DE19722933A1

DE19722933A1 - Vorrichtung für handgehaltene Maschinen

Info

Publication number: DE19722933A1
Application number: DE1997122933
Authority: DE
Inventors: Magnus Soederqvist
Original assignee: Electrolux AB
Current assignee: Electrolux AB
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1997-12-04
Also published as: SE517634C2; SE9602196D0; SE9602196L

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für handgehaltene Maschinen, die aus einem Verbrennungsmotor mit einem Kolben, einer Kolbenstange, einer Kurbelwelle mit mindestens einem Ausgleichsgewicht für den Kolben und einer Werkzeugeinheit besteht, zu der ein Werkzeug und ein mit dem Motor verbundener Werkzeugträger gehören.

Stand der Technik

Handgehaltene Maschinen gibt es für die verschiedensten Einsatzzwecke, beispielsweise als Kettensägen, Trennmaschinen und ähnliches. Die meisten dieser Maschinen bestehen aus einem Verbrennungsmotor, der häufig einzylindrisch ausgeführt ist und über Getriebe, Kupplungen und ähnliches das Arbeitswerkzeug antreibt. In vielen Fällen ist die Maschine so konzipiert, daß ein Verstellen der Werkzeugeinheit relativ zur Bewegungsebene des Kolbens erforderlich ist.

Verbrennungsmotoren sind in der Regel mit Ausgleichsgewichten ausgestattet, die auf der Kurbelwelle angeordnet sind und die bei der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens im Zylinder entstehenden Vertikalkräfte kompensieren sollen. In jenen Momenten während der Drehung, in denen sich die Ausgleichsgewichte in einer Ebene mit der Mittelachse der Kurbelwelle befinden, d. h. wenn sich der Kolben in der Mitte zwischen dem oberen und unteren Totpunkt befindet, werden durch die von den Ausgleichsgewichten ausgehenden Zentrifugalkräfte Bewegungen vertikal zur Bewegungsrichtung des Kolbens und vertikal zur Mittelachse der Kurbelwelle verursacht. Diese Kräfte bewirken im Werkzeug die Entstehung von Gegenkräften, welche in bezug zu den von den Ausgleichsgewichten ausgehenden Kräften in entgegengesetzter Richtung verlaufen, wobei die Intensität der Reaktionskräfte vom Gewicht des Werkzeugs abhängt. Die Reaktionskräfte bewirken ein Drehmoment und damit Vibrationen, aufgrund derer der Werkzeugträger oder das Werkzeug verstellt wird. In einigen Fällen, wie beispielsweise an Trennmaschinen, wo ein drehendes Werkzeug am Ende eines Werkzeugträgers angebracht ist, der relativ zur Bewegungsebene der Kolbenstange verschoben wird, verursachen die Reaktionskräfte ein pulsierendes Biegemoment am Werkzeugträger. Die Größe dieses Biegungsmoments ist in bedeutendem Maße abhängig von den Abmessungen der Maschine und des Werkzeugträgers, dem Gewicht des Werkzeugs sowie den beim Betrieb entstehenden dynamischen Unwuchten. Aufgrund solcher Anforderungen wie beispielsweise einem möglichst niedrigen Gewicht der Maschine ist es nicht möglich, den Werkzeugträger so steif zu konstruieren, daß er nicht durchbogen werden kann, und dadurch führen die Vibrationskräfte zur Herausbildung seitlicher Werkzeugbewegungen und damit zu schlechten Arbeitsergebnissen. Darüber hinaus besteht die Gefahr eines Ermüdungsbruchs des Werkzeugträgers.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzustellen, die die oben beschriebenen Reaktionskräfte kompensieren kann. Dieses Ziel wird erreicht durch eine Vorrichtung für handgehaltene Maschinen mit einem Verbrennungsmotor, zu dem mindestens ein Kolben, eine Kolbenstange und eine Kurbelwelle mit mindestens einem Ausgleichsgewicht gehören, und mit einer Werkzeugeinheit, zu der ein Werkzeug und ein mit dem Motor verbundener Werkzeugträger gehören, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtunng über mindestens eine Unwucht verfügt, die so an der Kurbelwelle des Motors oder an drehbar an der Kurbelwelle angebrachten Elementen befestigt wird, daß es durch die entstehende Unwucht zur Herausbildung eines Drehmoments kommt, das im wesentlichen ebenso groß ist wie die auf die Maschine einwirkenden Drehmomentkräfte, jedoch in entgegengesetzter Richtung wirkt, wobei das Entstehen der Drehmomentkräfte auf Reaktionskräfte zurückzuführen ist, zu deren Herausbildung es aufgrund der vom Ausgleichsgewicht ausgehenden Zentrifugalkräfte kommt und die an der Unwucht entstehenden Drehmomentkräfte den aufgrund der Reaktionskräfte entstehenden Drehmomentkräften entgegengerichtet sind.

Entsprechend einem Anspekt der Erfindung wird diese Wirkung dadurch erreicht, daß zu der besagten Unwucht Gewichte gehören, die in einem bestimmten Abstand zur Drehachse der Kurbelwelle angeordnet sind, und daß durch die Masse der Gewichte, den Abstand zur Mittelachse der Kurbelwelle, die Lage entlang der Kurbelwelle und das Verhältnis zu den Ausgleichsgewichten ein Drehmoment erzeugt wird, das im wesentlichen ebenso groß ist wie die aufgrund der Reaktionskräfte entstehenden Drehmomentkräfte, jedoch in einer entgegengesetzten Richtung wirkt.

Weitere Aspekte und Vorzüge der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung einer denkbaren Ausführung der Erfindung sowie in den Ansprüchen gegeben.

Beschreibung der Zeichnungen

Eine denkbare Ausführung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer handgehaltenen Maschine, die von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, darstellt, und

Fig. 2 eine detaillierte Seitenansicht einer Anordnung von Kolben und Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors darstellt.

Beschreibung einer Ausführung der Erfindung

Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird eine Maschine schematisch dargestellt, zu der ein Motorgehäuse 10 gehört, in dem sich ein Einzylinder-Verbrennungsmotor befindet. Der Verbrennungsmotor 12 besteht, in einer konventionellen Ausführung, aus einem Kolben 14, der sich in einem Zylinder 15 befindet und an einer Kolbenstange 16 befestigt ist, die drehbar an einer Kurbelwelle 18 angebracht wurde. Die Kurbelwelle 18 ist mit Ausgleichsgewichten 20 versehen, welche auf der der Befestigung der Kolbenstange 16 gegenüberliegenden Seite angebracht sind. Diese Ausgleichsgewichte 20 sind so angeordnet, daß sie die Vertikalkräfte, welche bei der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 14 im Zylinder 15 entstehen und die anderenfalls am Motorgehäuse als Vibrationen auftreten würden, kompensieren.

Ein Werkzeug (nicht abgebildet), beispielsweise eine Sägekette oder eine Trennscheibe, das an einem Werkzeugträger 22 angebracht ist, beispielsweise einem Sägeschwert oder einem Trennarm, ist über Zentrifugalkupplungen, Keilriemen oder ähnliches so mit einem Ende der Kurbelwelle 18 verbunden, daß es angetrieben werden kann, und befindet sich damit in einem bestimmten Abstand zur Mittelachse y des Kolbens und zur Bewegungsebene d der Kolbenstange, die deckungsgleich mit der Mittelachse y des Kolbens ist. Die Maschine ist darüber hinaus mit geeigneten Griffen 24 versehen, die bevorzugtermaßen über und hinter dem Motorgehäuse 10 in Relation zum Werkzeug angeordnet sind.

Bei laufendem Motor kompensieren die Ausgleichsgewichte 20 die am Kolben entstehenden Kräfte, die in die Bewegungsrichtung des Kolbens gerichtet sind. Während der Drehung der Kurbelwelle 18 induzieren die Ausgleichsgewichte 20 jedoch die Zentrifugalkräfte F₁ und F₂, die horizontal nach hinten und vorn, d. h. auf die rechte bzw. linke Seite der Fig. 1 gerichtet sind. Diese Kräfte, die teilweise durch die Massenkräfte im Motorgehäuse und in der Werkzeugeinheit (Werkzeug, Werkzeugträger, Schutzhaube usw.) gedämpft werden, übertragen in Abhängigkeit von der Position der Ausgleichsgewichte während der Drehung eine Hin- und Herbewegung zur Maschine. Die von den Ausgleichsgewichten verursachten Kräfte führen zu einer Gegenreaktion in der Werkzeugeinheit und einer entgegengesetzt gerichteten Reaktionskraft R₁ bzw. R₂ in der Einheit. Da der Werkzeugträger in einem bestimmten Abstand zur Bewegungsebene d der Kolbenstange angeordnet ist, in der auch die Kräfte der Ausgleichsgewichte 20 wirken, induzieren die Reaktionskräfte am Motorgehäuse und damit an der Maschine ein Drehmoment M_R1 = R₁ × a bzw. M_R2 = R₂ × a.

Der Schwerpunkt tp der Maschine befindet sich mehr oder weniger im Zylinder, und das Drehzentrum vc ist mehr oder weniger deckungsgleich mit dem Schwerpunkt. Da sich die Wirkungsrichtung der Kräfte mit der Drehbewegung ändert, ändert sich auch die Richtung des Drehmoments, und an der Maschine entstehen Vibrationen. Mit wachsendem Abstand vom Drehzentrum vc wächst die Amplitude der Vibrationen, so daß im Werkzeug relativ große Vibrationen auftreten.

Durch das Anordnen von Unwuchten, die die Reaktionskräfte kompensieren, können die induzierten Vibrationen wesentlich verringert werden. Um das zu erreichen, wirkt an der Kurbelwelle relativ zum Drehzentrum des Motorgehäuses ein Ablenkungsmoment M_D1, M_D2. Dies kann durch Anordnung ein oder mehrerer Gegengewichte 30 an der Kurbelwelle erreicht werden, die sich in einem bestimmten Abstand r von der Mittelachse c der Kurbelwelle und in einem bestimmten Abstand b von der Bewegungsebene d der Kolbenstange befinden und in einer bestimmten Weise in Relation zu den Ausgleichsgewichten 20 ausgerichtet sind. Die Position des Gewichts oder der Gewichte 30 wird so gewählt, daß das resultierende Moment, d. h. die Zentrifugalkräfte D₁ und D₂ der Gewichte, multipliziert mit dem Abstand r zum Drehzentrum vc, dem Drehmoment der Reaktionskräfte entspricht, jedoch in der entgegengesetzten Richtung wirkt. Die Gegengewichte können an einer geeigneten Stelle auf der Kurbelwelle befestigt oder drehbar an der Kurbelwelle angebracht werden. Wenn die Gegengewichte an der dem Drehzentrum in bezug auf die Reaktionskräfte gegenüberliegenden Seite befestigt werden sollen, sind sie mit 180° Phasenverschiebung zu den Ausgleichsgewichten anzubringen. Wenn die Gegengewichte an der Seite angebracht werden, an der die Reaktionskräfte wirken, sind die Gegengewichte phasengleich zu den Ausgleichsgewichten anzuordnen. Ein geeigneter und praktischer Anbringungsort der Gegengewichte ist das Schwungrad der Kurbelwelle. Im Rahmen empirischer Tests zeigte es sich, daß die Gegengewichte nicht exakt phasengleich bzw. mit 180° Phasenverschiebung angebracht werden müssen, sondern eine Abweichung von ±80° möglich ist.

Bei Erprobungen einer Maschine mit einem Motor, dessen Hubraum 90 m³ betrug, zeigte es sich, daß ein Ausgleichsgewicht von mindestens 100 gmm, bevorzugterweise von 500 gmm, und ein Ablenkungsmoment von mindestens 5000 gmm³, bevorzugterweise von 20 000 gmm³, zu wesentlichen Verbesserungen an der Maschine führten.

Bei richtiger Wahl der Gewichte und der Position der Gewichte kann die Wirkung der Reaktionskräfte und damit das Biegemonent und die Vibrationen an der Maschine bedeutend reduziert werden. Ein weiterer Vorzug besteht darin, daß die Konstruktion der Maschine nicht verändert werden muß, wodurch es möglich ist, die Erfindung auch an älteren Maschinen direkt umzusetzen. Bei neueren Konstruktionen ist keine so starke Konzentration auf die Anbringung der Ausgleichsgewichte relativ zum Schwerpunkt des Motorgehäuses erforderlich. Darüber hinaus können die Werkzeugeinheit und weitere Teile der Maschine aus leichteren Materialien sein.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die oben gegebene Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen beschränkt ist, sondern im Rahmen der Ansprüche verändert werden kann.

Claims

1. Vorrichtung für handgehaltene Maschinen mit einem Verbrennungsmotor (10), zu dem mindestens ein Kolben (14), eine Kolbenstange (16) und eine Kurbelwelle (18) mit mindestens einem Ausgleichsgewicht (20) für den Kolben gehören, und mit einer Werkzeugeinheit (22) , zu der ein Werkzeug und ein mit dem Motor verbundener Werkzeugträger gehören, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtunng über mindestens eine Unwucht (30) verfügt, die so an der Kurbelwelle des Motors oder an drehbar an der Kurbelwelle angebrachten Elementen befestigt wird, daß es durch die entstehende Unwucht zur Herausbildung eines Drehmoments kommt, das im wesentlichen ebenso groß ist wie die auf die Maschine einwirkenden Drehmomentkräfte, jedoch in entgegengesetzter Richtung wirkt, wobei das Entstehen der Drehmomentkräfte auf Reaktionskräfte zurückzuführen ist, zu deren Herausbildung es aufgrund der vom Ausgleichsgewicht (20) ausgehenden Zentrifugalkräfte kommt und die an der Unwucht entstehenden Drehmomentkräfte den aufgrund der Reaktionskräfte entstehenden Drehmomentkräften entgegengerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwucht (30) im wesentlichen phasengleich oder mit 180° Phasenverschiebung zu den Ausgleichsgewichten (20) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Unwucht (30) aus mindestens einem Gewicht (30) besteht, das sich in einem Abstand (r) zur Mittelachse (c) der Kurbelwelle (18) und in einem Abstand (b) zur Bewegungsebene (d) der Kolbenstange befindet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Gewichts bzw. der Gewichte (30), sein/ihr Abstand (r) zur Mittelachse (c) der Kurbelwelle (18), seine/ihre Position (b) entlang der Kurbelwelle und seine/ihre Anordnung relativ zu den Ausgleichsgewichten (20) so gewählt werden, daß es zur Induktion eines Drehmoments kommt, welches im wesentlichen ebenso groß ist wie die aufgrund der Reaktionskräfte entstehenden Drehmomentkräfte, das jedoch in einer entgegengesetzten Richtung wirkt.