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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Aus der
US 4,075,985 ist eine Vorrichtung bekannt,
bei der eine in einem Ansaugkanal schwenkbar gehaltene Drosselklappe
mit einer in einem Luftkanal schwenkbar gehaltenen Luftklappe gekoppelt
ist. Ein mit der Drosselwelle fest verbundener Drosselhebel ist
dabei mit einem Hebel auf der Luftklappenwelle über eine Koppelstange starr
gekoppelt. Luftklappe und Drosselklappe öffnen und schließen somit
gleichmäßig, der Öffnungswinkel
der Drosselklappe über
dem Öffnungswinkel
der Luftklappe verläuft
linear. Für
verschiedene Anwendungsfälle
ist jedoch eine nichtlineare Kopplung zweier Hebel wünschenswert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Betätigungsvorrichtung
der gattungsgemäßen Art
zu schaffen, die auf einfache Weise eine nichtlineare Kopplung eines
Betätigungshebels
mit einem Stellhebel ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungsvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Veränderung des Abstands der Schwenkachse
des Hebels zur Verbindung des Koppelelements mit dem Hebel bewirkt
bei gleichmäßiger Drehung
des Hebels eine nichtlineare Schwenkbewegung des über das
Koppelelement angekoppelten Hebels. Über den Verlauf der Änderung
des Abstands kann die Koppelcharakteristik der beiden Hebel eingestellt
werden.
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Zweckmäßig ist die Verbindung des
Koppelelements mit dem Hebel durch einen Bolzen gebildet, der fest
mit dem Koppelelement verbunden ist und der in einer ersten, im
Hebel angeordneten Nut geführt
ist. Eine derartig ausgebildete Verbindung von Koppelelement und
Hebel ist einfach herstellbar und ermöglicht eine betriebssichere
Ankopplung des Koppelelements an den Hebel.
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Zur Veränderung des Abstands ist vorgesehen,
daß der
Bolzen in einer zweiten Nut geführt
ist, wobei die zweite Nut in einem Bauteil angeordnet ist, gegenüber dem
der Hebel eine Relativbewegung ausführt. Die Relativbewegung der
Nuten zueinander bewirkt eine Zwangsführung des Bolzens im Schnittpunkt
der beiden Nuten. Eine derartige zweite Nut ermöglicht eine einfache, funktionssichere
Zwangsführung
des Bolzens in der Nut. Zweckmäßig schließen die
Längsachsen
der Nuten in jeder Stellung der Hebel einen Winkel α ein. Dadurch
ist die Position des Hebels in den Nuten in jeder Hebelstellung
bestimmt. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, daß die Nuten
in bestimmten Hebelstellungen parallel verlaufen, so daß der Bolzen
ohne Bewegung der Hebel beweglich ist. Hierdurch kann ein Leerweg
eines Hebels gegenüber
dem anderen Hebel realisiert werden.
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Es ist vorgesehen, daß die zweite
Nut in einem zweiten, um die Schwenkachse drehbar gelagerten Hebel
ausgebildet ist. Um eine Zwangsführung
in den Nuten sicherzustellen, ist vorgesehen, daß der zweite Hebel federbelastet
ist. Über
die Auslegung der Feder kann die Kopplungscharakteristik mitbestimmt
werden. Zweckmäßig verläuft die
erste Nut zur Schwenkachse radial. Es ist insbesondere vorgesehen,
daß der
Stellhebel drehfest mit der Drosselwelle eines Vergasers, insbesondere
für den Zweitaktmotor
in einem handgeführten
Arbeitsgerät, verbunden
ist. Eine vorteilhafte Öffnungscharakteristik
ergibt sich, wenn sich der Abstand mit zunehmender Öffnung einer
das Ventilelement bildenden Drosselklappe verkleinert.
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Eine einfache Kopplung des Koppelelements an
den Betätigungshebel
wird ermöglicht,
wenn der Betätigungshebel
eine Bohrung aufweist, in der ein mit dem Koppelelement verbundener
Bolzen geführt ist.
Zweckmäßig ist
das Koppelelement eine Koppelstange.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung für den Vergaser
eines Zweitaktmotors,
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2 eine
schematische Seitenansicht der Kopplung, wobei die beiden Endstellungen
der Kopplung gezeichnet sind,
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3 einen
Schnitt durch eine Welle mit darauf angeordneten Hebeln,
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4 eine
Seitenansicht auf eine Ausführungsvariante
des zweiten Hebels,
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5 ein
Diagramm des Verlaufs der Drehbewegung der Hebel,
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6 eine
Seitenansicht zweier gekoppelter Hebel.
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In 1 ist
der Einsatz der Betätigungsvorrichtung
zur Öffnung
der Drosselklappe eines Vergasers dargestellt. Der Vergaser dient
dabei der Zufuhr von Kraftstoff/Luft-Gemisch zu einem Verbrennungsmotor,
insbesondere zum Zweitaktmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einer
Motorkettensäge,
einem Trennschleifer oder dgl.. Der in 1 schematisch dargestellte Zweitaktmotor 1 besitzt
einen Zylinder 2, in dem ein Brennraum 3 ausgebildet ist.
Der Brennraum 3 ist von einem auf- und abgehenden Kolben 5 begrenzt,
der über
ein Pleuel 6 eine in einem Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagerte
Kurbelwelle 7 antreibt. Ins Kurbelgehäuse 4 mündet ein
Einlaß 8,
durch den dem Kurbelgehäuse 4 Kraftstoff/Luft-Gemisch
zugeführt
wird. Die Abgase werden durch einen Auslaß 9 aus dem Brennraum 3 abgeführt. Kurbelgehäuse 4 und
Brennraum 3 sind über zwei
auslaßnahe Überströmkanäle 10 und
zwei auslaßferne Überströmkanäle 11 in
vorgegebenen Stellungen des Kolbens 5 miteinander fluidisch
verbunden. Die auslaßnahen Überströmkanäle 10, von
denen in 1 nur einer
dargestellt ist, münden
mit einem Überströmfenster 12 in
den Brennraum 3, während
die auslaßfernen Überströmkanäle 11 mit
einem Überströmfenster 13 in
den Brennraum 3 münden. Zweckmäßig besitzt
der Zylinder 4 vier symmetrisch zu einer Einlaß 8 und
Auslaß 9 etwa
mittig teilenden Ebene angeordnete Überströmkanäle. Es kann jedoch auch eine
andere Anordnung und/oder Anzahl von Überströmkanälen zweckmäßig sein.
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Kraftstoff/Luft-Gemisch wird dem
Kurbelgehäuse 4 über einen
Ansaugkanal 17 zugeführt.
Im Ansaugkanal 17 ist ein Vergaser 15 angeordnet,
der ein Vergasergehäuse 16 besitzt,
in dem ein Ansaugkanalabschnitt 18 ausgebildet ist. Im
Ansaugkanalabschnitt 18 ist eine Drosselklappe 19 mit
einer Drosselwelle 20 drehbar gelagert. Die Drosselklappe 19 bildet
ein Ventilelement, mit dem der Strömungsquerschnitt des Ansaugkanals 17 verändert werden
kann. Auf der Drosselwelle 20 ist ein Stellhebel 21 drehfest angeordnet.
Der Betätigungshebel 26 ist
mit dem Stellhebel 21 über
eine Koppelstange 27 gekoppelt. Ein zweiter Hebel 22 ist
auf der Drosselwelle 20 drehbar gelagert. Stromauf der
Drosselklappe 19 ist ein Luftfilter 14 angeordnet.
Der Betätigungshebel 26 ist an
einer Welle 25 um die Schwenkachse 24 verschwenkbar
gelagert. Zur Betätigung
wird der Betätigungshebel 26 in
Richtung des Pfeils 23 geschwenkt.
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Im Bereich der Drosselklappe 20 münden in den
Ansaugkanalabschnitt 18 eine kraftstofführende Hauptdüse 29 sowie
eine oder mehrere Leerlauf düsen
30. Die Hauptdüse 29 und
Leerlaufdüse 30 sind aus
einer kraftstoffgefüllten
Regelkammer 28 gespeist. Die dem Ansaugkanalabschnitt 18 zugeführte Kraftstoffmenge
kann über
eine Hauptstellschraube 31 und eine Leerlaufstellschraube 32 eingestellt
werden.
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Die Kopplung von Betätigungshebel 26 und Stellhebel 21 ist
in 2 vergrößert dargestellt.
Die auf der Drosselwelle 20 angeordneten Hebel 21 und 22 sind
dabei gegenüber
der Darstellung in 1 zum
Ansaugkanalabschnitt 18 gedreht auf der Drosselwelle 20 angeordnet.
Der Stellhebel 21 ist auf der Drosselwelle 20 drehfest
angeordnet. Hierzu weist die Drosselwelle 20 Abflachungen 46 auf,
die in einen Schlitz 47 im Stellhebel 21 ragen.
Auf der Drosselwelle 20 ist ein zweiter Hebel 22 drehbar
gelagert, der zwischen dem Stellhebel 21 und dem Vergasergehäuse 16 angeordnet
ist. Der Stellhebel 21 besitzt eine in radialer Richtung
zur Schwenkachse 33 verlaufende erste Nut 35,
in der ein Bolzen 34 geführt ist. Die Schwenkachse 33 ist
dabei gleichzeitig die Längsachse
der Drosselwelle 20. Der Bolzen 34 ist an einer
Koppelstange 27 angeordnet. Die Koppelstange 27 weist
an ihrem anderen Ende einen Bolzen 42 auf, der in einer
Bohrung 41 im Betätigungshebel 26 gelagert
ist.
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Der in der Nut 35 geführte Bolzen 34 ist
in einer zweiten Nut 38 geführt, die im zweiten Hebel 22 ausgebildet
ist. Die Längsachse 44 der
zweiten Nut 38 schließt
mit der Längsachse 43 der
ersten Nut 35 einen Winkel α ein, der in jeder Stellung
der beiden Hebel 21, 22 zueinander größer als
0° ist.
Die Hebel 21 und 22 sowie der Betätigungshebel 26 sind
in 2 in der mit 50 bezeichneten
Schließstellung
der Drosselklappe sowie in der mit 56 bezeichneten Öffnungsstellung
dargestellt. In der Stellung 56 ist der Stellhebel 21 gegenüber der
Stellung 50 um 75° um die
Schwenkachse 33 verschwenkt. Die Stellung der Drosselklappe 19 ist
in 2 nur angedeutet.
In Öffnungsstellung 56 der
Drosselklappe 19 ist der Bolzen 34 im Bereich
des radial äußeren Punkts 36 der
ersten Nut 35 sowie im Bereich des radial äußeren Punkts 39 der
zweiten Nut 38 angeordnet. Der Bolzen 34 hat zur
Schwenkachse 33 des Stellhebels 21 einen Abstand
a.
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Bei Öffnung der Drosselklappe 19 wird
der Abstand a des Bolzens 34 zur Schwenkachse 33 des Stellhebels 21 kontinuierlich
verkleinert. Bei vollständig
geöffneter
Drosselklappe ist der Bolzen 34 am radial inneren Punkt 37 der
ersten Nut 35 sowie am radial inneren Punkt 40 der
zweiten Nut 38 angeordnet.
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In 2 sind
mehrere Positionen des Bolzens 34 sowie des Bolzens 42 und
die entsprechenden Winkelstellungen von Drosselklappe 19 und
Betätigungshebel 26 schematisch
dargestellt. Bei der Schließstellung 50 verschließt die angedeutete
Drosselklappe 19 den Ansaugkanalabschnitt 18 weitgehend
luftdicht. Der Bolzen 34 befindet sich in der Stellung 59.
Bei einer Öffnung
der Drosselklappe 19 um einen Winkel 51, der in 2 15° beträgt, befindet sich der Bolzen 34 in
der Stellung 61. Der über
die Koppelstange 27 mit dem Bolzen 34 verbundene
Bolzen 42 hat sich aus der mit 75 bezeichneten Stellung, die
der mit 65 bezeichneten Stellung des Betätigungshebels 26 entspricht,
um einen Winkel 66 um die Schwenkachse 24 in die
Stellung 76 gedreht. Der Bolzen 34 hat in der
Position 61 einen Abstand zur Schwenkachse 33 des
Stellhebels 21, der kleiner als der Abstand a bei Schließstellung 50 der
Drosselklappe 19 ist. Der Winkel 66 ist größer als
der Winkel 51 und kann insbesondere 23° betragen. Der Betätigungshebel 26 ist
somit in dieser Stellung gegenüber der
Stellung 65 um 23° gedreht.
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Bei Öffnung der Drosselklappe um
einen Winkel 52, der insbesondere 30° beträgt, ist der Bolzen 34 in
der Stellung 62 und der Bolzen 42 in der Stellung 77.
Der Winkel 67, um den der Betätigungshebel 26 geschwenkt
ist, entspricht beispielsweise 42°.
Bei Öffnung
der Drosselklappe 19 um den Winkel 53, der 45° beträgt, ist
der Bolzen 43 in der Stellung 63, der Bolzen 42 in
der Stellung 78 und der Betätigungshebel 26 ist
um einen Winkel 68 von beispielsweise 55° verschwenkt.
Bei einem Winkel 54 der Drosselklappe 19 von 60° ist der
Bolzen 34 in einer Stellung 64, der Bolzen 42 in
der Stellung 79 und der Winkel 69, um den der
Betätigungshebel 26 verschwenkt
ist, beträgt
zweckmäßig 66°. In Öffnungsstellung 56 ist
die Drosselklappe 19 um einen Winkel 55 geöffnet, der
75° entspricht.
Entsprechend ist der Betätigungshebel 26 in
der Stellung 71 um einen Winkel 70 von 75° geöffnet. Die
Drosselklappe 19 liegt dabei parallel zur Längsachse 45 des
Ansaugkanalabschnitts 18. Der Bolzen 34 befindet
sich in der Stellung 60 und der Bolzen 42 in der
Stellung 74.
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In 5 ist
der Verlauf des Winkels der Drosselklappe 19 über dem
Winkel, um den der Betätigungshebel 26 verschwenkt
ist, aufgetragen. Der Winkel der Drosselklappe 19 ist dabei
auf der mit Y bezeichneten Achse aufgetragen und der Winkel des Betätigungshebels 26 auf
der mit X bezeichneten Achse. Die Kennlinie 48 zeigt den
linearen Verlauf, wie er sich bei einer festen Kopplung der Hebel
ergibt. Die Kennlinie 49 zeigt den progressiven Verlauf des
Winkels der Drosselklappe 19 über dem Winkel des Betätigungshebels 26,
wie er sich bei der in 2 dargestellten
Anordnung ergibt. Zu Anfang der Schwenkbewegung des Betätigungshebels 26 öffnet die
Drosselklappe 19 langsamer. Somit kann die Stellung der
Drosselklappe 19 bei niedrigen Drehzahlen und niedriger
Last des Motors gut gesteuert werden. Bei weiterer Öffnung öffnet die
Drosselklappe 19 dann bei kleiner Schwenkbewegung des Betätigungshebels 26 schneller,
so daß sich
ein progressiver Verlauf der Linie 49 ergibt.
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Die Kopplung des Stellhebels 21 mit
dem zweiten Hebel 22 ist in 3 in
einem Schnitt entlang der Längsachse 43 der
Nut 35 im Stellhebel 21 dargestellt. Die Drosselwelle 20 ist
am Vergasergehäuse 16 gehalten.
Am Vergasergehäuse 16 ist
eine Schraubenfeder 80 festgelegt, die sich koaxial zur Drosselwelle 20 erstreckt
und deren zweites Ende am zweiten Hebel 22 festgelegt ist.
Die Schraubenfeder 80 belastet den zweiten Hebel 22 in
Richtung auf die Öffnungsstellung 56 der
Drosselklappe 19. In einer Nut 38 im zweiten Hebel 22 ist
der Bolzen 34 geführt.
Der zweite Hebel 22 ist auf der Drosselwelle 20 an
einem Absatz 85 drehbar gelagert. Auf der dem Vergasergehäuse 16 abgewandten
Seite des zweiten Hebels 22 ist der Stellhebel 21 an
einem Absatz 86 drehfest auf der Drosselwelle 20 fixiert.
In Richtung der Schwenkachse 33 ist der Stellhebel 21 über einen
Niet 82 mit der Drosselwelle 20 verbunden. In der
radial verlaufenden Nut 35 ist der Bolzen 34 geführt. Der
Bolzen 34 ist in axialer Richtung mit einem Sprengring 81 gesichert.
Auf der gegenüberliegenden,
dem Vergasergehäuse 16 zugewandten
Seite des Bolzens 34 ist die Koppelstange 27 angeordnet und
fest mit dem Bolzen 34 verbunden.
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Bei einer Relativbewegung der beiden
Hebel zueinander bewegt sich der Bolzen 34 in Richtung auf
die Schwenkachse 33 der Drosselwelle 20. Der Abstand
a der Verbindung der Koppelstange 27 mit dem Stellhebel 21 verringert
sich somit. Durch die Feder 80 ist der zweite Hebel 22 in Öffnungsrichtung der
Drosselklappe 19 belastet. Die Federkraft wirkt der Bewegung
des Bolzens 34 in der Nut 35 entgegen. Durch Abstimmung
der Federkraft ist gewährleistet,
daß der
Abstand a sich bei zu nehmender Öffnung
der Drosselklappe 19 kontinuierlich verringert. Dadurch
ist ein progressiver Verlauf der in 5 dargestellten
Kennlinie 49 gewährleistet.
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In 4 ist
eine Ausführungsvariante
für den zweiten
Hebel dargestellt. Der zweite Hebel 82 besitzt eine Nut 84,
die bogenförmig
ausgebildet ist. Die Nut 84 ist gegenüber der radialen Richtung zur Schwenkachse 33 des
Stellhebels 21 in jedem Punkt geneigt. Somit verringert
sich der Abstand a des Bolzens 34 zur Schwenkachse 33 von
der Stellung 59 bis zur Stellung 60 kontinuierlich.
Der zweite Hebel kann mit dem Stellhebel auch auf andere Weise als über eine
Feder, beispielsweise über
ein Getriebe oder dergleichen, gekoppelt sein.
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Es kann zweckmäßig sein, die Betätigungsvorrichtung
zur Kopplung der Drosselklappe mit einer Luftklappe zu nutzen. Die
Luftklappe ist dabei insbesondere in einem Luftkanal angeordnet,
der einem Verbrennungsmotor zusätzliche
Verbrennungsluft zuführt.
Die Verbrennungsluft kann dabei den Überströmkanälen des Verbrennungsmotors
zugeführt werden
und als Spülvorlagenluft
genutzt werden. In 6 ist
die Kopplung einer Luftklappe 91 mit einer in 6 nicht dargestellten Drosselklappe
verdeutlicht. Die Kopplung des Betätigungshebels 26 mit dem
Stellhebel 21 entspricht dabei der in
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2 dargestellten
Kopplung. Bei der Anordnung in 6 ist
der Betätigungshebel 26 jedoch auf
der Drosselwelle 92 angeordnet, auf der die Drosselklappe
drehfest angeordnet ist. Der Stellhebel 21 sowie der zweite
Hebel 22 sind auf der Luftklappenwelle 90 angeordnet,
an der die Luftklappe 91 festgelegt ist. Die Luftklappe 91 ist
in einem Luftkanal 89 schwenkbar gelagert. Durch die Kopplung
der Hebel läßt sich
erreichen, daß der
Luftkanal zunächst
nur langsam geöffnet
wird. Bei unteren Drehzahlen wird dem Verbrennungsmotor somit ein
fettes Kraftstoff/Luft-Gemisch zugeführt. Bei hohen Drehzahlen wird
die Luftklappe 91 überproportional
geöffnet,
so daß ein
für hohe
Drehzahlen günstiges,
mageres Kraftstoff/Luft-Gemisch gebildet wird und die Abgaswerte
durch übermäßige Zufuhr
von Kraftstoff nicht verschlechtert werden.
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Über
die Ausbildung der Nuten und die Anordnung von Stellhebel und Betätigungshebel
lassen sich unterschiedlichste Kopplungscharakteristika erzielen.
Die Nuten in den beiden Hebeln können
in einem Bereich, insbesondere in einem an die Schließstellung
der Drosselklappe angrenzenden Bereich, parallel zu einander verlaufen,
so daß der
Bolzen in den Nuten beweglich ist und die Drosselklappe gegenüber dem
Betätigungshebel
einen Leerweg ausführen
kann. Zur Verkürzung
des Abstands zwischen der Schwenkachse 33 und der Verbindung
des Stellhebels 21 zur Koppelstange 27 können auch
andere konstruktive Ausgestaltungen vorteilhaft sein.
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Die Betätigungsvorrichtung ist zweckmäßig in handgeführten Arbeitsgeräten wie
Motorkettensägen,
Freischneidegeräten,
Trennschleifern und dgl. einsetzbar. Die Betätigungsvorrichtung kann jedoch auch
bei anderen Anwendungsfällen
vorteilhaft eingesetzt werden.