DE10332637A1

DE10332637A1 - Antivibrationselement

Info

Publication number: DE10332637A1
Application number: DE10332637A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. Menzel; Jens Helge Kutzbach
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-02-03
Also published as: US20050011714A1; CN1576639A; GB0415150D0; US7357380B2; FR2857715A1; GB2404235A; GB2404235B; CN100443760C; FR2857715B1

Abstract

Um bei einem Antivibrationselement (1), insbesondere für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorsäge, einen Trennschleifer oder dgl., mit einer Schraubenfeder (2) die Ausbildung von Eigenschwingungen der Schraubenfeder (2) zu vermindern, ist vorgesehen, daß an der Schraubenfeder (2) eine Zusatzmasse (8, 28, 38, 48) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antivibrationselement, insbesondere für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorsäge, einen Trennschleifer oder dgl. der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der US 5,368,107 ist ein Antivibrationselement mit einer Schraubenfeder bekannt. Die Schraubenfeder ist an ihren beiden Enden eingespannt und verbindet ein mit dem Griffsystem des Arbeitsgeräts verbundenes Gehäuseteil und ein mit dem Motor des Arbeitsgeräts verbundenes Gehäuseteil. Die Schraubenfeder des Antivibrationselements besitzt keine innere Dämpfung. Durch die Schwingungen des Motors und des Werkzeugs werden Eigenschwingungen der Schraubenfeder angeregt, die sich je nach Geometrie der Feder im Frequenzbereich zwischen 200 und 1000 Hertz ausbilden. Diese Eigenschwingungen werden auf das Griffsystem des Arbeitsgeräts übertragen und können in einigen Frequenzbereichen den wesentlichen Anteil der gesamten Vibration am Griffsystem bilden. Die Vibration muß vom Bediener abgefangen werden und führt somit zu einem verschlechterten Bedienkomfort und zu einem schnelleren Ermüden des Bedieners.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antivibrationselement der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das eine verbesserte Schwingungsdämpfung erzielt.

Diese Aufgabe wird durch ein Antivibrationselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Zusatzmasse führt zu einer Verschiebung der Eigenfrequenz des Antivibrationselements. Hierdurch kann auf einfache Weise eine verbesserte Schwingungsdämpfung in den relevanten Bereichen erzielt werden.

Insbesondere ist die Zusatzmasse mit Spiel an der Schraubenfeder gehalten. Sobald die Schraubenfeder zu schwingen beginnt, kommt die Schraubenfeder mit der Zusatzmasse in Kontakt. Die Schraubenfeder muß die Zusatzmasse beschleunigen. Hierdurch wird die Bewegung des Federdrahts verlangsamt und die Ausprägung der Resonanz gestört. Das Spiel zwischen der Zusatzmasse und der Schraubenfeder ist dabei so bemessen, daß einerseits der Kontakt zwischen Schraubenfeder und Zusatzmasse bereits bald nach Beginn der Resonanz eintreten kann und andererseits genügend Federweg ungestört ermöglicht wird, so daß die Betriebslasten von der Schraubenfeder ungestört abgefangen werden können. Durch die mit Spiel angeordnete Zusatzmasse ist somit die Ausbildung von Eigenschwingungen der Schraubenfeder vermieden. Um eine Geräuschentwicklung zu vermeiden und Verschleiß zwischen der Schraubenfeder und der Zusatzmasse zu verhindern, ist vorgesehen, daß zwischen der Schraubenfeder und der Zusatzmasse ein elastisches Material angeordnet ist. Das elastische Material wirkt zusätzlich als Dämpfer. Das elastische Material ist dabei insbesondere mit Spiel zur Schrau benfeder und/oder mit Spiel zur Zusatzmasse angeordnet, so daß die Zusatzmasse die Ausprägung einer Eigenschwingung der Schraubenfeder verhindern kann. Das elastische Material ist vorteilhaft als Beschichtung aufgebracht.

Die Zusatzmasse ist an den Windungen der Schraubenfeder locker gehalten. Durch die Bewegung kann die Zusatzmasse sich aus der Schraubenfeder herausdrehen. Um dies zu vermeiden, ist mindestens ein Anschlag vorgesehen, der die Relativbewegung zwischen der Zusatzmasse und der Schraubenfeder in Richtung der Längsachse der Schraubenfeder begrenzt. Um das Antivibrationselement auf einfache Weise am Arbeitsgerät festlegen zu können, ist vorgesehen, daß die Schraubenfeder zwischen zwei koaxial zur Federlängsachse angeordneten Führungen gehalten ist. Vorteilhaft ist ein Anschlag fest mit einer Führung verbunden und insbesondere einteilig mit einer Führung ausgebildet. Durch die einteilige Ausbildung werden für den Anschlag keine zusätzlichen Bauteile benötigt. Der Anschlag kann auf einfache Weise am Antivibrationselement integriert werden. Vorteilhaft besitzt eine Führung eine koaxial zur Federlängsachse angeordnete Bohrung, in der eine Schraube zur Befestigung des Antivibrationselements angeordnet ist. Eine einfache Ausbildung des Anschlags wird dadurch erreicht, daß die Schraube die Führung durchragt und am Ende der Schraube ein Anschlag ausgebildet ist. Um mögliche Schäden bei einem Versagen der Schraubenfeder zu vermeiden, ist vorgesehen, daß das Antivibrationselement ein Sicherungselement besitzt, das die Schraubenfeder durchragt. Eine einfache Ausbildung ergibt sich, wenn ein Anschlag am Sicherungselement festgelegt ist. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, daß an einer Federwindung ein Stopper festgelegt ist, der einen Anschlag bildet.

Zur Fixierung der Zusatzmasse an der Schraubenfeder ist vorgesehen, daß die Zusatzmasse einen Blechhalter besitzt, mit dem sie an der Schraubenfeder gehalten ist. Vorteilhaft besitzt der Blechhalter mindestens eine Schlaufe, die eine Federwindung umgreift. Über den Blechhalter kann die Zusatzmasse auf einfache Weise an der Schraubenfeder festgelegt sein. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, daß die Zusatzmasse eine Nut besitzt, in der ein Abschnitt der Schraubenfeder anliegt. Die Zusatzmasse ist dabei insbesondere als Hülse ausgebildet, an deren Innenumfang die Nut ausgebildet ist. Eine einfache Herstellbarkeit der Hülse kann dadurch erreicht werden, daß die Hülse aus zwei Halbschalen gebildet ist, die miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt sind. Durch die Ausbildung der Hülse aus zwei Halbschalen kann die Hülse direkt auf die Schraubenfeder aufgesetzt werden und muß nicht ausgehend von einem Federende auf die Schraubenfeder aufgeschraubt werden. Hierdurch kann die Montage des Antivibrationselements erleichtert werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Zusatzmasse scheibenförmig ausgebildet ist und mindestens einen nach außen ragenden Halter besitzt, an dem die Nut ausgebildet ist. Die Zusatzmasse ist damit vollständig im Inneren der Schraubenfeder angeordnet, so daß der Bauraum des Antivibrationselements durch die Zusatzmasse nicht vergrößert ist.

Um eine gute Vermeidung der Ausbildung von Eigenfrequenzen der Schraubenfeder zu erreichen, ist vorgesehen, daß die Zusatzmasse im Bereich der Mitte der Schraubenfeder angeordnet ist. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, daß die Zusatzmasse im Bereich eines Schwingungsbauches der Schraubenfeder angeordnet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 bis 4 Längsschnitte durch Antivibrationselemente mit Zusatzmassen,
5 bis 7 perspektivische Darstellungen von Zusatzmassen,
8 ein Diagramm, in dem die Beschleunigung des Griffes über der Motordrehzahl eines Arbeitsgerätes aufgetragen ist,
9 und 10 Schnitte durch eine Zusatzmasse an einer Federwindung.
Das in 1 im Schnitt gezeigte Antivibrationselement 1 umfaßt eine Schraubenfeder 2, die zwischen zwei Führungen 3 gehalten ist. Die Führungen 3 sind konzentrisch zur Längsachse 5 der Schraubenfeder 2 angeordnet und besitzen einen im wesentlichen zylindrischen Grundkörper, an dem eine schraubenförmige umlaufende Nut 4 angeordnet ist. Der Grundkörper ragt ins Innere der Schraubenfeder 2, wobei die Schraubenfeder 2 in der Nut 4 liegt. An dem aus der Schraubenfeder 2 ragenden Ende jeder Führung 3 ist ein Absatz 7 angeformt, der an einem Bauteil, an dem das Antivibrationselement 1 befestigt wird, anliegt. Das Antivibrationselement 1 ist insbesondere für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorsäge, einen Trenn schleifer oder dgl. vorgesehen. Eine Führung 3 des Antivibrationselements 1 wird dabei mit einem Gehäuseteil fest verbunden, das mit dem Verbrennungsmotor des Arbeitsgeräts in Verbindung steht, während die andere Führung 3 mit dem Griffgehäuse des Arbeitsgeräts, an dem die Handgriffe für den Bediener angeordnet sind, verbunden ist. Das Antivibrationselement dient somit dazu, eine Schwingungsübertragung vom Verbrennungsmotor auf das Griffsystem zu vermeiden. Zur Festlegung an einem Gehäuseteil besitzen die Führungen 3 Bohrungen 6, die koaxial zur Längsachse 5 der Schraubenfeder 2 verlaufen und die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Durchgangsbohrungen ausgebildet sind.
Im Bereich der geometrischen Mitte 26 der Schraubenfeder ist eine Zusatzmasse 8 angeordnet. Die Zusatzmasse 8 ist im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und besitzt zwei einander etwa gegenüberliegend angeordnete Bohrungen 10, in denen eine Windung 9 der Schraubenfeder 2 verläuft. Wie die schematische Darstellung in 1 zeigt, ist der Außendurchmesser des Federdrahts der Windung 9 der Schraubenfeder 2 kleiner als der Durchmesser der Bohrung 10. Zwischen der Windung 9 und der Bohrung 10 ist somit Spiel 11 gebildet. Die Zusatzmasse 8 ist in Richtung der Längsachse 5 und in allen Richtungen senkrecht hierzu gegenüber der Schraubenfeder 2 beweglich. Um ein Herausdrehen der Zusatzmasse 8 aus der Schraubenfeder 2 zu vermeiden, sind beidseitig der Mitte 26 an Federwindungen 23 und 24 Stopper 25 vorgesehen. Die Stopper 25 sind insbesondere als Gummiringe ausgebildet, die an den Federwindungen 23 und 24 um den Federdraht herum angeordnet sind. Hierdurch sind Anschläge gebildet, die den Weg der Zusatzmasse 8 relativ zur Schrauben feder 2 in Richtung der Längsachse 5 der Schraubenfeder 2 begrenzen.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Antivibrationselements 1 gezeigt. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen dabei gleiche Bauteile. Das Antivibrationselement 1 besitzt eine Schraubenfeder 2, die im Bereich ihrer Enden an zwei Führungen 3 gehalten ist und in deren Mitte 26 eine Zusatzmasse 8 mit Spiel 11 zur Schraubenfeder 2 angeordnet ist. An den ins Innere der Schraubenfeder 2 ragenden Enden 43 der Führungen 3 ist jeweils ein Anschlag 12 angeordnet. Die Anschläge 12 sind hülsenförmig ausgebildet und besitzen jeweils eine durchgehende Bohrung 27, die koaxial zur Federlängsachse 5 ausgebildet ist und die in Verlängerung der in den Führungen 3 ausgebildeten Bohrungen 6 verläuft. Über die Anschläge 12 ist der Weg der Zusatzmasse 8 in Richtung der Längsachse 5 der Schraubenfeder 2 begrenzt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Antivibrationselements 1 ist in 3 gezeigt. Das Antivibrationselement 1 besitzt die Zusatzmasse 8, die mit Spiel 11 an der Schraubenfeder 2 gehalten ist. Die Zusatzmasse 8 besitzt eine mittige Bohrung 18. Das Antivibrationselement 1 umfaßt eine Abreißsicherung 13. Die Abreißsicherung 13 besitzt ein Seil 15, das sich durch die Schraubenfeder 2 und die Bohrungen 6 in den Führungen 3 erstreckt. An den Enden 16 des Seils 15 sind Fixierungen 17 angeordnet, die zur Fixierung des Seils 15 an den beiden Gehäuseteilen, zwischen denen das Antivibrationselement 1 angeordnet ist, dienen. Das Seil 15 ist dabei im Betrieb des Antivibrationselements 1 nicht gespannt, so daß die Schraubenfeder 2 in Richtung ihrer Längsachse 15 beweglich ist und die Funktion des Antivibrationselements 1 durch die Abreißsicherung 13 nicht beeinträchtigt wird. Sollte die Schraubenfeder 2 im Betrieb brechen, so sind die beiden Gehäuseteile über die Abreißsicherung 13 noch miteinander verbunden. Das Seil 15 verläuft durch die Bohrung 18 der Zusatzmasse 8. Beidseitig der Zusatzmasse 8 sind am Seil 15 Anschläge 14 festgelegt, deren Außendurchmesser größer als der der Bohrung 18 ist, so daß durch die Anschläge 14 die Relativbewegung der Zusatzmasse 8 gegenüber der Schraubenfeder 2 in Richtung der Längsachse 5 begrenzt ist.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel des Antivibrationselements 1 sind in den Bohrungen 6 der Führungen 3 Schrauben 19 angeordnet. Die Schraubbolzen 20 der Schrauben 19 ragen dabei durch die Bohrungen 6. Die Schraubbolzen 20 sind dabei länger als die Bohrungen 6, so daß die dem Schraubkopf abgewandten Enden 21 der Schrauben 19 über die Führungen 3 hinaus in Richtung auf die im Bereich der Mitte 26 der Schraubenfeder 2 angeordnete Zusatzmasse 8 ragen. An den Enden 21 der Schrauben 19 sind Anschläge 22 ausgebildet, die den Weg der Zusatzmasse 8 in Richtung der Längsachse 5 der Schraubenfeder 2 begrenzen.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Zusatzmasse 28. Die Zusatzmasse 28 besitzt eine Scheibe 32, die in einem Blechhalter 29 gehalten ist. Der Blechhalter 29 erstreckt sich quer über die beiden Stirnseiten der Scheibe 32, wobei die Breite des Blechhalters 29 kleiner als der Durchmesser der Scheibe 32 ist. Am Umfang der Scheibe 32 besitzt der Blechhalter 29 zur Scheibe 32 einen Abstand, so daß an gegenüberliegenden Seiten der Scheibe 32 Schlaufen 31 gebildet sind, durch die eine Windung der Schraubenfeder 2 ragen kann. Zur Montage der Zusatzmasse 28 muß diese in die Schraubenfeder 2 eingedreht werden. Die Zusatzmasse 28 besitzt eine mittige Bohrung 3, die sowohl den Blechhalter 29 als auch die Scheibe 32 durchragt und durch die das Seil 15 einer Abreißsicherung 13 geführt sein kann.
6 zeigt eine Zusatzmasse 38, die einen scheibenförmigen Grundkörper 37 mit einer zentralen Bohrung 41 besitzt. Vom Grundkörper 37 ragen gegenüberliegend angeordnete Halter 39 nach außen. An den Außenseiten 42 der Halter 39 sind Nuten 40 vorgesehen, in denen ein Abschnitt einer Schraubenfeder 2 geführt sein kann. Auch der Halter 38 muß zur Montage an einer Schraubenfeder 2 in diese eingeschraubt werden.
7 zeigt eine Zusatzmasse 48, an deren Innenumfang 45 eine Nut 46 verläuft, in der ein Abschnitt einer Schraubenfeder 2 geführt sein kann. Während die Nut 46 in der Zusatzmasse 48 etwa zwei Windungen der Schraubenfeder 2 aufnehmen kann, liegen die Halter 28 und 38 jeweils nur an einem kurzen Teilstück einer Windung 9 einer Schraubenfeder 2 an. Die Zusatzmasse 48 ist aus zwei Halbschalen 49 und 50 gebildet, die über Schrauben 47 miteinander fest verbunden sind. Zur Montage der Zusatzmasse 48 an der Schraubenfeder 2 können die beiden Halbschalen 49 und 50 im Bereich der Mitte 26 der Schraubenfeder 2 am Außenumfang der Schraubenfeder 2 angelegt und über Schrauben 47 miteinander verschraubt werden. Ein Einschrauben der Zusatzmasse 48 kann bei der Zusatzmasse 48 entfallen.
8 zeigt exemplarisch die Größe der Beschleunigung a bei den verschiedenen Motordrehzahlen n. Eine erste, mit durchge zogener Linie gezeigte Kurve 51 zeigt dabei die sich ergebende Griffbeschleunigung a bei einem Antivibrationselement mit einer Schraubenfeder ohne Zusatzmasse, während die gestrichelt gezeichnete Linie 52 die Höhe der Griffbeschleunigung a bei einem Arbeitsgerät mit einem Antivibrationselement 1 mit einer mit Spiel an einer Schraubenfeder 2 gehaltenen Zusatzmasse 8 zeigt. Die Griffbeschleunigung a ist bei hohen Drehzahlen n, die den Bereich der Federresonanzen kennzeichnen, bei einem Antivibrationselement mit Zusatzmasse gegenüber einem Antivibrationselement ohne Zusatzmasse vermindert.
In 9 ist ein Schnitt durch eine Federwindung 9 gezeigt, an der eine Zusatzmasse 8 gehalten ist. Die Zusatzmasse 8 besitzt eine Bohrung 10, in der ein elastisches Material 33 angeordnet ist. Zwischen dem elastischen Material 33 und der Windung 9 der Schraubenfeder 2 ist Spiel 35 gebildet. Die Zusatzmasse 8 ist somit gegenüber der Federwindung 9 um einen geringen Betrag frei beweglich. Bei dem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist elastisches Material 34 an der Federwindung 9 angeordnet und zwischen dem elastischen Material 34 der Bohrung 10 der Zusatzmasse 8 ist Spiel 36 gebildet. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, daß sowohl zwischen der Federwindung 9 und dem elastischen Material als auch zwischen dem elastischen Material und der Bohrung 10 Spiel gebildet ist. Vorteilhaft ist das elastische Material 35 in der Bohrung 10 und das elastische Material 34 auf der Federwindung 9 als Beschichtung aufgebracht.

Claims

Antivibrationselement, insbesondere für ein handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorsäge, einen Trennschleifer oder dergleichen, mit einer Schraubenfeder (2), dadurch gekennzeichnet, daß an der Schraubenfeder (2) eine Zusatzmasse (8, 28, 38, 48) angeordnet ist.
Antivibrationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (8, 28, 38, 48) mit Spiel (11) an der Schraubenfeder (2) gehalten ist.
Antivibrationselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schraubenfeder (2) und der Zusatzmasse (8) ein elastisches Material (33, 34) angeordnet ist.
Antivibrationselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material (33) mit Spiel zur Schraubenfeder (2) angeordnet ist.
Antivibrationselement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material (34) mit Spiel (36) zur Zusatzmasse (8) angeordnet ist.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elastsiche Material (33, 34) als Beschichtung aufgebracht ist.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Anschlag (12, 14, 22) vorgesehen ist, der die Relativbewegung zwischen der Zusatzmasse (8, 28, 38, 48) und der Schraubenfeder (2) in Richtung der Längsachse (5) der Schraubenfeder (2) begrenzt.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (2) zwischen zwei koaxial zur Federlängsachse (5) angeordneten Führungen (3) gehalten ist.
Antivibrationselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (12) fest mit einer Führung (3) verbunden ist.
Antivibrationselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (12) einteilig mit der Führung (3) ausgebildet ist.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führung (3) eine koaxial zur Federlängsachse (5) angeordnete Bohrung (6) besitzt, in der eine Schraube (19) zur Befestigung des Antivibrationselements (1) angeordnet ist, wobei die Schraube (19) die Führung (3) durchragt und am Ende (21) der Schraube (19) ein Anschlag (22) ausgebildet ist.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Antivibrationselement (1) ein Sicherungselement besitzt, das die Schraubenfeder (2) durchragt, wobei ein Anschlag (14) am Sicherungselement festgelegt ist.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Federwindung (9) ein Stopper (25) festgelegt ist, der einen Anschlag bildet.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (28) einen Blechhalter (29) besitzt, mit dem sie an der Schraubenfeder (2) gehalten ist.
Antivibrationselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechhalter (29) mindestens eine Schlaufe (31) besitzt, die eine Federwindung (9) umgreift.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (38, 48) eine Nut (40, 46) besitzt, in der ein Abschnitt der Schraubenfeder (2) anliegt.
Antivibrationselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (48) als Hülse ausgebildet ist, an deren Innenumfang (45) die Nut (46) ausgebildet ist.
Antivibrationselement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (48) aus zwei Halbschalen (49, 50) gebildet ist, die miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschraubt sind.
Antivibrationselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (38) scheibenförmig ausgebildet ist und mindestens einen nach außen ragenden Halter (39) besitzt, an dem die Nut (40) ausgebildet ist.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (8, 28, 38, 48) im Bereich der Mitte (26) der Schraubenfeder (2) angeordnet ist.
Antivibrationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (8, 28, 38, 48) im Bereich eines Schwingungsbauches der Schraubenfeder (2) angeordnet ist.