gerätegehäuses verlaufende Griffrohrabschnitt 39 verläuft somit vom Befestigungspunkt 33 auf der einen Gehäuselängsseite 31 schräg in Richtung auf die vordere Stirnseite 35 nach vorn.
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Der Griffrohrabschnitt 39 liegt, wie auch 4 zeigt, oberhalb des Auslaßkanals 24 des Verbrennungsmotors 1 etwa im Bereich über dem Einlaß 41 des Abgasschalldämpfers 25. Um zwischen dem oberen Griffrohrabschnitt 39 und dem Zylinderkopf 3 einen ausreichend großen Griffraum 42 auszubilden, wird die Lage des dem Griffrohr 30 benachbart liegenden Kipphebels 10 derart gewählt, daß er sich mit seiner Längsachse 44 etwa parallel zum benachbarten Abschnitt 39 des Griffrohres 30 erstreckt. Das Griffrohr 30 kann somit bei ausreichendem großem Griffraum 42 nahe dem Gerätegehäuse 28 geführt werden, ohne daß störende Gehäusebereiche des Ventilgehäuses, welches die Kipphebel übergreift, einragen.
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Die Lage des Verbrennungsmotors 1 ist dabei so gewählt, daß der Abgasschalldämpfer 25 der vorderen Stirnseite 35, also dem Arbeitsbereich zugewandt liegt und der etwa parallel zum oberen Griffrohrabschnitt 39 liegende Kipphebel 10 das Auslaßventil 43 steuert. Der als ventilgesteuerter Zweitaktmotor oder Viertaktmotor ausgebildete Verbrennungsmotor 1 weist jeweils ein Einlaßventil 45 und ein Auslaßventil 43 auf. Der im Ventilgehäuse angeordnete zweite Kipphebel 10 steuert das Einlaßventil 45, wobei sein am Lagerbolzen 18 ausgebildetes Schwenklager in Richtung der Längsmittelachse 44 des ersten Kipphebels 10 um einen Abstand a versetzt liegt. Entsprechend haben die Vertiefungen 14 in den stößelseitigen Enden 9 der Kipphebel 10 einen Versatz a zur Längsmittelachse 40 des Arbeitsgerätes. Der Abstand a bzw. der Versatz a entspricht dabei etwa der axialen Breite des Steuernockens 15 der Steuereinrichtung 8, sofern – wie in 1 dargestellt – die Steuernocken 15 für das Einlaßventil 45 und das Auslaßventil 43 voneinander getrennt ausgebildet sind und jeweils mit einem Schlepphebel 13 zusammenwirken. Die Schlepphebel 13 können dabei auf einer gemeinsamen Achse 45 gelagert sein.
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Der erste, etwa parallel zum Griffrohrabschnitt 39 bzw. dessen Längsmittelachse 49 liegende erste Kipphebel 10, der das Auslaßventil 43 steuert, und der zweite Kipphebel 10, der das Einlaßventil 45 steuert, liegen mit ihren Längsachsen unter einem Winkel 46 zueinander, der im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 15° beträgt. Der Winkel 46 kann in einer Größe von 10–30° gewählt werden.
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Die von den Stößelstangen 12 der Steuereinrichtung 8 betätigten Enden 9 der Kipphebel liegen dem Scheitelpunkt 47 des Winkels 46 zugewandt, so daß in Längsrichtung der Längsmittelachse 40 des Arbeitsgerätes bzw. des Verbrennungsmotors 1 nur eine kurze Baubreite gegeben ist, so daß die Stößelstangen – wie 1 zeigt – zueinander eng benachbart verlaufen.
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Die enge Lage der Stößelstangen 12 zueinander gibt konstruktiv die Möglichkeit, die Stößelstangen 12 in einem gemeinsamen Schutzrohr 50 zu führen, wie dies in 5 schematisch dargestellt ist. Das Schutzrohr 50 hat einen inneren ovalen Querschnitt 51, in dessen voneinander entfernt liegenden Enden die Stößelstangen 12 verlaufen. Der in 5 ebenfalls nur schematisch dargestellte Zylinder 2 ist ein luftgekühlter Zylinder mit einer Verrippung, wie er z. B. den 2 und 4 entnommen werden kann. Das Schutzrohr 50 verläuft dabei mit seitlichem Abstand b in Hochrichtung des Zylinders 2 neben dem Zylinder. Um im Bereich des Schutzrohres 50 eine ausreichende Kühlung des Zylinders 2 zu gewährleisten, ist das Schutzrohr 50 zumindest auf seiner der Anströmrichtung 52 der Kühlluft 53 zugewandten Seite als ein den Strömungswiderstand reduzierender Strömungskörper ausgebildet, der vorzugsweise einen äußeren tropfenförmigen Strömungsquerschnitt aufweist, wie 5 zeigt. Diese Ausgestaltung zwingt die Kühlluft 53 in den Spalt 54 zwischen dem Zylinder 2 und dem Schutzrohr 50. Die Verstopfungsgefahr durch Schmutz, Holzspäne oder dergleichen ist minimiert bei gleichzeitiger Gewährleistung einer guten Luftkühlung des Zylinders 2 auch im Bereich des Schutzrohres 50.
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Es kann zweckmäßig sein, die Steuereinrichtung 8 der Ventilsteuerung derart auszubilden, daß jede Stößelstange 12a, 12b mit einem getrennten Schlepphebel 13a, 13b auf einer gemeinsamen Nockenbahn 48 läuft. Es ist dabei ausschließlich ein Steuernocken 15 vorgesehen, auf dessen Nockenbahn 48 die Schlepphebel 13a, 13b in Drehrichtung 55 hintereinanderliegen. Beide Schlepphebel 13a und 13b sind dabei geschleppt; der Hub beider Schlepphebel ist aufgrund der gleichen Nockenkontur identisch. Zweckmäßig ist jeder Schlepphebel mit einer eigenen Drehachse 45a, 45b gelagert. Im übrigen entspricht der Aufbau des Verbrennungsmotors 1 nach 6 dem nach 1, weshalb für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
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Die Kipphebel 10 sind vorteilhaft als Formteile gestaltet, die insbesondere aus einem Stahlblech bestehen. Jeder Kipphebel 10 hat einen Boden 60 (4), der zwischen seinen Enden 9 und 11 die Lagerkalotte 19 aufweist. Zur Versteifung des Bodens 60 sind an dessen Längsrändern Seitenwände 61 und 62 vorgesehen, vorzugsweise einteilig angeformt. Der Kipphebel 10 hat eine im Querschnitt U-förmige Gestalt, wie auch 2 zeigt. Die offene Seite des U-förmigen Querschnitts liegt dabei dem Zylinderkopf 3 abgewandt.
