-
Die
Erfindung betrifft einen Handgriff eines handgeführten Arbeitsgerätes mit
den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Arbeitsgerät mit einem
entsprechenden Handgriff.
-
Beim
Betrieb eines handgeführten
Arbeitsgerätes
wie eine Motorkettensäge,
ein Freischneider oder dgl. entstehen mechanische Schwingungen,
die durch den Lauf eines Antriebsmotors oder eines angetriebenen
Schneidwerkzeuges angeregt werden können. Das Arbeitsgerät wird an
einem Handgriff gehalten und während
des Betriebs daran geführt. Die
Masse des Arbeitsgerätes
bildet zusammen mit dem elastisch verformbaren Handgriff ein schwingungsfähiges System,
das durch die Erregerschwingungen des Motors bzw. des Schneidwerkzeuges angeregt
werden kann. Diese Schwingungen sind als Vibrationen an der Führungshand
spürbar,
mit der der Handgriff durch eine Bedienperson gefaßt ist. Übermäßige Vibrationen
können
zu einer frühzeitigen
Ermüdung
der Bedienperson oder auch zu einem unbefriedigenden Arbeitsergebnis
führen.
-
Es
sind zahlreiche Ausführungen
von Schwingungsdämpfungsmaßnahmen
bekannt, mittels derer eine dämpfende
Anbindung des Handgriffes an das Gehäuse des Arbeitsgerätes vorgesehen ist.
Die am Handgriff spürbaren
Vibrationen sollen dadurch abgedämpft
und vermindert werden. Aus der
JP 09037635 A ist ein Handgriff einer handgeführten Tee-Erntemaschine
bekannt, wobei der Handgriff eine U-förmige Form aufweist. Die beiden freien
Schenkel der U-Form sind durch Kohlefaserrohre gebildet, die mittels
eines gebogenen Aluminiumrohres untereinander verbunden sind. Zur
Dämpfung
von auftretenden Schwingungen ist das gebogene Aluminiumrohr mit
einem vibrationsdämpfenden
Schlauch überzogen.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Handgriff eines handgeführten Arbeitsgerätes derart
weiterzubilden, daß im
Betrieb des Arbeitsgerätes
ein geringeres Vibrationsniveau am Handgriff auftritt.
-
Die
Aufgabe wird durch einen Handgriff mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
-
Der
Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät mit verringerten
Betriebsvibrationen am Handgriff anzugeben.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Arbeitsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs
10 gelöst.
-
Es
wird ein Handgriff eines handgeführten Arbeitsgerätes mit
einem Griffrohr aus einem Laminat mit faserverstärktem Kunststoff vorgeschlagen, bei
dem das Griffrohr an Orten hoher potentieller, schwingungsbedingter
Formänderungsenergie durch einen
lokal angepaßten
Laminataufbau versteift ist. Bei einer Schwingungsanregung stellt
sich am Griffrohr eine dynamische Verformungslinie mit Schwingungsbäuchen und
Schwingungsknoten ein. In den Schwingungsbäuchen bildet sich gegenüber den
Schwingungsknoten eine erhöhte
Formänderungsenergie
durch Biege-, Querkraft- und Torsionsverformung aus. Die Anordnung
eines lokal angepaßten
Laminataufbaus in diesen Bereichen führt zu einer gezielten Aussteifung
in eben diesen Bereichen, während
in den Bereichen geringerer Formänderungsenergie
auf die zusätzliche
Masse zusätzlicher
Laminatschichten verzichtet werden kann. Die gezielte Versteifung
führt zu
einer Erhöhung
der Eigenfrequenz, wobei der Verzicht auf zusätzliche Laminatmassen im Bereich
geringer Formänderungsenergie
zu einem weiteren anhebendem Effekt im Hinblick auf die Eigenfrequenz
des schwingungsfähigen Systems
führt.
Das Schwingungssystem, bestehend aus dem Arbeitsgerät mit seinem
Handgriff weist insgesamt eine geringe Masse mit hoher Steifigkeit
und in der Folge eine hohe Eigenfrequenz auf. Die Eigenfrequenz
kann gezielt so eingestellt werden, daß sie abseits einer dominanten
Erregerfrequenz im Betrieb des Arbeitsgerätes liegt. Es ist eine gezielte
Verstimmung des Systems derart möglich,
daß die
Schwingungserregung durch den Antriebsmotor und/oder durch das Schneidwerkzeug
zu keiner oder allenfalls zu einer geringen dynamischen Überhöhung am Handgriff
führt.
Der Handgriff weist ein geringes Vibrationsniveau auf.
-
Die
Versteifung des Griffrohres ist vorteilhaft derart ausgeführt, daß die Eigenfrequenz
des Schwingungssystems aus dem Arbeitsgerät mit dem Handgriff außerhalb
eines Erregerfrequenzbereiches des Arbeitsgerätes unter Betriebsbedingungen und insbesondere
oberhalb der Betriebsdrehzahl eines Antriebsmotors vom Arbeitsgerät liegt.
Während
des Betriebs des Arbeitsgerätes
beispielsweise unter Vollastbedingungen sind Resonanzschwingungen am
Handgriff zuverlässig
vermieden.
-
Das
Laminat des Griffrohres besteht vorteilhaft aus einem Grundlaminat,
welches an Orten hoher Formänderungsenergie
insbesondere außenseitig
mittels eines Zusatzlaminates aufgedickt ist. Bei nur geringem Massenzuwachs
ist ein deutlich erhöhtes
Flächenträgheitsmoment
erzielbar. Es ergibt sich eine entsprechend ausgeprägte Versteifungswirkung in
allen Raumrichtungen mit einer Erhöhung der Eigenfrequenz des
Schwingungssystems.
-
In
zweckmäßiger Weiterbildung
ist das Laminat über
den Umfang des Griffrohres verteilt derart aufgebaut, daß das Griffrohr
in Richtung einer erhöhten
dynamischen Biegebelastung steifer ist als quer dazu. An Orten erhöhter dynamischer
Torsionsverformung ist vorteilhaft ein Faserwinkel des Laminates von
etwa ± 45° bezogen
auf eine Rohrachse des Griffrohres vorgesehen. Die erhöhte Biegesteifigkeit
läßt sich
beispielsweise durch gezielte Einbringung einer Laminatschicht mit
unidirektional in Längsrichtung verlaufenden
Fasern erzielen, während
die erhöhte Schubverformung
beispielsweise in Form von Querkraft und/oder Torsion wirkungsvoll
durch die in ± 45° liegenden
Fasern aufgenommen werden kann. Mit nur geringen Laminatquerschnitten
kann eine angepaßt
hohe Steifigkeit erzielt werden, die in Verbindung mit der geringen
Laminatmasse die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems in erwünschter
Weise erhöht.
-
In
vorteilhaften Ausführungen
weist das Griffrohr ausgeprägt
gekrümmte
Abschnitte sowie Befestigungsabschnitte auf, die jeweils durch entsprechende
Versteifungselemente versteift sind. Es hat sich gezeigt, daß die genannten
Bereiche hohen dynamischen Biege-, Querkraft- und Torsionsbelastungen unterliegen,
durch deren gezielte Aussteifung die Eigenfrequenz des Schwingungssystems
gezielt angehoben werden kann. Die weiteren Bereiche des Griffrohres
können
unversteift bleiben. Auf zusätzliche Massen
in diesem Bereich kann ebenso wie auf eine Aufdickung des Querschnitts
verzichtet werden. Das Griffrohr kann in diesen verbleibenden Bereichen
seinen ergonomisch günstigen
Grundquerschnitt behalten. Insbesondere ist die Versteifung des
Befestigungsabschnittes über
diesen hinausgehend in Richtung des weiteren Verlaufs vom Griffrohr
geführt.
Diese bevorzugte Ausführung
trägt dem
Umstand Rechnung, daß der
unmittelbare Bereich des Befestigungsabschnittes durch Schraubkräfte oder
dgl. und der benachbarte Bereich durch Biege-, Querkraft- und Torsionsbelastungen
erhöht
belastet ist. Der Bereich der erhöhten Belastung ist dementsprechend gezielt
ausgesteift.
-
In
vorteilhafter Weiterbildung enthält
das Laminat Kohlefasern und ist insbesondere aus einem Kunststoff
ausschließlich
mit Kohlefasern aufgebaut. Es ergibt sich ein günstiges Verhältnis von
Steifigkeit zur Masse mit einer entsprechend hohen Eigenfrequenz.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es
zeigen:
-
1 in
einer perspektivischen Übersichtsdarstellung
ein handgeführtes
Arbeitsgerät
am Beispiel einer Motorkettensäge
mit einem Griffrohr;
-
2 in
einer Seitenansicht das Griffrohr nach 1 unter
dynamischer Betriebslast;
-
3 eine
Frontansicht des Griffrohres nach 2 mit einem
lokal angebrachten Zusatzlaminat;
-
4 in
einer schematischen Darstellung einen Querschnitt des Griffrohres
nach den 2 und 3 im Bereich
des Zusatzlaminates;
-
5 eine
Seitenansicht der Anordnung nach 4 mit Einzelheiten
von diagonal liegenden Laminatfasern.
-
1 zeigt
in einer perspektivischen Darstellung ein handgeführtes Arbeitsgerät 11 am
Beispiel einer Motorkettensäge.
Das Arbeitsgerät 11 weist
ein Motorgehäuse 14 auf,
in dem ein nicht näher
gezeigter Antriebsmotor 12 angeordnet ist. Aus dem Motorgehäuse 14 ragt
eine Führungsschiene 16 hervor,
um die eine durch den Antriebsmotor 12 angetriebene Schneidkette 17 umlaufend
geführt
ist. Der Führungsschiene 16 gegenüberliegend
ist am hinteren Bereich des Motorgehäuses 14 ein hinterer Handgriff 15 angeordnet.
Ein vorderer Handgriff 10 umfaßt ein Griffrohr 1,
welches in Schwerpunktnähe das
Motorgehäuse 14 umgreift.
Das Griffrohr 1 weist zwei Befestigungsabschnitte 9 an
einer Seitenfläche des
Motorgehäuses 14 und
im Bereich der Unterseite des Arbeitsgerätes 11 auf, in denen
das Griffrohr 1 mittels Schrauben 13 am Motorgehäuse 14 befestigt ist.
-
2 zeigt
in einer Seitenansicht Einzelheiten des Griffrohres 1 nach 1.
Das Griffrohr 1 ist in einem Griffbereich mit einem Griffschlauch 18 überzogen.
Im Bereich des Griffschlauches 18 in Schwerpunktnähe des Arbeitsgerätes 11 (1) wird
das Griffrohr 1 während
des Betriebes gehalten, wobei sich durch Schwingungsanregung durch
den Antriebsmotor 12 und/oder durch die Schneidkette 17 (1)
eine dynamische, schwingende Verformung des Griffrohres 1 einstellt.
Eine erste Grundform der schwingenden Verformung des Griffrohres 1 ist
durch gestrichelte Linien 23 dargestellt, wobei das Griffrohr 1 verschiedene
Orte 3 hoher dynamischer, schwingungsbedingter Formänderungsenergie
aufweist. Derartige Orte 3 sind in ausgeprägt gekrümmten Abschnitten 8 und
im Bereich der Befestigungsabschnitte 9 mit den Schrauben 13 des
Griffrohres 1 ausgebildet.
-
3 zeigt
in einer Frontansicht das Griffrohr 1 nach 2,
demnach das Griffrohr 1 an den Orten 3 hoher dynamischer,
schwingungsbedingter Formänderungsenergie
jeweils mittels eines lokal angepaßten Laminataufbaus 4 versteift
ist. Diese Orte 3 sind durch die beiden Befestigungsabschnitte 9 mit den
angrenzenden Bereichen sowie durch zwei ausgeprägt gekrümmte Abschnitte 8 gebildet.
Die Befestigungsabschnitte 9 erstrecken sich über einen
Bereich mit Anlageflächen 19,
die im montierten Zustand am Motorgehäuse 14 (1)
anliegen.
-
Der
angepaßt
versteifte Laminataufbau 4 ist über die Befestigungsabschnitte 9 hinausgehend
in Richtung des weiteren Verlaufs vom Griffrohr 1 geführt, wobei
die Aussteifung des unteren Befestigungsabschnittes 9 und
des angrenzenden gekrümmten
Bereiches 8 ineinander übergehen.
-
Das
Griffrohr 1 ist in den Orten 3 hoher dynamischer,
schwingungsbedingter Formänderungsenergie
mittels des lokal angepaßten
Laminataufbaus 4 lokal ausgesteift, während die verbleibenden Bereiche
des Griffrohres 1 durch das unversteifte Griffrohr 1 gebildet
sind.
-
4 zeigt
in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch das Griffrohr 1 nach 3,
demnach das Griffrohr 3 in seinen unversteiften Abschnitten
(3) aus einem Grundlaminat 5 besteht.
In den Bereichen des angepaßten
Laminataufbaus 4 ist außenseitig auf das Grundlaminat 5 ein Zusatzlaminat 6 aufgebracht.
Das Zusatzlaminat 6 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel
aus einer Decklage 21 und zwei bezogen auf die Querschnittsachse
X sich gegenüberliegenden
Unidirektionallagen 20. Das Grundlaminat 5 und
das Zusatzlaminat 6 bilden das Laminat 2, welches
aus einem faserverstärkten
Kunststoff gefertigt ist, wobei der faserverstärkte Kunststoff im gezeigten
Ausführungsbeispiel ausschließlich Kohlefasern
enthält.
Es kann auch ein Mischlaminat oder ein sortenreines Laminat mit
anderen Fasermaterialien wie Glasfasern und/oder Aramidfasern vorgesehen
sein.
-
Die
Decklage 21 bildet eine rings um den Umfang des Griffrohres 1 bzw.
des Grundlaminates 5 verteilte Aufdickung, wodurch das
Griffrohr 1 eine vergrößerte Torsionssteifigkeit
um die Rohrachse 7 sowie eine vergrößerte Biegesteifigkeit um die
Querschnittsachse X und quer dazu aufweist. Die Fasern in den Unidirektional-Lagen 20 verlaufen
parallel zur Rohrachse 7. Das Zusatzlaminat 6 des
Laminates 2 ist damit über
den Umfang des Griffrohres 1 verteilt derart aufgebaut,
daß das
Griffrohr 1 in Richtung einer erhöhten dynamischen Biegebelastung
durch ein um die Querschnittsachse X wirkendes Biegemoment M steifer
ist als quer dazu. Die aus dem Biegemoment M entstehenden Längsspannungen
im Laminat 2 werden im wesentlichen durch die Unidirektional-Lagen 20 aufgenommen,
während
die Schubspannungen, die durch eine quer zur Querschnittsachse X
wirkende Querkraft hervorgerufenen sind, durch das Grundlaminat 5 und
die Decklage 21 vorrangig aufgenommen werden.
-
5 zeigt
in einer schematischen Seitenansicht abschnittsweise das Griffrohr 1 nach 4, demnach
die Unidirektional-Lagen 20 zur
Aufnahme des Biegemomentes M einen entsprechenden radialen Abstand
zur Rohrachse 7 aufweisen. Entsprechend dem mit 22 bezeichneten
Liniengitter liegen die Fasern des Grundlaminates 5 und
der Decklage 21 (4) in einem
Faserwinkel von etwa ± 45° bezogen
auf die Rohrachse 7. Dadurch können die erhöhten Torsionsbelastungen
infolge eines erhöhten dynamischen
Torsionsmomentes T wirkungsvoll aufgenommen werden. Die Faserlagen
sind zweckmäßig hauptspannungsorientiert
ausgerichtet. Schubbelastungen infolge einer erhöhten dynamischen Querkraft
Q werden dabei durch den doppelten Laminataufbau 4 mit
dem Grundlaminat 5 und der Decklage 21 (4)
aufgenommen, wobei ebenfalls ein Faserwinkel von ± 45° bezogen
auf die Rohrachse vorteilhaft ist.
-
Die
Versteifung des Griffrohres 1 nach den 1 bis 5 ist
derart ausgeführt,
daß die
Eigenfrequenz des Schwingungssystems aus dem Arbeitsgerät 11 mit
dem Handgriff 10 (1) beispielsweise etwa
230 Hz beträgt.
Die Betriebsdrehzahl des Antriebsmotors 12 nach 1 unter
Vollast und bei in ein Schneidgut eingetauchter Schneidkette 17 entspricht
einer Erregerfrequenz von etwa 200 Hz, wobei die Eigenfrequenz des
Schwingungssystems von etwa 230 Hz oberhalb der Betriebsdrehzahl
bzw. der Erregerfrequenz des Antriebsmotors 12 liegt.