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Die Erfindung betrifft einen Handgriff eines handgeführten Arbeitsgerätes mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Arbeitsgerät mit einem entsprechenden Handgriff.
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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.
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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.
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Die
DE 38 11 788 A1 offenbart einen Handgriff eines handgeführten Arbeitsgerätes, der aus mit Kurzglasfasern angereichertem Polyamid besteht. Mit den unorientert im Kunststoffmaterial liegenden Kurzglasfasern soll die Schlagfestigkeit erhöht werden. Die unterschiedlichen mechanischen Beanspruchungen verschiedener Griffabschnitte werden durch Anpassungen der Wanddicke berücksichtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Handgriff eines handgeführten Arbeitsgerätes derart weiterzubilden, daß im Betrieb des Arbeitsgerätes ein geringeres Vibrationsniveau am Handgriff auftritt.
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Die Aufgabe wird durch einen Handgriff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsgerät mit verringerten Betriebsvibrationen am Handgriff anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Arbeitsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen Übersichtsdarstellung ein handgeführtes Arbeitsgerät am Beispiel einer Motorkettensäge mit einem Griffrohr;
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2 in einer Seitenansicht das Griffrohr nach 1 unter dynamischer Betriebslast;
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3 eine Frontansicht des Griffrohres nach 2 mit einem lokal angebrachten Zusatzlaminat;
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4 in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt des Griffrohres nach den 2 und 3 im Bereich des Zusatzlaminates;
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5 eine Seitenansicht der Anordnung nach 4 mit Einzelheiten von diagonal liegenden Laminatfasern.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
