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Die
Erfindung betrifft eine Kontrollvorrichtung, insbesondere für eine Kettensäge oder
dgl., die zur Überwachung
der mechanischen Spannung einer Sägekette dient.
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Aus
dem Stand der Technik sind jedoch nur manuelle oder automatische
Spannvorrichtungen bekannt, um die Sägekette einer Kettensäge zu spannen
bzw. nachzuspannen. In der Regel wird zu diesem Zweck der Abstand
zwischen einem Antriebsritzel, durch das die Sägekette angetrieben wird, und einem
Sägeschwert, über dessen
Kanten die Sägekette
geführt
wird, in Längsrichtung
ver größert oder verkleinert,
so dass sich die richtige Kettenspannung ergibt.
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Aus
der
DE 44 36 543 A1 ist
zum Beispiel eine solche manuelle Spannvorrichtung für eine Kettensäge bekannt.
Durch diese Spannvorrichtung ist es möglich, die erforderliche Kettenspannung
manuell ohne Werkzeug einzustellen.
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Bei
einer andere Spannvorrichtung für
eine Kettensäge
wurde gemäß der
DE 199 63 650 A1 das Problem
gelöst,
eine manuelle Betätigung
der Vorrichtung derart auszugestalten, dass einerseits ebenfalls
kein Werkzeug für
die Verstellung benutzt werden muß und andererseits die Gefahr
des selbständigen
Nachgebens der Sägeschwertarretierung
behoben ist.
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Automatische
Spannvorrichtung für
Kettensägen
werden durch die
DE
198 05 821 C2 und die
DE 199 31 250 A1 offenbart. Bei diesen Spannvorrichtungen
wird das Sägeschwert
durch eine voreinstellbare Federkraft vom Antriebsritzel weggedrückt. Hierdurch
wird der Abstand zwischen Antriebsritzel und Sägeschwert automatisch vergrößert, falls
sich die Sägekette
z. B. durch Wärmeeinflüsse gedehnt haben
sollte.
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Die
zuvor erwähnten
Spannvorrichtungen haben alle den Nachteil, dass der Benutzer nicht weiß, ob die
Sägekettenspannung
ausreichend ist oder nicht. Zwar stellt sich die Sägekettenspannung bei
den automatischen Spannvorrichtungen selbständig nach, allerdings auch
nur bis zu einem gewissen Punkt, bei dem der maximale Abstand zwischen Antriebsritzel
und Sägeschwert
erreicht ist. Danach kann die Kettenspannung nicht mehr erhöht werden. Jedoch
gefährdet
eine zu lose eingestellte Sägekette den
Benutzer, da sie vom Sägeschwert
abspringen kann und unkontrolliert he rumschlägt. Häufig entstehen hierdurch auch
kapitale Folgeschäden,
wie z. B. zerschlagene Kraftstofftanks der Kettensäge. Bei den
manuellen Spannvorrichtungen weiß dagegen der Benutzer der
Kettensäge
in der Regel nicht, wann die Spannung der Sägekette nicht mehr ausreichend ist.
Während
des Betriebes der Motorsäge
kann der Benutzer nämlich
nicht erkennen, in welchem Spannungszustand sich die Sägekette
befindet. Folglich ist die Gefahr bei diesen manuellen Spannvorrichtungen
noch größer, dass
die Kette sich vom Sägeschwert
löst. Aber
auch der Sägevorgang
selbst und das Sägeergebnis
ist im Wesentlichen von der optimalen Kettenspannung abhängig. Bei
einer falschen Kettenspannung muß der Benutzer nämlich höhere Druckkräfte aufbringen,
um eine vergleichbare Schnittleistung zu erreichen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kontrollvorrichtung
für Kettensägen der eingangs
genannten Art zur Verfügung
zu stellen, die die Kettenspannung auch während des Sägebetriebs überwacht und den Benutzer gegebenenfalls über eine
zu lose eingestellte Sägekette
informiert.
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Diese
Aufgabe wird durch die angegebenen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß enthält dazu
die Kontrollvorrichtung eine Meßeinheit
und eine Auswerteeinheit, wobei die Meßeinheit wiederum einen oder mehrere,
vorzugsweise elektrische Sensoren enthält, die einen tatsächlichen
Ist-Zustand des geometrischen Verlaufes der Sägekette erfassen und ihre analogen
oder digitalen Signale an die Auswerteeinheit weitergeben. Die Auswerteeinheit
nimmt umgehend einen Vergleich mit dem idealen Soll-Zustand des
geometrischen Verlaufes der Sägekette
vor, um somit die Abweichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustandes
zu bestimmen. Zu diesem Zweck sind die Vergleichswerte des idealen
Soll-Zustandes in der Auswerteeinheit passend vorgegeben, die aber
je nach Kettensäge
oder Sägekettenart
entsprechend dem ideal Zustand variabel festlegbar sind. Damit ist
die Kontrollvorrichtung nicht nur bei einem speziellen Typ von Kettensägen einsetzbar,
sondern kann auf einfache Art und Weise auf den jeweiligen Typ der
Säge und/oder
Kette eingestellt oder programmiert werden. Bei der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung
kann sowohl die digitale, als auch die analoge Datentechnik zum
Einsatz kommen.
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Die
Kontrollvorrichtung weist nun den Vorteil auf, dass sie die Kettenspannung
gerade während des
Betriebs erfasst. Hierdurch ist es möglich, den Benutzer der Kettensäge rechtzeitig über eine
zu lose Kette zu informieren und zwar abhängig von der tatsächlichen
Situation. Somit muß der
Benutzer nicht irgendwelche vorgegebenen Zeit- oder Wartungsintervalle
berücksichtigen – die er
vielleicht sogar während
seiner Tätigkeiten
vergißt – und braucht seine
Arbeit erst dann zu unterbrechen, wenn die Kettensägenspannung
nicht mehr ausreichend ist. Durch die Verwendung der Kontrollvorrichtung
wird auch die Sicherheit beim Arbeiten mit der Kettensäge erhöht. Auch
ein plötzliches
Reißen
der Sägekette kann
im Vorfeld durch die Kontrollvorrichtung erkannt werden, da sich
die Sägekette
in der Regel zumindest kurz vorher deutlich längt und es somit zu einem erfassbaren
Spannungsabfall kommt.
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Vorzugsweise
Weitergestaltungen der erfindungsgemäßen Kontrollvorrichtung oder
einer Kettensäge
mit der Kontrollvorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 15 beschrieben.
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In
einer Ausführungsvariante
der Kontrollvorrichtung erfassen elektrische Sensoren der Meßeinheit
den Ist-Zustand des geometrischen Verlaufes der Sägekette
indirekt über
mechanische Übertra gungsmittel.
Hierzu ist z. B. ein federbelasteter Hebel vorhanden, der einerseits
unter die Sägekette
greift, d. h. z.B. zwischen Sägeschwert
und Kette oder in einem freien Abschnitt der Sägekette zwischen Ritzel und
Sägeschwert
angreift, und eine Drehbewegung durchführt, sobald sich die Kette
dehnt und nicht mehr dem idealen geometrischen Verlauf folgt, und andererseits
z. B. ein Potentiometer bedient, was daraufhin seinen Widerstandswert ändert. Diese
Widerstandsänderung
kann in ein analoges oder digitales Signal gewandelt und an die
Auswerteeinheit weitergegeben werden. Diese stellt dann durch einen
Vergleich der vorgegebenen Soll-Werte – die den idealen Soll-Zustand
beschreiben – mit
den vorhandenen Ist-Werten – die
den tatsächlichen
Ist-Zustand beschreiben – die
Abweichung des augenblicklichen Kettenverlaufs fest. Anstelle des
Potentiometers kann auch beispielsweise ein Dehnungsmeßstreifen (DMS)
oder ein optischer Drehwinkelmesser als Sensor zur Erfassung der
Hebeldrehbewegung verwendet werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Meßeinheit
elektrische Sensoren auf, die durch optische, induktive oder kapazitive
Messungen den Ist-Zustand des geometrischen Verlaufes der Sägekette
direkt erfassen. So kann beispielsweise eine Lichtschranke oder
ein Lichtsensor derart angeordnet sein, dass die Sägekette
immer durch die Lichtschranke bzw. den Meßbereich verlaufen muß. Anderenfalls
ist ein kapazitiver bzw. induktiver Sensor in unmittelbarer Nähe zur Sägekette
vorzusehen, damit sich seine Kapazität bzw. Induktivität mit dem jeweiligen
Abstand zur Kette verändert.
Es versteht sich von selbst, dass die Sensoren jedoch keinen unmittelbaren
Kontakt zur Kette haben sollten, da dieses zu einer Zerstörung der
Sensoren oder der Kette führen
könnte.
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Zweckmäßigerweise
erfassen die Sensoren der Meßeinheit
bei einer der zuvor genannten Weiterbildung der Kontrollvorrichtung
den Ist-Zustand des geometrischen Verlaufes der Sägekette
im Umlenkbereich hinter dem Antriebsritzel und/oder im Bereich der
Säugekette
zwischen dem Antriebsritzel und dem Sägeschwert und/oder im Anfangs-
bzw. Einlaufbereich des Sägeschwertes.
Bei dieser Anordnung der Sensoren, wird der Effekt ausgenutzt, dass
eine zu lose, umlaufende Kette im Bereich hinter dem Antriebsritzel
der Fliehkraft folgend in einem mehr oder weniger stark nach oben
gerichteten Bogen verläuft. Somit
weicht die Sägekette
in diesem Bereich ganz besonders stark von der Ideallinie ab, die
den Soll-Zustand beschreibt, wenn die Kettenspannung nicht mehr
ausreichend ist. Deshalb eignet sich der Bereich hinter dem Antriebsritzel
besonders gut, um schon kleinste Spannungsänderungen der Kette im Betriebszustand
zu erfassen.
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Bei
der vorgenannten Weiterbildung der Kontrollvorrichtung ist es zweckmäßig, dass
die Sensoren der Meßeinheit
im Umlenkbereich hinter dem Antriebsrad insbesondere höhen- und/oder
längsversetzt
zur äußeren Kante
eines Sägeschwertes,
angeordnet sind, damit der Ist-Zustand des geometrischen Verlaufes
der Sägekette
in diesem Bereich erfassbar ist. Damit können durch die Sensoren die kleinsten
Verlaufsänderungen
der sich drehenden Sägekette
im genannten Umlenkbereich festgestellt werden, die einen direkten
Rückschluß auf die
Kettenspannung ermöglichen.
Ob und wie viele Sensoren ggf. höhen-
und/oder längsversetzt
anzuordnen sind, hängt
im Wesentlichen vom Meßprinzip
des Sensors ab. Beispielsweise kann es ausreichen, nur einen Sensor
zu verwenden, der den Abstand zum Sägeschwert differenziert feststellen
kann. Hingegen sollten mehrere Sensoren zum Einsatz kommen, falls diese
nur feststellen können,
ob die Kette in ihrem Meßbereich
verläuft
oder nicht (eins oder null). Diese Sensoren sollten auf je den Fall – wie zuvor
beschrieben – im
Bereich hinter dem Antriebsritzel angeordnet werden.
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Bei
einer weiteren Variante der Kontrollvorrichtung ist es vorgesehen,
dass die Meßeinheit
den Ist-Zustandes des geometrischen Verlaufes der Sägekette
bei einer vorgegebenen Umdrehungszahl der Kette erfasst. Ebenso
kann aber auch der geometrischen Verlauf und damit der Ist-Zustand
der Sägekette
bei einem vorgegebenen Last- oder Betriebspunkt der Kettensäge erfasst
werden. Zu diesem Zweck sollte die Kontrollvorrichtung über die
aktuellen Betriebsdaten der Kettensäge verfügen, z. B. durch eine elektrische
Verbindung mit der Motorsteuerung über die Steuer- und Regeleinheit
der Säge,
da sich der genannte Effekt (des nach oben ausgerichteten Bogens
der Kette hinter dem Umlenkbereich) bei bestimmten Drehzahlen der
Kette oder Lastwechsel des Kettensägenmotors besonders stark ausprägt.
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Zweckmäßigerweise
ist bei den bisher genannten Weiterbildungen der Kontrollvorrichtungen eine
zusätzliche
Ausgabeeinheit vorhanden, durch die die Abweichungen des Ist-Zustandes
vom Soll-Zustandes
wahrnehmbar sind. Denkbar ist beispielsweise eine analoge bzw. digitale
Anzeige oder mehrere Lämpchen
/ LEDs die in der Reihe angeordnet sind, um so die vorhandene Abweichung
zu signalisieren. Ebenfalls ist es denkbar, dass die zusätzliche
Ausgabeeinheit nur den absoluten Ist-Zustand des Kettenverlaufes
wiedergibt und nicht die Abweichung zum Soll-Zustand. Nachteilig
ist hierbei jedoch, dass der Benutzer der Kettensäge so nicht
beurteilen kann, ob die vorhandene Kettenspannung ausreichend ist
oder nicht.
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Aus
diesem Grund wird eine zusätzliche Weiterbildung
der Kontrollvorrichtung vorgeschlagen, bei der die Ausgabeeinheit
ein op tisches, akustisches und/oder taktiles Warnsignal ausgibt,
falls ein zulässiger
Höchstwert
für die
Abweichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustandes überschritten worden ist. Damit
kann der Benutzer der Kettensäge
auf jeden Fall rechtzeitig gewarnt werden, um einem Unfall oder
einer Störung
vorzubeugen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Kontrollvorrichtung gibt die Auswerteeinheit die Abweichungen
des Ist-Zustandes vom Soll-Zustand
an die Steuer- und Regelungseinheit der Kettensäge weiter. Durch diese Maßnahme sind
verschiedene, zusätzliche
Ausgestaltungen der Erfindung möglich. So
ist es bei dieser Ausführungsform
denkbar, dass die Steuer- und Regelungseinheit die Kettensäge aus-
bzw. abschaltet, falls die Auswerteeinheit ein Stoppsignal ausgibt.
Damit erfährt
der Benutzer der Kettensäge
nicht nur den augenblicklichen Zustand der Kettensägenspannung,
um eine Korrektur bzw. Nachstellung vorzunehmen, sondern er wird
garantiert auch vor weiteren Folgen und Schäden geschützt, da der Sägenmotor
abgestellt ist.
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Bei
einer weiteren Variante der Kontrollvorrichtung ist es vorgesehen,
durch zumindest ein zusätzliches
Stellglied die Kettenspannung automatisch regulierbar auszugestalten.
Die hierzu notwendige Regulierung kann über die vorhandene Steuer- und
Regelungseinheit der Kettensäge
erfolgen, indem die von der Auswerteeinheit gelieferten Signal über die
Abweichung des Ist-Zustandes vom Soll-Zustandes dazu dienen. Diese
Variante setzt allerdings voraus, dass eine elektrische / mechanische
Verstellung der Kettenspannung durch das zusätzliche Stellglied möglich ist.
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Eine
andere Variante der Kontrollvorrichtung sieht vor, dass die notwendige
elektrische Spannung zur Versorgung der gesamten Kontrollvorrichtung durch
einen Generator der Kettensäge
erzeugt wird. Hierdurch kann auf weitere technische Mittel zur Strom-
bzw. Spannungsversorgung der Kontrollvorrichtung verzichtet werden.
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Ebenso
kann aber auch die notwendige elektrische Spannung zur Versorgung
der gesamten Kontrollvorrichtung durch eine Batterie oder einen
Akkumulator vorhanden sein. Hierbei kann entweder auf den vorhandenen
Akkumulator der Kettensäge
zurückgegriffen
werden oder eine zusätzliche
Batterie bzw. ein zusätzlicher
Akkumulator Verwendung finden. Die zuletzt genannte Möglichkeit
hat den Vorteil, dass die Kontrollvorrichtung absolut unabhängig von der
Spannungsversorgung der Kettensäge
ist und damit auch funktionsfähig
bleibt, falls diese einmal ausfallen sollte. Um diesen Vorteil ganz
ausnutzen zu können,
sollte die Kettensäge
nicht zu starten sein, falls die Kontrollvorrichtung selbst nicht
korrekt funktioniert. Eine solche Maßnahme ist einfach zu realisieren,
wenn die Kontrollvorrichtung auch auf die Steuer- und Regelungseinheit
der Kettensäge
einwirken kann.
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Des
Weiteren werden Kettensägen
vorgeschlagen, die mit einer der zuvor genannten Kontrollvorrichtung
versehen sind.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine Prinzipskizze eines
idealen geometrischen Verlaufes einer Sägekette, die über ein Antriebsrad
und ein Sägeschwert
einer Kettensäge geführt ist,
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2 Prinzipskizze, wie in 1, jedoch mit einem Kettensägenverlauf
im Betrieb der Säge
bei einer zu geringen Kettenspannung, und
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3 vergrößerte Prinzipskizze, wie in 2, mit Sensoren einer Meßeinheit
im Bereich hinter dem Antriebsritzel.
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Die 1 zeigt eine Sägekette 11,
die über ein
Antriebsritzel 12 und ein Sägeschwert 13 gelenkt wird.
Diese Kette 11 hat dabei zwei Umlenkbereiche, nämlich den
Umlenkbereich um das Antriebsritzel 12 und den Umlenkbereich
am gegenüberliegenden
Sägeschwertende.
Die Kette 11 ist im idealen, geometrischen Verlauf des
Soll-Zustandes 16 dargestellt, d. h. die Kette 11 verfügt in diesem
Zustand über
die optimale bzw. ideale Kettenspannung. Im Betrieb der Kettensäge längt oder
dehnt sich die Kette 11 durch Erwärmung und Verschleiß in den
Nieten, wodurch auch die Kettenspannung nachläßt.
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Die 2 stellt den Verlauf einer
Kette 11 dar, die sich zur Zeit im Betrieb befindet, d.
h. die Kette 11 wird durch das Antriebsritzel 12 im
dargestellten Zeitpunkt um das Sägeschwert 13 gedreht.
Da diese Kette 11 eben nicht über die ausreichende Kettenspannung
verfügt,
stellt sich der Effekt ein, dass eine zu lose Sägekette 11 im Bereich 18 hinter
dem Antriebsrad 12 der Fliehkraft folgend in einem mehr oder
weniger stark nach oben ausgerichteten Bogen verläuft. Genau
diese physikalische Eigenschaft macht sich die Erfindung zu nutze,
indem der tatsächliche
Ist-Zustand 17 des Kettenverlaufes mit dem Soll-Zustand 16 durch
die erfindungsgemäße Kontrollvorrichtung
(100) erfaßt
und überwacht
wird. Wie weiter aus der 2 zu
erkennen ist, bildet die Kette 11 nicht nur einen Bogen
im Bereich 18 hinter dem Antriebsrad 12, sondern
auch einen zweiten im Bereich 19 am Sägeschwertende. Dieser Bogen
ist allerdings nach unten ausgerichtet, was jedoch aus der Tatsache
folgt, dass die Kette 11 im Uhrzeigersinn gedreht vom Antriebsrad 12 gedreht
wird. Auch der vordere Bereich 19 würde sich prinzipiell besonders
eignen, hier den tatsächlichen
Kettenverlauf zu überwa chen.
Nachteilig ist in diesem Bereich 19 allerdings, dass die
Sensoren 10 der Meßeinheit
nur schwer anzuordnen sind. Deshalb ist der gegenüberliegende
Bereich 18 hinter dem Antriebsrad 12 besonders
geeignet, um dort den Verlauf der Kette 11 festzustellen.
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An
dieser Stelle sei eindeutig erwähnt,
dass sich die dargestellten Bögen
im Kettenverlauf nur dann bilden, wenn sich die Kette 11 dreht.
Mit anderen Wort, nur im Betrieb der Kettensäge läßt sich der beschriebene physikalische
Effekt ausnutzen.
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Eine
konkrete Anordnung der Sensoren 10, die einen wesentlichen
Teil der Meßeinheit
bilden, ist in der 3 gezeigt.
Vorteilhafterweise können
die Sensoren 10 in dem Bereich 18 noch innerhalb
eines Gehäuses
der Kettensäge
angeordnet werden. Somit ist eine einfache und zuverlässige Befestigung möglich. Auch
sind die Sensoren 10 an dieser Stelle weitestgehend vor äußeren Einflüssen, wie
Regen, Holzspänen
oder dergleichen geschützt
untergebracht. Wie bereits oben erwähnt wurde, können die Sensoren 10 längs und/oder
höhenversetzt
zueinander angeordnet werden. Es empfiehlt sich besonders die Sensoren 10,
wie gezeigt, zur oberen Kante 14 des Sägeschwertes längs- und
höhenversetzt
anzubringen, falls die Sensoren 10 feststellen können, ob die
Kette 11 in ihrem Meßbereich
verläuft
oder nicht (d. h. eine weiter Differenzierung können diese Sensoren nicht vornehmen).
Somit liegt es an der Meßeinheit
oder der Auswerteeinheit aus den einzelnen Signalen der jeweiligen
Sensoren 10 den tatsächliche
Ist-Zustand 17 des Kettenverlaufs festzustellen.
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Wird
dagegen ein oder mehrere Sensoren 10 verwendet, die in
der Lage sind den Abstand zur Kette 11 differenziert festzustellen,
so können
diese einfach parallel oder höhen-
und/oder längsversetzt
zur oberen Kante 14 des Sägeschwertes 13 angeordnet sein.
Er gibt sich nun aus den Meßsignalen
der Sensoren 10, dass der Ist-Zustand 17 des Kettenverlaufs deutlich
vom Soll-Zustand 16 abweicht, kann dem Benutzer ein entsprechender
Hinweis durch die Ausgabeeinheit angezeigt werden oder der Motor
der Kettensäge
abgestellt werden. Um die Kettenspannung wird auf das erforderliche
Maß zu
erhöhen, muß der Abstand 20 zwischen
der Achse des Antriebsrades 12 und dem Sägeschwert 13 in
Längsrichtung
(des Schwertes) vergrößert werden.
Hierbei können
die eingangs erwähnten
Spannvorrichtungen Verwendung finden. Wird bereits bei der jeweiligen Kettensäge eine
automatische Spannvorrichtungen eingesetzt, so ist die Kette 11 dermaßen gelängt, dass
sie durch eine neue zu ersetzten ist.
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Abschließend sei
erwähnt,
dass sich die Erfindung nicht nur auf die beschriebenen Kombinationen
und technischen Maßnahmen
beschränkt,
sondern auch auf weitere, die nicht explizit beschrieben worden
sind, aber sich aus dem Stand der Technik in naheliegender Weise
ergeben.
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- 100
- Kontrollvorrichtung
- 110
- Meßeinheit
- 10
- Sensor
- 11
- Sägekette
- 12
- Antriebsritzel
- 13
- Sägeschwert
- 14
- obere
Kante des Sägeschwerts
- 15
- untere
Kante des Sägeschwerts
- 16
- Idealer
Soll-Zustand des geometrischen Verlaufs der Säge
-
- kette
- 17
- Tatsächlicher
Ist-Zustand des geometrischen Verlaufs der
-
- Sägekette
- 18
- Bereich
hinter dem Antriebsritzel
- 19
- Bereich
am Sägeschwertende
- 20
- Abstand
- 30
- Auswerteeinheit
- 31
- Ausgabeeinheit
- 32
- Steuer-
und Regelungseinheit