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Die
Erfindung betrifft ein handgeführtes
Arbeitsgerät,
insbesondere Motorkettensäge
oder dgl. mit einem luftgekühltem
Verbrennungsmotor, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Die
DE 196 18 669 A1 offenbart
einen luftgekühlten
Verbrennungsmotor eines handgeführten
Arbeitsgerätes,
dessen Kurbelwelle ein Werkzeug und ein Lüfterrad antreibt, welches innerhalb
eines Lüftergehäuses angeordnet
ist. Das Lüfterrad
trägt auf
beiden Stirnseiten jeweils einen Schaufelkranz, wobei der außenliegende
Schaufelkranz Frischluft ansaugt, welche entlang einer Leitspirale
des Lüftergehäuses als
Kühlluft
zum Verbrennungsmotor gefördert
wird. Mit der innenliegenden Beschaufelung wird ein vom Kühlluftstrom
getrennter Verbrennungsluftstrom zum Motor gefördert. Saubere Verbrennungsluft
soll dabei einem Rückraum
des Lüfterrades
entnehmbar sein, welcher von dem Boden des Lüftergehäuses begrenzt ist. Die beiden
Schaufelkränze
des Lüfterrades
liegen durch eine radiale Zwischenwand getrennt und zum axialen übertritt
eines Teilstroms der angesaugten Frischluft in den Rückraum ist
zwischen dem Umfang des Lüfterrades
und der Leitspirale ein Spalt gebildet. Die Mündung des Verbrennungsluftkanals liegt
in dem Boden des Lüfter gehäuses, wodurch
die Verbrennungsluft axial aus dem Rückraum abgeführt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Arbeitsgerät derart weiterzubilden,
daß der
Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verbessert ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Arbeitsgerät
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch
abschnittsweise Abdichtung des Spaltes in Umfangsrichtung über einen
Spaltsektor wird bei Trennung von Kühlluftstrom und Verbrennungsluftstrom
saubere Verbrennungsluft zum Motor gefördert, wobei neben der Schmutzabscheidung
durch die innenliegende Beschaufelung des Lüfterrades in dem fluidisch
abgedichteten Rückraumabschnitt
eine Pumpwirkung durch die Beschaufelung erzielt wird. Liegt der
abgedichtete Spaltsektor auf Höhe
einer Kanalmündung
des Verbrennungsluftkanals aus dem Lüftergehäuse, so kann durch Verdichtung
der Verbrennungsluft ein Aufladungseffekt erreicht werden, insbesondere
wenn der Querschnitt des Verbrennungsluftkanals in Durchströmungsrichtung
erweitert ist. Zweckmäßig tritt
der Verbrennungsluftkanal etwa tangential zum Lüfterrad aus dem Lüftergehäuse. Die innenliegende
Beschaufelung des Lüfterrades
erfüllt in
dem Rückraum
gleichzeitig die Funktion der Schmutzabscheidung in dem in Dreh-
bzw. Strömungsrichtung
vorne liegenden Sektor und die Pumpfunktion in dem hinten liegenden,
abgedichteten Spaltsektor. Vorteilhaft reicht der abgedichtete Spaltsektor
mindestens über
den der Kanalmündung entsprechenden
Bogenabschnitt des Spaltes. Die Abdichtung des Spaltes erlaubt die
tangentiale Abfuhr sauberer Verbrennungsluft, wobei ein Druckverlust
beim übertritt
eines Teilstroms der angesaugten Frischluft in den Rückraum im ersten
Spaltsektor anschließend
im abgedichteten Spaltsektor zurückgewonnen
wird. Der Druckaufbau im Verbrennungsluftkanal kann weiter gefördert werden,
wenn die Schaufelprofile der innenliegenden Beschaufelung des Lüfterrades
zu ihren freien Enden in Drehrichtung des Lüfterrades gebogen sind. Es
hat sich gezeigt, daß der
Energieaufwand zum Ansaugen der Frischluft annähernd vollständig kompensiert
werden kann, so daß der
Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors optimiert ist.
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Zur
Abdichtung des Spaltsektors wird eine im wesentlichen radial zur
Kurbelwellenachse liegende Abdeckplatte vorgeschlagen, welche zweckmäßig fluchtend
mit der Zwischenwand der Schaufelgrenze des Lüfterrades angeordnet ist. Zwischen
dem Umfang des Lüfterrades
und der Abdeckplatte ist ein Restspalt gebildet, welcher weniger
als 1 mm breit sein kann, zweckmäßig 0,5
mm, wobei einerseits die Drehbewegung des Lüfterrades nicht behindert wird und
andererseits ein unerwünschter Übertritt
aufgrund der ausgeglichenen Druckverhältnisse beiderseits der Abdeckplatte
ausgeschlossen wird. Die Abdeckplatte kann in radialer Richtung
mit der innerhalb des Lüftergehäuses liegenden
Wandoberfläche
der Leitspirale abschließen,
so daß bei
einem ständig spiralförmig erweiterten
Kühlluftkanal
zum Verbrennungsmotor eine getrennte Verbrennungsluftspirale gegeben
ist.
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Zweckmäßig ist
der Rückraum
in einer axialen Einsenkung im Boden des Lüftergehäuses ausgebildet, in der die
innenliegende Beschaufelung des Lüfterrades aufgenommen ist.
Die Kante der Ausnehmung entsprechend der Ebene des Gehäusebodens
liegt dabei vorteilhaft etwa auf Höhe der Zwischenwand der Schaufelkränze und
mittels geeigneter Wahl des Abstandes der Kante zum Umfang des Lüfterrades
kann die Breite des zum Luftübertritt
in den Rückraum
vorgesehenen Spaltes mit dem gewünschten
Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors abgestimmt werden. Dabei
kann insbesondere eine zylindrische Ausbildung der Ausnehmung bzw. des
Rückraumes
vorteilhaft sein. Die Abdeckplatte zur Trennung des Kühlluft enthaltenden
Gehäuseteils von
dem Rückraum
liegt auf dem Gehäuseboden
auf und die Abdichtung des Spaltsektors wird durch den über die
Kante der Ausnehmung bis an das Lüfterrad heranreichenden Abschnitt
der Abdeckplatte gewährleistet.
Es kann auch vorteilhaft die Abdeckplatte einstückig mit dem Lüftergehäuse ausgebildet sein.
In der Ausgestaltung mit zylindrischem Rückraum durch eine Einsenkung
im Gehäuseboden
kann ein radial einwärts
gezogener, ebener Fortsatz des Gehäusebodens den Spalt überdecken.
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Durch
Abdichtung des Spaltsektors nahe dem Verbrennungsluftkanal und die
dadurch mögliche
tangentiale Verbrennungsluftströmung
kann zentrifugierte, saubere Verbrennungsluft ohne nennenswerte
Umlenkungen, welche mit Druckverlust verbunden wären, unmittelbar zum Verbrennungsmotor gefördert werden.
Der tangential abzweigende Verbrennungsluftkanal kann in seinem
Querschnitt dabei abschnittsweise durch eine axiale Absenkung der Wandung
des Rückraumes
erweitert sein. Der Verlauf des Verbrennungsluftkanals kann dadurch
unabhängig
von weiteren konstruktiven Gegebenheiten des Verbrennungsmotors
bei weitgehend widerstandsfreier Verbrennungsluftströmung gelegt
werden, wobei eine kompakte Bauweise des Verbrennungsmotors möglich wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird dabei der Verbrennungsluftkanal
zumindest in den innerhalb der Leitspirale und außerhalb
der Überdeckung
durch das Lüfterrad
liegenden Abschnitten durch die Absenkung der Wandung des Rückraumes
auf der dem Motor zugewandten Seite der Bodenebene begrenzt und
durch die Abdeckplatte verschlossen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Motorkettensäge,
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2 eine
vereinfachte Frontansicht des luftgekühlten Verbrennungsmotors mit
Lüfterrad
zur gleichzeitigen Kühlluft-
und Verbrennungsluftförderung,
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3 eine
Schnittansicht gemäß A-A in 2,
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4 eine
alternative Ausgestaltung des Lüftergehäuses in
einem Schnitt gemäß A-A in 2,
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5 eine
perspektivische Darstellung des Bodenbereiches des Lüftergehäuses.
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Das
in 1 schematisch dargestellte handgeführte Arbeitsgerät ist eine
Motorkettensäge 1 mit einem
luftgekühlten
Verbrennungsmotor 2 zum Antrieb eines Werkzeuges, nämlich einer
Sägekette 19, die
auf einer Führungsschiene
umläuft.
Der Verbrennungsmotor 2 mit seinem Zylinder 13 sowie
die weiteren zum Betrieb des Verbrennungsmotors 2 erforderlichen
Bauteile, wie etwa Luftfilter 14 und Kraftstofftank 31,
sind in einem strichliert angedeuteten Gerätegehäuse 18 aufgenommen.
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Die
Kurbelwelle 3 des Verbrennungsmotors 2 treibt
zusätzlich
zu der Sägekette 19 ein
Lüfterrad 4 an,
welches in einem Lüftergehäuse 5 angeordnet ist.
Das Lüfterrad 4 trägt auf beiden
Stirnseiten jeweils einen Schaufelkranz 6, 7,
welche durch eine radiale Zwischenwand 9 getrennt liegen.
Im Betrieb des Verbrennungsmotors 2 dreht das Lüfterrad 4 in
Pfeilrichtung 16 um die Kurbelwellenachse 15,
wobei der außenliegende
Schaufelkranz 6 Frischluft in das Lüftergehäuse 5 ansaugt. Das
Lüftergehäuse 5 umfaßt einen
den Verbrennungsmotor 2 abdeckenden, ebenen Boden 8 und
eine das Lüfterrad 4 axial überdeckende
Luftleitspirale 10, welche zum Zylinder 13 des Verbrennungsmotors 2 geöffnet ist.
Die vom Schaufelkranz 6 angesogene Frischluft wird an der
Luftleitspirale 10 zum Verbrennungsmotor geführt und
nach Austritt der Leitspirale 10 auf die Kühlrippen
des Zylinders 13 geblasen.
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Die
Verbrennungsluft zur Gemischbildung im Zylinder 13 wird
in einem von der Kühlluft
getrennten Luftstrom durch einen Verbrennungsluftkanal 11 aus einem
Rückraum
des Lüfterrades 4 abgeführt. Der Rückraum ist
axial durch den Boden 8 des Lüftergehäuses 5 einerseits
und das Lüfterrad 4 bzw.
dessen radiale Zwischenwand 9 begrenzt. Entlang des Umfanges
des Lüfterrades 4 ist
ein Spalt gebildet, durch den eine Teilmenge der angesaugten Frischluft
axial in den Rückraum übertritt.
Infolge der Zentrifugierung der Frischluft durch den Kühlluft-Schaufelkranz 6 ist die
in den Rückraum übertretende
Verbrennungsluft bereits von grobem Schmutz befreit, wobei eine
weitere Säuberung
der Verbrennungsluft von Schmutzpartikeln durch die innenliegende
Beschaufelung des Lüfterrades 4 erfolgt,
die in dem Rückraum
umläuft. Die
Verbrennungsluft strömt über den
Verbrennungsluftkanal 11 in einen Luftfilterkasten, der über einen Stutzen 17,
zweckmäßig ein
elastischer Faltenbalg zum Zwecke der Schwingungsisolierung am Ende des
Verbrennungsluftkanals 11 angebunden ist. Nach Durchströmen des
Luftfilters 14 wird die saubere Verbrennungsluft der Gemischbildungseinrichtung des
Verbrennungsmotors 2 zur Verfügung gestellt. Der Verbrennungsluftkanal 11 zweigt
etwa tangential zum Umfang des Lüfterrades 4 aus
dem Lüftergehäuse 5 im
Bereich des Rückraumes
des Lüfterrades 4 ab,
so daß die
Verbrennungsluft mit geringem Strömungswiderstand durch den Verbrennungsluftkanal 11 abgeführt wird.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf den Verbrennungsmotor 2 und das Lüftergehäuse 5,
in dem das Lüfterrad 4 in
Drehrichtung 16 umläuft.
Der an der Draufsicht sichtbare Schaufelkranz fördert dabei Kühlluft entlang
der in Drehrichtung 16 ständig erweiterten Luftleitspirale 10 zum
Verbrennungsmotor 2. Am Ende der Leitspirale 10 tritt
der Kühlluftstrom 21 in
Richtung auf den Verbrennungsmotor 2 aus dem Lüftergehäuse 5 aus.
Die Abfuhr von Verbrennungsluft erfolgt, wie bereits zu 1 beschrieben,
tangential zum Umfang des Lüfterrades 4,
wobei die Mündung
des Verbrennungsluftkanals 11 zum Luftfilter 14 sich
etwa konzentrisch zur Drehachse des Lüfterrades 4 über einen
Umfangsabschnitt des Lüfterrades 4 erstreckt.
Die Verbrennungsluft tritt als Teilstrom der angesaugten Frischluft
axial durch den entlang des Umfanges des Lüfterrades 4 gebildeten
Spalt in den Rückraum
des Lüfterrades 4 über, wobei
gemäß der Erfindung
vorgesehen ist, den Spalt abschnittsweise über einen Spaltsektor abzudichten.
Der abgedichtete Spaltsektor II liegt auf Höhe der Kanalmündung 32 des
Verbrennungsluftkanals und ein übertritt der
Verbrennungsluft in den Rückraum
ist ausschließlich
in dem bezüglich
der Strömungsrichtung innerhalb
des Lüftergehäuses 5 stromauf
liegenden Umfangssektor I gestattet. Auf diese Weise wird im Spaltsektor
I mit offenliegendem Spalt 22 eine Schmutzabscheidung durch
die im Rückraum
umlaufende rückseitige
Beschaufelung des Lüfterrades 4 durchgeführt, während in
dem geschlossenen Umfangsbereich des Rückraumes, in dem der Spalt 22 abgedichtet
ist, eine Pumpwirkung der rückseitigen, innenliegenden
Beschaufelung des Lüfterrades 5 erzielt
ist. Der Verbrennungsluftkanal ist tief in das Lüftergehäuse verlängert und durch den Druckaufbau mittels
der innenliegenden Lüfterrad-Beschaufelung kann
der beim axialen Übertritt
der Verbrennungsluft in den Rückraum
verlorene Druck und der damit einhergehende Leistungsverlust des
Verbrennungsmotors kompensiert werden. Durch die erfindungsgemäße Abdichtung
des in Strömungsrichtung
hinteren Spaltsektors II kann mit einfachen Mitteln ein erheblich
höherer
Zuführdruck
im Verbrennungsluftkanal 11 gegenüber herkömmlichen Lüfterrad-Anordnungen erzielt
werden. Der Wirkungsgrad des Motors ist weiterhin dadurch angehoben,
daß die
Schaufelprofile der in dieser Darstellung abgedeckten, innenliegenden
Beschaufelung des Lüfterrades ähnlich wie die
sichtbaren Laufschaufeln des Kühlluft-Schaufelkranzes 6 zu
ihren freien Enden in Drehrichtung 16 des Lüfterrades 4 gebogen
sind.
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Zur
Abdichtung des Spaltsektors 2 ist eine im wesentlichen
radial zur Kurbelwellenachse liegende Abdeckplatte 20 vorgesehen,
welche bis nahe dem Umfang des Lüfterradkörpers reicht.
Zwischen dem Lüfterrad 5 und
der Abdeckplatte 20 ist ein Restspalt von weniger als 1
mm Breite gebildet, so daß einerseits
das Lüfterrad
unbehindert drehen kann. Andererseits kann aufgrund der im abgedichteten
Spaltsektor II im geschlossenen Rückraum erreichten Druckerhöhung ein
Druckausgleich zwischen den Räumen
beiderseits der Abdeckplatte 20 erreicht werden, so daß ein Übertritt
ausgeschlossen ist. Der Restspalt ist zweckmäßig 0,5 mm breit.
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Die
Abdeckplatte 20 ist in der 2 schraffiert
dargestellt und erstreckt sich im gezeigten Ausführungsbeispiel bis zur Innenwand
der Luftleitspirale 10. Die Trennung des Kühlluft enthaltenden
Gehäuseraums
des Lüftergehäuses 5 und
dem Rückraum wird
insbesondere aus der Schnittdarstellung in 3 gemäß A-A in 2 deutlich.
Das Lüftergehäuse 5 ist
etwa topfartig gestaltet, wobei das Lüfterrad mit seinem dem Gehäuseboden 8 abgewandt
liegenden Schaufelkranz 6 Kühlluft durch Eintrittsöffnungen 26 in
einem Lüfterdeckel 25 in
die Luftleitspirale 10 ansaugt. Die Kühlluft wird, wie bereits beschrieben,
an der Innenwand 27 der Luftleitspirale zentrifugiert und
zum Verbrennungsmotor gefördert.
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Über den
Spalt 22 zwischen dem Umfang des Lüfterrades 4 und der
Innenwand 27 der Luftleitspirale tritt Kühlluft in
axialer Richtung in den Rückraum 12 ein,
in dem die innenliegende Beschaufelung 7 umläuft. In
dem bezüglich
der Strömungsrichtung
der Kühlluft
entlang der Spiralwand 27 hinten liegenden Spaltsektor
ist die Abdeckplatte 20 angeordnet, um den Spalt 22 in
diesem Umfangssektor des Lüfterrades
abzudichten. Die radiale Abdeckplatte liegt dabei auf Höhe der Zwischenwand 9 des
Lüfterrades 4.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
fußt die Abdeckplatte
an der Innenwand 27 der Luftleitspirale, wodurch der Rückraum 12 entsprechend
der Querschnittserweiterung des Kühlluft zentrifugierenden Gehäuseteils
spiralförmig
erweitert ist.
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Ein
Aufladungseffekt des Verbrennungsmotors infolge der Pumpwirkung
der innenliegenden Beschaufelung 7 im geschlossenen Rückraum 12 des Lüfterrades 4 wird
insbesondere durch eine stetige Erweiterung des Verbrennungsluftkanals
in Durchströmungsrichtung
erreicht. Der Verbrennungsluftkanal 11 zweigt tangential
zum Lüfterrad 4 aus
dem Rückraum 12 ab,
wobei eine strömungsgünstige Kanalführung unabhängig von
sonstigen konstruktiven Erfordernissen der Motorbauteile oder der
Luftfördereinrichtungen
durch eine Ausbildung des Verbrennungsluftkanals in einer axialen
Absenkung der Wandung des Rückraumes 12 möglich ist.
Der Verbrennungluftkanal 11 wird dabei jenseits der Ebene
des Gehäusebodens 8 ausgebildet.
Die Gestaltung des Verbrennungsluftkanals im Gehäuseboden wird später anhand
der 5 näher
erläutert.
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4 zeigt
eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung
des Lüftergehäuses in
einer Schnittdarstellung gemäß A-A in 2.
Dabei ist der Rückraum 12 in
einer axialen Einsenkung 23 im Boden 8 des Lüftergehäuses 5 ausgebildet,
wobei das Lüfterrad 4 in
die Einsenkung 23 hineinreicht. Der Rand 24 der
Einsenkung 23 liegt dabei etwa auf Höhe der Zwischenwand 9 des
Lüfterrades 4.
Der Durchmesser des kreiszylindrischen Rückraumes 12 ist mit
den Abmessungen des Lüfterrades 4 derart
abgestimmt, daß über die
entsprechende Spaltbreite des Übertrittspaltes 22 zwischen
Kühlluft
und Verbrennungsluft im Rückraum
das gewünschte
Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors erreicht wird und optimale
Wirkungsgrade erreicht werden. Die Abdeckplatte 20 zur Abdichtung
des Spaltes 22 im hinteren Umfangsbereich der Leitspirale,
in dem die Mündung
des Verbrennungsluftkanals 11 liegt, ist auf den Boden 8 des Lüftergehäuses aufgelegt
und deckt mit seinem über den
Rand 22 der zylindrischen Bodensenkung 23 hinausragenden
Abschnitt den Rückraum 12 ab.
Die Abdeckplatte 20 kann auch einteilig mit dem Lüftergehäuse 5 gebildet
sein als radialer Fortsatz des Gehäusebodens 8.
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Der
Verbrennungsluftkanal 11 ist durch eine Absenkung der Wandung
des Rückraumes 12 gebildet,
im vorliegenden Fall durch weitere Absenkung über das Bodenniveau der zylindrischen
Einsenkung 23 hinaus.
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Die
Ausbildung des Verbrennungsluftkanals 11 im Boden 8 des
Lüftergehäuses ist
in der 5 perspektivisch dargestellt. Der Boden 8 des
Lüftergehäuses 5 ist
gemäß der Ausführung nach 4 mit einer
kreiszylindrischen Ausnehmung 23 versehen, welche den Rückraum des
Lüfterrades
begrenzt. Im Einbauzustand des hier nicht dargestellten Lüfterrades
liegt die Zwischenwand der Schaufelkränze des Lüfterrades in der Ebene des
Bodens 8, d. h. gegenüber
dem Rand 24 der zylindrischen Ausnehmung 23. Der
Verbrennungsluftkanal zweigt tangential zum Umfang des Lüfterrades
bzw. zum Umfang der Ausnehmung 23 aus dem Rückraum 12 ab,
wobei die Wandung der Ausnehmung im Umfangsbereich der Mündung 33 des
Verbrennungsluftkanals freigelegt ist, um das tangentiale Einströmen von
Verbrennungsluft aus dem Rückraum 12 in
den Kanal 11 zu gewährleisten.
Der Querschnitt des Verbrennungsluftkanals ist durch eine weitere
Absenkung des Gehäusebodens 8 über das
Bodenniveau der zylindrischen Ausnehmung 23 zur Aufnahme
des Lüfterrades
abgesenkt, wobei die Ausnehmung 28 des Verbrennungsluftkanals 11 spriralförmig den
vom Lüfterrad überdeckten
Bodenbereich umgreift. Die Absenkung 28 verläuft entsprechend
der vorgesehenen Durchströmungsrichtung
für die
Verbrennungsluft tangential zur Umfangsrichtung des Rückraumes
und kann wie in 2 strichliert dargestellt bis
nahe dem Übergang 29 vom
Umfangsektor mit offenem Übertrittsspalt
in den anschließenden,
erfindungsgemäß abgedichteten
Spaltsektor reichen. Der Querschnitt des Verbrennungsluftkanals 11 ist
stetig erweitert, wobei die Querschnittserweiterung neben der Verbreiterung
des Kanals auch über
die Tiefe abstimmbar ist, wobei das Bodenniveau des Verbrennungsluftkanals
in Durchströmungsrichtung
stetig abgesenkt ist.
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Auf
dem Boden 8 wird die ebene Abdeckplatte zur Abdichtung
des Übertrittspaltes
für die
Verbrennungsluft aufgelegt.
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Der
abgedichtete Umfangsbereich erstreckt sich ausgehend von der Sektorgrenze 29 mindestens bis
zu der Kante 32 der Rückraumausnehmung 23, welche
die Mündung 33 des
Verbrennungsluftkanals 11 in Umfangsrichtung begrenzt.
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Der
abgedichtete Spaltsektor erstreckt sich zweckmäßig über einen Bogenwinkel von 100° bis 200°. Vorteilhaft
reicht der offenliegende Spaltsektor I (2) über einen
Bogenwinkel von etwa 180°,
wobei ein Umfangswinkel von etwa 140° für die spiralförmige Mündung 33,
durch die Verbrennungsluft aus dem Rückraum 12 in den Verbrennungsluftkanal 11 eintritt,
als vorteilhaft gesehen wird.
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Im
Mündungsbereich
des Verbrennungsluftkanals 11 erhebt sich aus der abgesenkten
Kanalwand ein Befestigungssteg 30 für eine hier nicht dargestellte
Zündanlage
des Verbrennungsmotors, welche mit Zündmagneten am Umfang des Lüfterrades zusammenwirkt.