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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Gartengerät mit wenigstens einer Arbeitsklinge zum Ausführen eines Schneidvorgangs.
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Gattungsgleiche Gartengeräte sind Werkzeuge, welche speziell zur Bearbeitung von Gärten und Parkanlagen dienen. Eine mögliche Einteilung der Gartengeräte kann zwischen Geräten zur Bodenbearbeitung, zum Säen und Pflanzen, zum Düngen, zum Mähen des Rasens, zum Schneiden, zum Obstbrechen und zum Gießen und Spritzen vorgenommen werden. Das hier betrachtete elektrisch angetriebene Gartengerät umfasst mindestens eine Arbeitsklinge, wobei diese Arbeitsklinge zum Schneiden, Ritzen oder Pflügen geeignet sein kann. Derartige Gartengeräte können als Astsäge, Baumschere, Buchsschere- oder Furchenzieher, Gartenkompostiergerät, Gartenmesser, Rasenschere, Ringelzange, Rosengabel, Rosenschere, Dreizinkgrubber bzw. Kultivator, Sichel, Jäter, Vertikutierer bzw. Aerifizierer oder dergleichen eingesetzt werden. All diesen Gartengeräten ist gemeinsam, dass sie wenigstens eine Arbeitsklinge zum Schneiden, Ritzen oder Pflügen aufweisen.
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Aus dem Stand der Technik sind motorbetriebene Gartengeräte bekannt, die in überwiegenden Fällen einen Elektro- oder Verbrennungsmotor umfassen, der zumeist eine rotatorische, bisweilen auch eine translatorische Bewegung erzeugt, um über ein geeignetes Getriebe oder eine mechanische Umsetzung eine oder mehrere Arbeitsklingen zur Ausführung einer Arbeitsbewegung anzutreiben, insbesondere um eine Schneide- bzw. Ritz- oder Pflugbewegung auszuführen. Beispielhaft sollen Grasschneidewerkzeuge, insbesondere Rotationsmäher, Balkenmäher oder Spindelmäher näher betrachtet werden. Spindelmäher umfassen eine rotierende Spindel, an der ein Obermesser angeordnet ist, das das Gras dadurch schneidet, dass es sich gegen ein feststehendes Untermesser bewegt und somit einen scherenähnlichen Schneidevorgang ausübt. Analog zu Spindelmähern weisen Balkenmäher eine Reihe feststehender fingerförmiger Untermesser auf, über die eine Leiste mit dreieckigen Obermessern hin und her bewegt wird. In anderen Ausführungen bewegen sich Ober- und Untermesser beide gegenläufig. In ihrem Aufbau entsprechen diese etwa einer einseitig schneidenden Motorheckenschere oder einer stark vergrößerten Haarschneidemaschine. Auch Balkenmäher arbeiten nach einem Scherenprinzip und haben die gleichen Vor- und Nachteile wie Spindelmäher. Am weitesten verbreitet sind so genannte Sichel- oder Rotationsmäher. Diese weisen horizontal angeordnete Schneidemesser auf, die mit hoher Geschwindigkeit rotieren und gegen das Gras schlagen, wobei mittels einer oder mehrerer scharfer Arbeitsklingen ein Durchschneiden der Grashalme erreicht wird. Der Großteil der handgeführten Rasenmäher sind Sichelmäher, wobei manche Ausführungen Arbeitsklingen aufweisen, bei denen zwei Messer übereinander angeordnet sind. Die schneidenden Arbeitsklingen können angeschraubte Messer oder angeschliffene Messerbalken sein. In der Großlandwirtschaft eingesetzte Exemplare werden als Kreiselmäher bezeichnet.
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All diesen motorisch angetriebenen Gartengeräten mit mindestens einer Arbeitsklinge liegt das Verfahren zugrunde, dass schnell bewegte Messerklingen mit einem hohen mechanischen Hub einen Schneidevorgang durchführen. Aufgrund sich schnell bewegender Messerklingen mit einem relativ großen Schneidehub besteht bei einem Benutzer oder bei sich im Gras befindlichen Lebewesen ein hohes Verletzungspotential. Des Weiteren entsteht aufgrund der hohen mechanischen Kräfte, die ein solches Schneidewerkzeug ausübt, ein erhebliches Schädigungspotential von beispielsweise Randsteinen, Zierpflanzen oder anderen im Gras verborgenen Gegenständen, darunter fallen auch Stromzuleitungen zu elektrisch angetriebenen Rasenmähern. Weiterhin sind solche motorisch angetriebenen Geräte bedingt durch den Antrieb und die Schneidegeräusche relativ laut, wobei selbst die Verwendung eines an sich geräuscharmen Elektromotorantriebs mit einem hohen Lärmbelästigungspotential aufgrund der großen mechanisch bewegten Massen verbunden ist. In Bezug auf Rasenmäher existiert des Weiteren das Problem, dass zum Teil technisch bedingt sehr unsaubere Schnitte der Grashalme durchgeführt werden, wobei die Schnittkante der Grashalme oftmals stark geschädigt werden, was zum Absterben der oberen Halmbereiche und damit zu einer unschönen braunen Verfärbung der Rasenspitzen führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Gartengerät mit wenigsten einer Arbeitsklinge zum Ausführen eines Schneidevorgangs. Hierzu umfasst das Gartengerät ein Bedienteil zur benutzerseitigen Aktivierung des Gartengeräts, eine Antriebseinheit zur Erzeugung einer Arbeitsbewegung der wenigstens einen Arbeitsklinge, einen Klingenbereich für eine lineare und/oder oszillierende Arbeitsbewegung der angetriebenen wenigstens einen Arbeitsklinge, eine Elektronikeinheit zum Beaufschlagen der Antriebseinheit mit wenigstens Steuer- und/oder Regelsignalen und eine Betriebsspannungseinheit zur Bereitstellung einer elektrischen Energieversorgung der Elektronikeinheit.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinheit wenigstens einen Anregungsaktor mit einem volumenanregungsaktiven Material umfasst, welcher im Betrieb von der Betriebsspannungseinheit elektrisch versorgt ist und von der Elektronikeinheit gesteuert oder geregelt ist.
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Gattungsgemäße elektrische Gartengeräte sind in der Regel tragbar und können von einem Bediener im Betrieb in der Hand gehalten werden, wobei sie kabellos über Batteriepacks oder mittels eines Anschlusskabels über Netzstrom betrieben werden können. Wird der Anregungsaktor mittels einer batterie- oder netzgespeisten Betriebsspannungseinheit elektrisch versorgt und von der Elektronikeinheit gesteuert oder geregelt, so kann er mit einer Frequenz, insbesondere einer Resonanzfrequenz des mechanischen Gesamtsystems, betrieben werden, so dass eine hohe mechanische Ausgangsleistung und hierdurch ein hoher Wirkungsgrad zur Verfügung gestellt werden kann. Dabei kann der Anregungsaktor ein Ultraschallanregungsaktor sein. Das Schwingungssystem des Anregungsaktors, das eine mechanische Schwingungsfrequenz erzeugt, ist in der Regel mit an dem Schwinger angekoppelten Komponenten, insbesondere Komponenten, die den Ultraschall verstärken (Booster) und zu einem Bearbeitungsort übertragen (Sonotrode), gekoppelt. Diese ermöglichen eine Baugrößenreduktion zur Bereitstellung eines kompakten Gerätes. Es können auch mehrere Anregungsaktoren mit gleicher oder unterschiedlicher Anregungsfrequenz betrieben werden, die dazu dienen, eine oder mehrere Arbeitsklingen anzutreiben. Alternativ können jedoch auch eine oder mehrere weitere Antriebskomponenten, etwa ein Elektromotor oder Verbrennungsmotor, vorgesehen sein. Die verschiedenen Antriebskomponenten und Antriebskonzepte können alternativ oder in Kombination betrieben werden. Wird der wenigstens eine Anregungsaktor in einer Resonanzfrequenz des mechanischen Antriebssystems betrieben, ist die Leistungsausbeute besonders hoch, so dass bei gegebener Ausgangsleistung das Gartengerät besonders kompakt gebaut sein kann, was der komfortablen Handhabung dient. Das Gartengerät kann kabellos mit Batterie oder Akku betrieben sein oder auch zusätzlich oder alternativ mit Netzstrom über ein Netzkabel betreibbar sein.
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Je nach Anwendungszweck kann die Antriebseinheit lösbar mit den Arbeitsklingen verbunden sein oder es kann eine feste Verbindung zwischen Antriebseinheit und Arbeitsklingen bestehen. Diese Verbindung kann stoffschlüssig oder kraftschlüssig sein. Das Gartengerät dient insbesondere zur schneidenden, ritzenden oder fräsenden Bearbeitung verschiedenster Arbeitsabläufe im Garten und kann in beliebigen Geräten zum Antrieb von einer oder mehrerer Arbeitsklingen eingesetzt werden. Hierzu ist es durchaus denkbar, das ein als Antriebsblock ausgebildeter Teil des Gartengeräts, beispielsweise umfassend Antriebseinheit mit Bedienteil, Elektronikeinheit und Betriebsspannungseinheit mechanisch von der oder den Arbeitsklingen bzw. einem Rumpfgerät, das die Arbeitsklingen und weitere mechanische Kraftübertragungskomponenten umfasst, abkoppelbar ausgebildet ist, so dass dieser Antriebsblock des Gartengeräts mechanisch an andere Rumpfgeräte mit Arbeitsklinge aufsetzbar ist. Somit können verschiedene Gartengeräte mit nur einem Antriebsblock betreibbar sein, wodurch eine Serie antriebsadaptierbarer Gartengeräte geschaffen werden kann, die flexibel einsetzbar und kostengünstig verfügbar sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung kann die Elektronikeinheit ausgebildet sein, um den wenigstens einen Anregungsaktor in einer Resonanzfrequenz f_res zu betreiben, wobei vorzugsweise die Elektronikeinheit eine Regeleinheit mit Frequenzanpassung zur Nachführung der Resonanzfrequenz zu wenigstens einem Anregungsaktor umfasst. Somit stellt die Elektronikeinheit Steuer- und Regelsignale bereit, um den Anregungsaktor in einer Resonanzfrequenz zu betreiben, um eine möglichst hohe Leistungsausbeute zu erreichen und eine kompakte Bauweise der Antriebseinheit zu ermöglichen. Hierzu kann eine ausreichend hohe Güte des Schwingungssystems ausgenutzt werden, um mit hoher Effizienz und geringem Energieverbrauch eine hohe mechanische Ausgangsleistung zur Verfügung zu stellen, wobei die Güte des ungedämpften Schwingungssystems Werte von typischerweise über 300 bis über 2000 erreichen kann. Wird dabei die Elektronikeinheit mit einer Regeleinheit versehen, die der Frequenzanpassung zur Nachführung der Resonanzfrequenz des wenigstens einen Anregungsaktors dient, so kann die Resonanzfrequenz kontinuierlich angepasst werden, wenn zum Beispiel wegen einem andersartigen Einsatzzweck ein Wechsel des an den Anregungsaktors gekoppelten Werkzeugs erforderlich ist oder sich bei Belastung des Werkzeugs die Resonanzfrequenz des Anregungsaktors ändert. Damit wird im Betrieb stets eine optimale Leistungsausbeute ermöglicht. Vorteilhaft kann die Elektronikeinheit eine Phasenregelkette umfassen, mit der die Resonanzfrequenz mit hoher Genauigkeit angeregt werden kann. So kann eine Phasenverschiebung zwischen elektrischem Strom und elektrischer Spannung, welche dem volumenanregungsaktiven Material zur Anregung der Ultraschallschwingungen zugeführt werden, auf einen festen Wert, insbesondere Null-Grad-Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung eingestellt und gehalten werden, womit eine optimale mechanische Leistungsausbeute erreicht werden kann.
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Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung kann das anregungsaktive Material zumindest eines Anregungsaktors piezoelektrisch oder magnetostriktiv ausgebildet sein, wobei vorzugsweise der wenigstens eine Anregungsaktor an der Klingenspitze eine Schwingungsamplitude im Bereich von 5 μm bis 100 μm erreichen kann. Somit kann das anregungsaktive Material zumindest eines Anregungsaktors ein piezoelektrisches Material sein, insbesondere eine Piezokeramik, so dass sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung das piezoelektrische Material verformt. Insbesondere kommen als piezoelektrisches Material piezoelektrische Kristalle, piezoelektrische Keramiken oder piezoelektrische Dünnschichten in Frage. Alternativ oder auch additiv können ein oder mehrere Anregungsaktoren auch mittels eines magnetostriktiven Materials angetrieben werden. Diese verformen ihr Volumen durch ein angelegtes magnetisches Feld. Dabei erfährt der Körper bei konstantem Volumen eine elastische Längenänderung, die hervorragend zur Anwendung in einem Linearantrieb oder zur Erzeugung einer linearen Schwingung dienen kann. Das antreibende magnetische Feld kann mittels einer stromdurchflossenen Magnetspule und mittels eines Eisenkerns an das elektrostriktive Material abgegeben werden. Somit lässt sich der Anregungsaktor als piezoelektrischer Langevinschwinger oder als Magnetostriktionsschwinger ausbilden. Dabei ist es insbesondere weiterhin vorteilhaft, wenn der Anregungsaktor an der Klingenspitze eine Schwingungsamplitude im Bereich von 5 μm bis 100 μm erreichen kann. Eine entsprechend hohe Schwingamplitude ist vorteilhaft für eine gute Leistungsübertragung auf die Arbeitsklinge und damit für eine hohe Schneidleistung durch das Gartengerät.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Betriebsfrequenz des wenigstens einen Anregungsaktors im Bereich zwischen 10 kHz und 1000 kHz, vorzugsweise zwischen 15 kHz und 60 kHz, insbesondere über 20 kHz liegen. Aufgrund einer so hohen Anregungsfrequenz, die im Ultraschallbereich angesiedelt ist, sinkt zunächst einmal mit steigender Frequenz die Baugröße der Anregungskomponenten und die mechanische Belastung des Schwingungssystems, wobei sich im ausgewählten Frequenzbereich vorteilhafte Größenverhältnisse bei hoher Ausgangsleistung mit günstigem Gewicht des Gartengeräts ergeben. Des Weiteren wird durch eine Anregungsfrequenz über der typischen Hörfrequenz eines Menschen, die typischerweise im Bereich zwischen 30 bis 16.000 Hz liegt, ein Anregungsaktor geschaffen, dessen Betrieb praktisch unhörbar für den Menschen stattfindet, so dass keine oder eine nur sehr geringe Lärmbelästigung durch den Betrieb des Gartengeräts auftritt. Diese ermöglicht ein leises und angenehmes Arbeiten mit dem Gartengerät.
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Gemäß einer günstigen Weiterentwicklung der Erfindung kann die Betriebsspannungseinheit einen elektrochemischen Speicher, insbesondere einen wiederaufladbaren elektrochemischen Speicher umfassen. Alternativ oder auch additiv hierzu kann die Betriebsspannungseinheit einen Stromgenerator, insbesondere eine Photovoltaikmoduleinheit oder einen Verbrennungsmotor-Stromgenerator, vorzugsweise zur Aufladung des wiederaufladbaren elektrochemischen Speichers umfassen. Zum Betrieb des Anregungsaktors und der Elektronikeinheit ist eine elektrische Spannungsversorgung durch die Betriebsspannungseinheit notwendig, so dass diese grundsätzlich entweder mittels eines Netzbetriebes über ein Netzkabel direkt an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen werden kann oder eine Konstantstromquelle in Form eines elektrochemischen Speichers, insbesondere einer Batterie oder eines wiederaufladbaren Akkumulators, umfassen kann. Solche transportablen elektrochemischen Speicher machen das Gartengerät unabhängig von einem Kabel und lassen einen beliebigen Einsatzort zu. Gerade in entlegenen Gebieten oder fernab von jeder Möglichkeit, eine Batterie oder einen Akku aufzuladen bzw. zu erneuern, kann es vorteilhaft sein, wenn das Gartengerät auf eine alternative oder zusätzliche Stromquelle zurückgreifen kann. Hierzu ist es vorteilhaft denkbar, eine Photovoltaikmoduleinheit am Gartengerät anzubringen, deren erzeugter Strom mittels Sonnenenergie über lange Leerlaufphasen des Gartengerätes einen Akku aufladen kann, oder einen Verbrennungsstromgenerator in der Betriebsspannungseinheit vorzusehen, der beim Betrieb entweder genügend Strom zur Verfügung stellt, um Elektronikeinheit und Antriebseinheit direkt anzutreiben, oder um einen Akku aufzuladen, so dass im Betrieb weiterhin Strom durch eine elektrochemische Spannungsquelle bereitgestellt werden kann.
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Gemäß einer günstigen Weiterentwicklung der Erfindung kann das Gartengerät eine oder mehrere optische und/oder akustische und/oder haptische Betriebsanzeigen für die Anzeige eines aktivierten Zustands des wenigstens einen Anregungsaktors umfassen. Die Anzeige kann dabei optisch und/oder akustisch und/oder haptisch beispielsweise durch Vibration erfolgen. Die Betriebssicherheit des Gartengerätes kann dadurch erhöht werden, da klar erkennbar ist, ob der Anregungsaktor aktiviert ist und mechanische Leistung abgegeben wird bzw. die Arbeitsklingen eine Schnittbewegung durchführen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Arbeitsfrequenz des Anregungsaktors oberhalb der menschlichen Hörfrequenz liegt, so dass ein Benutzer nicht aufgrund von Arbeitsgeräuschen des Anregungsaktors auf den Betriebszustand des Gartengeräts schließen kann und somit die Gefahr besteht, dass er bei aktiviertem Anregungsaktor in den Klingenbereich der Arbeitsklinge geraten und sich verletzen kann.
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Entsprechend eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung kann das Gartengerät als Rasenmäher ausgebildet sein, wobei die Arbeitsklinge als Grasschnittklinge ausgeformt sein kann und die Grasschnittklinge mittels eines Fahrgestells in einer einstellbaren Höhe über das zu schneidende Gras bewegbar sein kann. Durch Antrieb zumindest einer Arbeitsklinge mittels eines Ultraschallanregungsaktors kann ein Rasenmäher geschaffen werden, mit dem das Schneiden von Grashalmen sehr leise, exakt und schädigungsarm durchgeführt werden kann, wobei die Arbeitsklinge nicht mit hoher Geschwindigkeit und großem Schnitthub geführt werden muss – abgesehen von der Schwingungsbewegung mit Amplituden zwischen 5 μm bis 100 μm. Aufgrund der nicht oder kaum hörbaren Betriebsfrequenz des Anregungsaktors von typischerweise über 20 kHz (üblich 15 bis 60 kHz) kann der gesamte Grasschneidevorgang absolut geräuschfrei erfolgen. Die ultraschallangeregten Arbeitsklingen können dabei so ausgeführt werden, dass damit die Kanten der Rasenflächen auch z. B. an einem Einfassungs- oder Randstein bzw. entlang eines Gartenzauns exakt abgeschnitten werden können. Aufgrund der geringen mechanischen Arbeitsbewegung der Klingen und des sanften Schnittvorgangs können die Klingen bis an den äußersten Rand des Rasenmähers geführt sein, so dass Gras bis nahe an einem Mauerwerk oder an einem Zaun sauber geschnitten werden kann, und ohne dass im Gras befindliche Gegenstände beschädigt oder Lebewesen verletzt oder getötet werden.
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Anschließend an die vorangehende vorteilhafte Weiterentwicklung des Gartengeräts als Rasenmäher ist es denkbar und vorteilhaft, dass der Rasenmäher eine Bürsteneinrichtung umfasst, die das zu schneide Gras mittels einer Bürstenbewegung, insbesondere einer Bürstenrotationsbewegung, gegen die Arbeitsklinge führen kann. Wird die Arbeitsklinge des Rasenmähers in einstellbarer Höhe mittels eines Fahrgestells einfach über das zu schneidende Gras bewegt, so werden nur die Gräser abgeschnitten, die entsprechend hoch sind und sich gegen die Anpresskraft der Arbeitsklinge stellen können. Durch den Einsatz einer Bürsteneinrichtung, wobei deren Bürstenbewegung dazu dient, auch das nahe am Boden anliegende Gras gegen die Arbeitsklinge zu führen, können alle Gräser, selbst niedergedrückte Gräser, von der Arbeitsklinge erfasst und sauber abgeschnitten werden. Somit wird ein gleichmäßiges Schnittergebnis erreicht. Günstigerweise kann das Schnittgut mithilfe der Bürsteneinrichtung und/oder weiteren Vortriebseinrichtungen in einen Auffangbehälter gefördert werden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung des Gartengeräts kann das Gartengerät als Schere ausgebildet sein, insbesondere als Heckenschere, wobei die Arbeitsklinge als Heckenscheren-Klinge oder -Mehrklinge mit Gegenklinge oder Gegenklingen ausgeformt sein kann, oder als Astschere, wobei die Arbeitsklinge als Astscherenklinge oder -Mehrklinge mit Gegenklinge oder Gegenklingen ausgeformt ist. Hierzu ist es denkbar, dass die Heckenschere oder Astschere eine einzige Arbeitsklinge mit Gegenklinge im Wellenschliff umfasst, jedoch auch, dass beispielsweise die Heckenschere oder Astschere analog einer elektrischen Heckenschere ein Schwert aufweist, bei dem auf einer feststehenden Leiste, beispielsweise rechts und links, eine Reihe feststehender Messer befestigt sind, deren Abstand dem maximal zu schneidenden Astdurchmesser entspricht und darüber ein zweiter, ebenfalls messerbesetzter Balken mittels eines oder mehrerer Anregungsaktoren hin und her bewegt werden kann, so dass die Messer des Balkens eine feststehende lange Reihe einzelner Scheren bilden. Ist die Hecken- und/oder Astschere als Einzelschere ausgebildet, so hat ihre Schneidarbeitsklinge vorzugsweise eine Länge von ca. 30 cm, wobei die Schneide nach innen gebogen sein kann und Wellenschliffschneiden aufweisen kann. Hierbei kann die Ultraschallarbeitsklinge beispielsweise kleine Schnittbewegungen durch minimale Achsdrehung der Arbeitsklinge gegenüber der feststehenden Gegenklinge ausführen, so dass durch eine leichte manuelle oder auch motorbetriebene Schneid- oder Zangenbewegung der beiden Scherklingen gegeneinander und durch die überlagerte Vibrationsbewegung mittels des Ultraschallantriebsaktors ein leichtes Durchschneiden von dichten Hecken, dicken Ästen oder Baumstümpfen ermöglicht wird.
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Schließlich kann in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel das Gartengerät als Spaten oder Vertikutierer ausgebildet sein, wobei die Arbeitsklinge als Spaten- oder als eine oder mehrere Vertikutiererklinge oder Vertikutiererklingen ausgeformt sein kann. Ein Spaten dient zum Lösen, Umdrehen oder Bewegen von Erdreich, wobei der Spatenstiel fest in einem Spatenblatt eingespannt ist. Beim Einstechen des Spatens dient die Arbeitsklinge des Spatenblatts zum Eindringen in die Erdreichoberfläche und zum Durchtrennen von Wurzelwerk. Wird diese Arbeitsklinge ebenfalls mittels hochfrequenten mechanischen Schwingungen angeregt, so ist insbesondere der Einstichvorgang eines Spatens in hartes, verklebtes Erdreich und in dichtes Wurzelwerk leicht durchführbar. In analoger Weise umfassen Vertikutierer eine Reihe von Vertikutiererklingen, die dem Anritzen einer Grasnarbe in einer Rasenfläche dienen, um Mulch oder Moos zu entfernen und die Belüftung des Erdreichs zu fördern. Dabei können rotierende Federstahlmesser oder Federn senkrecht in den Boden ritzen. Diese Ritzbewegung kann mittels eines Anregungsaktors entweder unterstützt oder alleinig vorgenommen werden, wobei eine kontrollierte mechanische Anritzung des Bodens und exakte millimetertiefe Ritzführung relativ geräuschlos durchgeführt werden können.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gartengeräts als Rasenmäher;
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gartengeräts als Heckenschere;
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3 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Gartengeräts als Astschere;
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gartenschere als Spaten;
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5 in einer schematischen Darstellung die Funktionsweise der verschiedenen Einheiten eines erfindungsgemäßen Gartengeräts.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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Zur Erläuterung der Erfindung zeigen die 1 bis 4 verschiedene Einsatzmöglichkeiten ultraschallangeregter Gartengeräte in Form von Ausführungsbeispielen mit einem Ultraschallanregungsaktor zum Betrieb einer oder mehrerer Arbeitsklingen.
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Hierzu zeigt 1 eine Ausführung eines Gartengerätes 10 als Rasenmäher 30, der über zu schneidendes Gras 28 geführt wird. Hierzu ist der Rasenmäher 30 auf ein Fahrgestell 26 montiert, das eine Anordnung der Arbeitsklinge 18 auf einer definierten Arbeitshöhe zur Erzielung einer einstellbaren Schnitthöhe des zu schneidenden Grases 28 ermöglicht. Der Rasenmäher 30 umfasst ein Bedienteil 12, das am oberen Ende des Fahrgestells 26 angeordnet ist, um vom Bediener leicht erreicht zu werden, wobei der Bediener am oberen Bedienteil des Gartengeräts 10 eine haptische Betriebsanzeige 40 vorfindet, die im Betrieb des Rasenmähers 30 vibriert und hierdurch signalisiert, dass der Anregungsaktor in Betrieb ist. Ferner umfasst der Rasenmäher 30 eine Betriebsspannungseinheit 22 und eine Elektronikeinheit 20, die modular gekapselt am Fahrgestell 26 angeordnet sind, und beispielsweise einen Akkumulator sowie ein Netzteil für eine kabelgebundene Stromversorgung und Akkumulatoraufladung und eine Steuerelektronik für die Ansteuerung des Anregungsaktors 24 umfasst. Die Batteriespannungs- und Elektronikeinheit 20, 22 ist mittels eines Kabels mit einer Antriebseinheit 14, in der der Anregungsaktor 24 angeordnet ist, verbunden. Wird der Anregungsaktor 24 der Antriebseinheit 14 mit elektrischen Signalen beaufschlagt, so führt er eine hochfrequente mechanische Schwingung aus, die den Klingenbereich 16 der Arbeitsklinge 18 mittels einer linearen hochfrequenten mechanischen Schwingung antreibt, so dass eine mechanische Schnittbewegung ausgeführt wird, um die obersten Grasspitzen des zu schneidenden Grases 28 abzuschneiden. Zur Unterstützung der Abschneidwirkung dient eine Bürsteneinrichtung 46, die als Rollenbürsteneinrichtung ausgelegt ist und deren Rollbewegung dazu dient, Gras gegen die hochfrequent oszillierende Arbeitsklinge 18 zu pressen, um zuverlässig selbst niedergedrücktes Gras auf die gewünschte Länge abschneiden zu können. Innerhalb der Antriebseinheit 14 ist, nicht dargestellt, ein System aus Booster und Konverter zur hochfrequenten mechanischen Schwingungsanregung angeordnet. Je nach Nutzervorgabe kann die Antriebseinheit mittels des Bedienteils 12 ein- und ausgeschaltet werden. Die Betriebsspannungseinheit 22 kann entweder mittels eines Akkumulators oder eines Netzkabels versorgt werden. Mit dem einfach ausgeführten Fahrgestell 26 kann die Arbeitsklinge 18 in geeigneter Höhe über die Grasfläche 28 geführt werden, um das Gras in gewünschter Höhe zu kürzen. Zur Verbesserung des Schnittergebnisses können die Grashalme noch mit der geeigneten Bürsteneinrichtung 46 analog zum konventionellen Mähdrescher aufgerichtet und gegen die Arbeitsklinge 18 geführt werden. Zum Schutz vor Verletzungen kann die Arbeitsklinge weiterhin mit einem geeigneten Schutzkorb versehen werden.
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2 stellt schematisch die Ausführung eines Gartengeräts 10 als Heckenschere 50 m die zum Kürzen einer zu schneidenden Hecke 58 ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Heckenschere 50 ein ca. 60 cm langes Scherenblatt 52, das zweiteilig aufgebaut ist, wobei auf der Unterseite eine Reihe von Heckenscheren-Gegenklingen 56 feststehend angeordnet sind, über die auf der Oberseite eine Reihe von linear oszillierend bewegter Heckenscherenklingen 54 geführt werden. Der Antrieb der Heckenscherenklingen 54 erfolgt mittels einer Antriebseinheit 14, in der sich ein Anregungsaktor 24, beispielsweise ein Ultraschall-Langevinschwinger befindet. Zur Erleichterung des Arbeitsvorgangs auch in dunklen Bereichen bzw. bei Dämmerung, ist am Schaft des Heckenscherenblatts 52 eine Arbeitsfeldbeleuchtung 42 angeordnet, die sowohl Heckenscherenblatt 52 als auch einen Teil der zu schneidenden Hecke 58 ausleuchten kann. Zur Versorgung der Antriebseinheit 14 mit elektrischen Signalen sind unmittelbar an der Antriebseinheit 14 eine Elektronikeinheit 20 und eine Betriebsspannungseinheit 22 angeordnet. Die Elektronikeinheit 20 dient der Ansteuerung des Anregungsaktors 24, wobei die erforderliche Energie durch die Betriebsspannungseinheit 22 zum einen batteriegespeist und zum anderen auch mittels eines Netzkabels zur Verfügung gestellt werden kann. Am Gehäuse der modular zusammengefassten Elektronik- und Betriebspannungseinheit 20, 22 sind sowohl ein Bedienteil 12 zur Aktivierung der Heckenschere 50 angeordnet, als auch eine optische Betriebsanzeige 38 in Form einer Betriebsanzeigenleuchte, beispielsweise eine Betriebs-LED vorgesehen, die den aktiven Betrieb der Heckenschere 50 anzeigt.
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3 stellt schematisch den Einsatz eines elektrischen Gartengeräts 10 als Astschere 60 dar. Die Astschere 60 dient zum Abschneiden von Ästen 68 eines Baumes 66. Die Astschere 60 umfasst eine Schere, die eine Astscherenklinge 62 und eine feststehende Astscheren-Gegenklinge 64 umfasst. Durch eine gegenläufige Zangen- oder Scherenbewegung der Astscherenklinge 62 gegenüber der feststehenden Gegenklinge 64 wird eine Schnittbewegung durchgeführt, um den zu schneidenden Ast 68 abzuschneiden. Dabei dient eine durch einen Doppelpfeil angedeutete hochfrequent vibrierende Ultraschallbewegung der Astscherenklinge 62 gegenüber der Gegenklinge 64 zum einen dazu, die Schnittkräfte zu reduzieren, und ein Anritzen des zu schneidenden Astes 68 zu erreichen. Zum anderen kann der mechanische Anregungsaktor 24 auch eine gegenläufige Schnittbewegung beider Klingen 62, 64 antreiben, wobei diese auch manuell ausgeführt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann die Astscherenklinge 62 auch durch eine hochfrequente vibrierende Ultraschallbewegung in Klingenlängsrichtung angeregt werden, so dass die Klinge 62 gegenüber der Gegenklinge 64 eine messerähnliche Schneidbewegung vollführt. Hierzu wird die Astscherenklinge 62 mittels der Antriebseinheit 14, in der sich ein Anregungsaktor 24 befindet, mechanisch in Schwingung versetzt. Gespeist und gesteuert wird die Antriebseinheit 14 durch eine Betriebsspannungs- und Elektronikeinheit 20, 22, an deren Gehäuse sowohl ein Bedienteil 12 zur Aktivierung der Astschere angeordnet ist, als auch eine optische Betriebsanzeige 38 in Form einer optischen Betriebs-LED bzw. eines Betriebsdisplays und eine haptische Betriebsanzeige 40, die dem Benutzer durch leichte Vibration anzeigt, dass die Astschere in Betrieb ist.
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Schließlich ist in 4 ein Ausführungsbeispiel eines Gartengeräts 10 als Spaten 70 dargestellt. Der Spaten 70 umfasst einen Spatenstiel 80 sowie ein Spatenblatt 82. Am Spatenstiel 80 ist eine Antriebseinheit 14, die einen Anregungsaktor 24 umfasst, angeordnet, und dient dazu, das Spatenblatt und somit die als Spatenklinge 72 ausgeformte Arbeitsklinge 18 linear hochfrequent oszillierend anzutreiben, um einen Einstich des Spatens 70 in hartes Erdreich und Wurzelwerk zu erleichtern. Die Antriebseinheit 14 ist elektrisch mit einer Betriebsspannungs- und Elektronikeinheit 20, 22 verbunden, und lässt sich mittels eines am oberen Ende des Spatenstiels 80 angeordneten Bedienteils 12 aktivieren bzw. deaktivieren. Innerhalb der Betriebsspannungseinheit 22 ist ein wiederaufladbarer Akkumulator angeordnet, der über eine Photovoltaikmoduleinheit 34, die am Gehäuse der Betriebsspannungs- und Elektronikeinheit 20, 22 angeordnet ist, mittels Sonnenlicht aufgeladen werden kann. Da der Spaten nur zu kurzen Zeiten benutzt wird, und die meiste Zeit unbenutzt im Freien gelagert wird, kann die geringe elektrische Energie, die von der Photovoltaikmoduleinheit 34 während der Sonnenstunden zur Verfügung gestellt wird, zum Aufladen des Akkumulators genutzt werden, so dass der Spaten 70 praktisch wartungsfrei und über lange Zeit ohne zusätzliche elektrische Energie funktionsbereit ist.
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Schließlich zeigt 5 ein schematisches Diagramm der Verknüpfung der einzelnen Betriebseinheiten eines ultraschallangeregten Gartengeräts 10. Schematisch betrachtet umfasst das ultraschallangeregten Gartengerät 10 eine Betriebsspannungseinheit 22, die eine elektrische Betriebsspannung zum Betrieb des Gartengeräts 10 zur Verfügung stellt. Die Betriebsspannungseinheit 22 umfasst ein Netzspannungsmodul 74, das aus einer Spannung aus dem öffentlichen Spannungsnetz, beispielsweise einer 240 Volt Wechselspannung, eine 10,8 Volt Gleichspannung erzeugen kann. Des Weiteren umfasst die Betriebsspannungseinheit 22 ein Akkuspannungsmodul 76, das die Spannungsversorgung mittels eines Akkus oder einer Batterie bereitstellt und eine Aufladung des Akkus über das Netzspannungsmodul 74 vornehmen kann. An der Betriebsspannungseinheit 22 ist eine Elektronikeinheit 20 angeschlossen, in der sich eine Regeleinheit 32 befindet. Die Regeleinheit 32 erzeugt elektrische Regel- und Steuersignale zum Betrieb eines Anregungsaktors 24, der sich in der Antriebseinheit 14 befindet. Hierzu kann die Regelschaltung 32 eine Rückkopplungsfunktion aufweisen, um eine Resonanzfrequenz des mechanischen Antriebssystems bei sich ändernden Resonanzbedingungen nachzuführen und eine frequenzangepasste Spannungsversorgung zum Betrieb des Anregungsaktors 24 zur Verfügung zu stellen. An die Regeleinheit 32 sind eine optische und eine haptische Betriebsanzeige 38, 40 angeschlossen, die dem Benutzer den aktivierten Betrieb des Gartengerätes 10 anzeigen können. Dies ist wichtig, da die Ultraschallanregung der Arbeitsklinge in einem hochfrequenten Bereich stattfindet, der für den Nutzer unhörbar ist, wobei sich durch Berührung der aktiven Arbeitsklinge Verletzungen ergeben könnten.
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Daher ist es auch denkbar, dass weitere Schutzsensoren, beispielsweise Lichtschranken, Berührungssensoren oder Ähnliches, im Gartengerät 10 insbesondere im Klingenbereich 16 angeordnet sind, wobei eine Schutzschaltung 78 bei Erkennen eines Gefahrenzustands, beispielsweise einer ungewollten Annäherung einer Hand des Benutzers an die Arbeitsklinge 18 oder eine Überlastung des Anregungsakters 24 ein Abschalten aller stromführenden Teile, insbesondere eine Trennung der Regelschaltung 32 vom Netzspannungsmodul 74 und dem Akkuspannungsmodul 76 vornehmen kann und die Regelschaltung 32 von der Antriebseinheit 14 und dem Anregungsaktor 24 trennt, so dass sowohl die Elektronikeinheit 20 als auch die Antriebseinheit 14 instantan elektrisch abgeschaltet werden.
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Mittels der Erfindung wird zum einem eine Technologie zum sauberen, sicheren und absolut geräuschfreien Schneiden von Gras, Ästen oder Hecken bereitgestellt, zum anderen eine energiesparende und schonende Bearbeitung von Pflanzen sowie ein innovatives Antriebskonzept für die Gartentätigkeit vorgeschlagen.
