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Die Erfindung betrifft eine Ansaugvorrichtung für ein mit einer Luftreinigung ausgebildetes handgeführtes Arbeitsgerät, insbesondere für eine Kettensäge, einen Trennschleifer oder dgl., das einen Verbrennungsmotor und eine Antriebseinheit für das Arbeitswerkzeug umfasst, wobei die Luftreinigung mit Schmutzpartikeln beladene Verbrennungsluft für den Motor reinigt, in dem ein Fliehkraftabscheider die Verbrennungsluft in mindestens in einen ersten Luftstrom, der weitestgehend von Schmutzpartikeln befreit ist, und in einen mit Schmutzpartikeln belasteten zweiten Luftstrom trennt.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass bei der Verwendung von mit Verbrennungsmotoren betriebenen, handgeführten Arbeitsgerät wie Trennschleifern, Kettensägen, oder dergleichen die vom Motor angesaugte Luft Schmutzpartikel, Feinstäube oder andere Feststoffe mitführt, die zu einem erheblichen Verschleiß des Motors beispielsweise an den Kolben und Zylinder oder zu häufigen Wartungsintervallen der Ansaugluftfilter führt. Für derartige Luftfilter werden beispielsweise oder ölgetränkte Schaumstofffilter verwendet. Diese Filter verhindern zwar weitgehend, das Schmutzpartikel in den Motor gelangen, jedoch bewirkt ein stark verschmutzter Filter auch, dass sich die Menge der Verbrennungsluft reduziert und so die Leistung des Motors sinkt. Die damit häufig notwendigen Wartungsintervalle sind zeitaufwendig und kostenintensiv, zudem werden diese bei zu hoher Frequenz nicht mehr durchgeführt, so dass die oben genannte Leistungsminderung bestehen bleibt bzw. sich noch verstärkt.
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Um die Verbrennungsluft möglichst rein zu halten und damit die oben genannten Probleme zu umgehen, sind vielfältige Staubabscheider bzw. Ansaugsysteme für die Verbrennungsluft vorgeschlagen worden.
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In der
DE 25 50 165 A1 ist eine Ansaugvorrichtung für einen Rasenmäher beschrieben, die ein zylindrisches Gehäuse mit tangentialen Lufteintrittsöffnungen aufweist, wobei im Zentrum des Gehäuses die Verbrennungsluftentnahme erfolgt. Die tangential einströmende Verbrennungsluft bildet einen Wirbel, so dass die Luft wie bei einem Zyklonstaubabscheider gereinigt wird, in dem die Feststoffteilchen (Schmutzpartikel) aufgrund der Fliehkraft nach Außen getragen werden. Im Zentrum enthält somit der Wirbel relativ wenig Schmutzpartikel, so dass die dort abgeführte Verbrennungsluft erheblich reiner ist als die normal angesaugte Luft.
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In der
DE 101 28 790 A1 ist eine Ansaugvorrichtung für die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors für ein handgeführtes Arbeitsgerät beschrieben. Hierbei weist die Ansaugvorrichtung einen Fliehkraftabscheider auf, der den Strom der Verbrennungsluft in einen zentralen Kernstrom mit geringer Partikeldichte und einen den Kernstrom umgebenden Mantelstrom mit größerer Partikeldichte als im Kernstrom aufteilt, wobei im Wesentlichen der Kernstrom durch einen Luftfilter in den Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt wird und der Mantelstrom, der mit den Schmutzpartikeln belastet ist, abgeführt wird.
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DE 195 31 504 A1 betrifft eine Ansaugvorrichtung für Verbrennungsluft für einen Verbrennungsmotor mit Luftreinigung für Trennschleifer, Kettensägen oder dgl., wobei die Ansaugvorrichtung Einrichtungen wie Ventilator und axiale Leitschaufeln zur Erzeugung eines Luftwirbels mit einem zentralen Kernstrom mit geringer Schmutzpartikeldichte und einem den Kernstrom umgebenden Mantelstrom mit größerer Schmutzpartikeldichte aufweist.
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US 6 227 162 B1 offenbart ein Filtrationssystem für Ansaugluft für einen Verbrennungsmotor mit einem Trägheitskraftabscheider, wobei an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ein Gebläse zur Ansaugung der Umgebungsluft sowie Kühlung des Motors angeordnet ist. Mittels des Trägheitsabscheiders entstehen ein staubarmer Luftstrom, welcher dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, und ein mit Staub beladener Luftstrom, wobei der mit Staub beladener Luftstrom bis in die Mitte des Gebläses, in der Unterdruck herrscht, weitergeleitet und anschließend abgeleitet wird.
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DE 102 35 761 A1 offenbart eine Ansaugvorrichtung für die Verbrennungsluft des Verbrennungsmotors eines Trennschleifers, bei dem mittels eines Fliehkraftabscheiders Luft in einen Kernstrom und einen Mantelstrom aufgeteilt wird.
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DE 29 29 965 A1 beschreibt eine Kettensäge, die ein Gebläse aufweist, wobei Luft vom Gebläse in eine Behandlungskammer zur Verringerung der Temperatur der Abgase eines Verbrennungsmotors eintritt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Ansaugvorrichtung für Verbrennungsluft von Verbrennungsmotoren mit Luftreinigung zu verbessern, insbesondere eine höhere Effizienz der Ansaugvorrichtung zu bewirken.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Ansaugvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt.
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Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Auspuff der Antriebseinheit mit einem Einlasskanal ausgebildet ist, wobei der Luftauslass des Gebläsegehäuses eines Gebläses der Ansaugvorrichtung in den Einlasskanal des Auspuffs des Arbeitsgerätes führt, sodass ein zweiter Luftstrom, der mittels eines Fliehkraftabscheiders erzeugt wird, unmittelbar über den Einlasskanal in den Auspuff geleitet wird, wodurch das aus dem Auspuff austretende Abgas gekühlt wird.
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Im Betrieb des Arbeitsgerätes wird die Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor aus der Umgebung angesaugt, wobei die angesaugte Luft durch Schmutzpartikel, die beispielsweise bei einem Trennschleifer während des Trennschleifvorganges als Staub anfallen, belastet ist. Der Fliehkraftabscheider, der als ein Zyklon, insbesondere als ein Axialzyklon oder ein Turbofilter ausgebildet sein kann, erzeugt vorzugsweise im Inneren einen zentralen ersten Luftstrom (Kernstrom) mit einer geringen Schmutzpartikeldichte, also eine weitestgehend schmutzpartikelarme Zone mit vorzugsweise Feinstpartikeln und ein den ersten Luftstrom (Kernstrom) umgebenden zweiten Luftstrom (Mantelstrom). Hierbei weist der zweite Luftstrom (Mantelstrom) eine größere Schmutzpartikeldichte mit Partikeln größeren und mittleren Durchmessers auf. Vorzugsweise ist der Fliehkraftabscheider derart ausgeführt, dass dieser einen Einlaufzylinder aufweist, in dem die aus der Umgebung angesaugte Verbrennungsluft durch Einblasen von der Seite auf eine im Wesentlichen kreisförmige Bahn gebracht wird, wobei im Außenbereich der sich gebildeten Strömung die Drehgeschwindigkeit dermaßen zunimmt, dass die Schmutzpartikel durch die entstehenden Fliehkräfte nach Außen geschleudert werden. Der erste weitestgehend von Schmutzpartikel befreite Luftstrom verlässt hierbei mittig den Fliehkraftabscheider und wird in Richtung Verbrennungsraum geleitet. Der schmutzbelastete zweite Luftstrom wird durch das Gebläse, das an der Antriebseinheit des Arbeitsgerätes angeordnet ist, angesaugt.
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Der schmutzpartikelfreie erste Luftstrom wird dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors zugeführt, wobei gleichzeitig der mit Schmutzpartikel belastete zweite Luftstrom durch das Gebläse angesaugt wird und gleichzeitig die Kupplung des Arbeitsgerätes wirksam kühlt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird der zweite Luftstrom nicht sofort in die Umgebung ausgeblasen, sondern wird als Kühlmedium für die Kupplung, die während des Betriebs hohe Temperaturen erreichen kann, ausgenutzt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Antriebseinheit eine Kurbelwelle, die durch den Motor antreibbar ist und eine Kupplung, an der das Gebläse unmittelbar angeordnet ist. Die Kurbelwelle, die mit dem Motor, der in einem Motorgehäuse angeordnet ist, treibt die Kupplung sowie das Gebläse mit einer entsprechenden Drehzahl an. Zweckmäßigerweise ist die Kupplung als eine Fliehkraftkupplung ausgestaltet, die in einer Kupplungstrommel positioniert ist, wobei bei einer entsprechenden Drehzahl der Kurbelwelle die Kupplungstrommel durch die Kupplung angetrieben wird. Durch entsprechende Fliehgewichte, die an der Fliehkraftkupplung angeordnet sind, kann bei einer entsprechenden Drehzahl des Motors ein Kraftschluss zwischen der Kupplung und der Kupplungstrommel hergestellt werden. Das bedeutet, dass sich die Gewichte bei steigender Drehzahl nach Außen bewegen, wodurch Kontakt zur Innenwandung der Kupplungstrommel hergestellt wird, die gleichzeitig als Antrieb für das Arbeitswerkzeug dient. Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Fliehkraftkupplung arbeitet hierbei selbständig. Das übertragbare Drehmoment ist drehzahlabhängig, wobei bei einem Drehzahlabfall sich die Fliehkraftkupplung selbständig trennt.
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Erfindungsgemäß wird die Fliehkraftkupplung derart durch die Gewichte eingestellt sein, dass der Motor im Leerlauf zur Kupplungstrommel ausgekuppelt ist. Erhöht man die Drehzahl, so greift die Fliehkraftkupplung und der Motor liefert ein Drehmoment für die Kupplungstrommel, die das Arbeitswerkzeug antreibt. Kommt es auf der angetriebenen Arbeitswerkzeugseite zu einer Blockierung, so rutscht die Kupplung, das bedeutet dass ein Reibschluss zwischen der Kupplungstrommel und der Fliehkraftkupplung besteht. Hierdurch wird die Energie in Wärme umgewandelt und der Benutzer des Arbeitsgerätes vor Verletzungen geschützt.
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In einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung umfasst das Gebläse ein Lüfterrad, das in einem Gebläsegehäuse aufgenommen ist und drehbar gelagert um eine Achse angeordnet ist. Das Lüfterrad, das beispielsweise in einer Ausgestaltungsmöglichkeit aus einem metallischen Material besteht, dient zum einen als Staubförderung, das während des Betriebes des Arbeitsgerätes in der Umgebung anfällt. Das Lüfterrad erzeugt einen entsprechenden Unterdruck, der die mit Schmutzpartikeln beladene Ansaugluft in das Gebläse ansaugt. Nachdem der Fliehkraftabscheider die Ansaugluft von den Schmutzpartikeln weitestgehend getrennt hat, gelangt der mit Schmutzpartikeln belastete Luftstrom in das Gebläsegehäuse des Lüfterrades und erzielt gleichzeitig eine Kühlung der unmittelbar am Lüfterrad angeordneten Fliehkraftkupplung. Hierbei weist vorzugsweise das Lüfterrad einen entsprechenden Wärmeübertragungskoeffizienten aus, der für einen guten Wärmeübertrag von der Fliehkraftkupplung zum Lüfterrad sorgt.
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In einer weiteren Alternative der Erfindung kann es sinnvoll sein, dass die Kupplung und das Lüfterrad einteilig und/oder materialeinheitlich miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Lüfterrad an der dem Gebläsegehäuse abgewandten Seite an der Fliehkraftkupplung angespritzt ist. Weitere Ausgestaltungsalternativen sind in diesem Zusammenhang selbstverständlich ebenfalls möglich. Einer der Vorteile dieser einteiligen Ausgestaltung ist, dass während des Montageprozesses des Arbeitsgerätes weniger Prozessschritte notwendig sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine gute Wärmeabfuhr bei entsprechender Wahl des Materials erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß weist das Gehäuse, in dem bevorzugterweise das Lüfterrad drehbar gelagert angeordnet ist, einen Luftein- und einen Luftauslass auf. In dem Lufteinlass gelangt der von Fliehkraftabscheider strömende, mit Schmutzpartikeln belastete zweite Luftstrom und wird durch den Luftauslass des Gehäuses geführt. Das Lüfterrad ist im Gebläsegehäuse derart angeordnet, dass der mit Schmutzpartikeln belastete Luftstrom nicht hinter das Lüfterrad gelangt, das bedeutet dass der Raum, in dem die Antriebseinheit mit Kupplung, Kurbelwelle etc. sich befinden, schmutzpartikelfrei bleibt.
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Damit kein Staub des zweiten Luftstromes in den Raum der Antriebseinheit gelangt, kann das Lüfterrad beispielsweise an seinem Außendurchmesser eine Dichtung aufweisen. Diese Dichtung schließt zuverlässig den Raum des Gebläsegehäuses ab. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Ansaugvorrichtung kann die Dichtung beispielsweise ein Radialwellendichtring sein.
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In einer denkbaren Ausführungsalternative der Erfindung mündet der Luftauslass des Gebläsegehäuses in die Umgebung. Das heißt, dass der abgesogene Schmutz oder Staub, nachdem dieser durch das Lüfterrad angesogen wurde und durch die Einlass- und Auslassöffnung des Gebläsegehäuses geleitet wurde, ins Freie wieder zurück geblasen wird.
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Um ein gutes Ansaug- und/oder Ausblasverhalten der mit Schmutzpartikeln beladenen Luft zu erhalten, ist der Lufteinlass des Gebläsegehäuses im Wesentlichen radial zur Drehachse des Lüfterrades und der Luftauslass tangential zur genannten Drehachse gerichtet ausgestaltet. Durch eine derartige Ausgestaltung des Lufteinlasses sowie des Luftauslasses wird gleichzeitig eine gute Kühlwirkung der Fliehkraftkupplung erzielt.
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Erfindungsgemäß führt der Luftauslass des Gebläsegehäuses in den Auspuff des Arbeitsgerätes. Der mit Schmutzpartikeln belastete Luftstrom wird vom Luftauslass des Gebläsegehäuses über einen Einlasskanal des Auspuffs unmittelbar in den Auspuff geleitet, um dort den Abgasstrom und/oder den im Auspuff angeordneten Schalldämpfer wirksam zu kühlen. Der kühle, mit Staubpartikeln belastete zweite Luftstrom strömt hierbei entlang der Außenhaut des im Auspuff positionierten Schalldämpfers entlang, wodurch eine wirksame Kühlwirkung erzielbar ist. Im Auspuffraum mischt sich das Motorabgas mit dem zweiten Luftstrom, die gemeinsam das Arbeitsgerät am Auspuffauslass in die Umgebung verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen in schematischen Darstellungen:
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1 in perspektivischer Ansicht eine erfindungsgemäße Ansaugvorrichtung für ein handgeführtes Arbeitsgerät,
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2 aus einer weiteren perspektivischen Ansicht die Ansaugvorrichtung gemäß 1,
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3 eine Explosionsdarstellung der Ansaugvorrichtung gemäß 1, und
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4 in Explosionsdarstellung eine weitere Darstellung der Ansaugvorrichtung.
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1 stellt eine Ansaugvorrichtung 100 eines Arbeitsgerätes dar. Das Arbeitsgerät, das im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Trennschleifgerät ist, weist einen Verbrennungsmotor 25 auf, der innerhalb des Motorgehäuses 28 angeordnet ist. Der Zylinder 29 des Verbrennungsmotors 25 ist von Außen sichtbar. Am Motorgehäuse 28 ist ferner ein Gebläse 10 mit einem Gebläsegehäuse 12 befestigt, welches in den 3 und 4 verdeutlicht ist. Das Gehäuse 12 ist mit einem Lufteinlass 13 und einem Luftauslass 14 ausgebildet. Der Lufteinlass 13 ist in Form eines Kanals ausgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kanal hierbei einen Rechteckquerschnitt auf.
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3 und 4 verdeutlichen, dass das Gebläse 10 einen Lüfterrad 11 aufweist, das in dem Gebläsegehäuse 12 aufgenommen ist und drehbar gelagert um eine Drehachse 15 angeordnet ist. Der Lufteinlasskanal 13 verläuft im Wesentlichen radial zur Achse 15. Im Gegensatz zum Lufteinlass 13 ist der Luftauslass 14 im Wesentlichen tangential zur Achse 15 gerichtet ausgestaltet.
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Die dargestellte Ansaugvorrichtung 100 gemäß 1–4 ist mit einer Luftreinigung ausgeführt, die die Verbrennungsluft aus der Umgebung ansaugt. Problematisch ist, dass in Betrieb derartiger Arbeitsgeräte, insbesondere bei Trennschleifgeräten, durch deren Arbeitswerkzeug Schmutz wie Staub oder dergleichen erzeugt wird. Der Schmutz kann hierbei aus organischen oder anorganischen Partikeln gebildet sein. Die vom Verbrennungsmotor 25 angesaugte Verbrennungsluft muss vor Eintritt in den nicht dargestellten Brennraum des Verbrennungsmotors 25 gereinigt werden, um einen Verschleiß zu vermeiden. Hierzu weist die Ansaugvorrichtung 100 einen in 2 rein schematisch dargestellten Fliehkraftabscheider 30 auf, der die mit Schmutzpartikeln belastete Umgebungsluft 33 von Außen ansaugt und die Verbrennungsluft 33 in mindestens einen ersten Luftstrom 31, der weitestgehend von Schmutzpartikeln befreit ist, und in einen mit Schmutzpartikeln belasteten zweiten Luftstrom 32 trennt. Der erste Luftstrom 31 wird anschließend in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 25 geführt. Zwischen dem Verbrennungsmotor 25 und dem Fliehkraftabscheider 30 befindet sich vorzugsweise ein Luftfilter, der den ersten, von Schmutzpartikeln weitestgehend befreiten Luftstrom 31 zusätzlich reinigt, welches explizit nicht dargestellt ist. Die mit Schmutzpartikeln beladene Luft 32 wird in den Lufteinlass 13 geleitet, wobei das Lüfterrad 11 mit seinen Leitschaufeln den nötigen Unterdruck entstehen lässt.
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Wie in 3 und 4 deutlich zu erkennen ist, ist das Arbeitsgerät mit einer Antriebseinheit 20 ausgestattet, die mit dem innerhalb des Motorgehäuses 28 angeordneten Motor 25 in Wirkverbindung steht. Aus dem Motorgehäuse 28 erstreckt sich eine Kurbelwelle 21 in Richtung des Gebläses 10. Die Kurbelwelle 21 ist mit einer Fliehkraftkupplung 22 verbunden, die wiederum unmittelbar am Lüfterrad 11 befestigt ist. Zwischen der Kurbelwelle 21 und der Fliehkraftkupplung 22 befindet sich eine Kupplungstrommel 23, in der die Fliehkraftkupplung 22 angeordnet ist. Die Fliehkraftkupplung 22 weist des Weiteren eine dem Lüfterrad 11 zugewandte Kupplungsaufnahme 22a auf. Die Kupplungsaufnahme 22a dient hierbei zur Befestigung des Lüfterrades 11. Das Lüfterrad 11 weist einen kreisrunden Deckel 16 auf, der mit der Kupplungsaufnahme 22a befestigbar verbindbar ist. Form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Befestigungsalternativen sind hierbei denkbar. Am Umfang des Lüfterrades 11 ist ein Dichtring 17 vorgesehen.
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Ferner weist das Motorgehäuse 28 eine Ausnehmung 27 auf, durch die die Antriebseinheit 20 mit der Kurbelwelle 21, der Kurbeltrommel 23 sowie der Fliehkraftkupplung 22 umfasst ist. An der Kupplungstrommel 23 ist an ihrem Umfang eine Riemenscheibe anordbar, die in Wirkverbindung mit dem nicht dargestellten Arbeitswerkzeug steht. Ferner ist das Arbeitsgerät mit einem Auspuff 24 ausgestattet, der im Inneren einen nicht dargestellten Abgasschalldämpfer aufweist. Der Auspuff 24 ist mit einem Einlasskanal 26 ausgebildet, der mit dem Luftauslass 14 des Gebläsegehäuses 12 verbunden ist. Zudem weist der Auspuff 24 einen Auspuffauslass 24a auf.
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Während des Betriebes des Arbeitsgerätes treibt der Verbrennungsmotor 25 die Kurbelwelle 21 mit einer entsprechenden Drehzahl an. Die Fliehkraftkupplung 22 sowie das Lüfterrad 11 werden durch die Kurbelwelle 21 entsprechend in Rotation um die Drehachse 15 gebracht. Das Lüfterrad 11 erzeugt, insbesondere mit Hilfe der Gebläseschaufeln, einen entsprechenden Unterdruck innerhalb des Gebläsegehäuses 10, der den aus den Fliehkraftabscheider 30 weichenden zweiten Luftstrom 32 durch den Lufteinlass 13 ansaugt. Der mit Schmutzpartikeln beladene Luftstrom 32 wird durch das Gehäuse 12 geleitet und verlässt dieses am Luftauslass 14, wobei der zweite Luftstrom 32 unmittelbar über den Einlasskanal 26 in den Auspuff 24 geleitet wird. Während der zweite Luftstrom 32 durch das Gehäuse 12 entlang des Lüfterrades 11 strömt, wird eine Kühlung der Fliehkraftkupplung 22, die während des Betriebes hohe Temperaturen erreichen kann, bewirkt. Innerhalb des Auspuffes 24 vermischt sich der zweite Luftstrom 32 mit dem Verbrennungsgas, das den Motor 25 bzw. den Verbrennungsraum des Motors 25 verlässt, und gelangt durch den Auspuffauslass 24a in die Umgebung. Es hat sich gezeigt, dass durch eine derartige Führung des zweiten Luftstromes 32 über ein Gebläse 10 in den Auspuffraum eine effektive Kühlung des aus dem des Auspuffs 24 austretenden Abgases erzielt werden kann.
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Der Antrieb 20 ist derart ausgestaltet, dass erst bei einer entsprechenden Drehzahl des Motors 25 das Arbeitswerkzeug angetrieben wird. Dieses wird durch die hier dargestellte Fliehkraftkupplung 22 erreicht, die erst bei einer bestimmten Drehzahl einen Kraftschluss mit der Kupplungstrommel 23 herstellt. Selbstverständlich sind alternative Antriebseinheiten in Hinblick auf die vorliegende Erfindung einsetzbar.
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Wie in 2 dargestellt ist, weist das Gebläsegehäuse 12 einen Deckel 18 auf, die materialeinheitlich miteinander verbunden sind. Das Motorgehäuse 28 mit seiner Ausnehmung 27 sowie der Deckel 18 bilden eine Öffnung 19, durch die der an der Kupplungstrommel 23 angeordnete Riemen sich erstreckt.
