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Die Erfindung betrifft eine Mähmaschine. Insbesondere betrifft die
Erfindung eine Mähmaschine mit Antriebsmotor, welche Unkraut oder ähnliches schneiden
kann.
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Herkömmliche tragbare Nähmaschinen mit einem Antriebsmotor, wie z.B.
einem Verbrennungsmotor, besitzen eine Haltevorrichtung zum Tragen und Bewegen der
Mähmaschine, um nach Wunsch Unkraut, Gras oder ähnliches zu schneiden.
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Die Haltevorrichtung ist mit einer Röhre verbunden, welche eine Welle
umhüllt, die das Drehmoment des Antriebsmotors auf eine rotierende Klinge oder eine
Schneidevorrichtung überträgt. Allerdings vibriert das rotierende System - einschließlich
Motor und rotierender Klinge - beim Betreiben der Nähmaschine; somit werden Vibrationen
über die Haltevorrichtung auf Hände und Arme der Bedienungsperson übertragen. Die
von einer Mähmaschine herrührenden Vibrationen stellen ein ernstes Problem dar,
da die Bedienung derartiger Maschinen leicht Berufskrankheiten verursacht.
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Gemäß einer der herkömmlichen Techniken, welches im japanischen Gebrauchsmuster
Kr. 48-24600 beschrieben ist, ist eine die Übertragung von Schwingungen auf die
lialtevorrichtung vermeidende Vorrichtung an einer Röhre angebracht, welche eine
den Antriebsmotor und die rotierende Klinge verbindende Welle umschließt. Diese
Vorrichtung zur Vermeidung von Schwingungsübertragung besteht aus einem Gummiblock,
der über Flanschvorrichtungen mechanisch mit der äußeren Oberfläche der Röhre und
einem Ende einer zwei ten Röhre verbunden ist, welche einen Teil der ersten er wähnten
Röhre umschließt0 Die Haltevorrichtung ist so an der zweiten Röhre angebracht9 daß
die Vibrationen der ersten Röhre nicht auf die Haltevorrichtung übertragen werden.
Diese Anordnung erfordert Jedoch einen komplizierten Aufbau, was zu einem hohen
Gesamtgewicht der fli maschine führt.
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Während die oben beschriebene herkömmliche Technik darauf ausgelegt
war, die Übertragung von Schwingungen durch Blockieren oder Dämpfung der Schwingungen
zu vermeiden, gibt es eine andere Möglichkeit zur Verhinderung von Schwingungen.
Wenn nämlich das Auftreten von Schwingungen in einer Mähmaschine verhindert würde
oder die Stärke der Schwingungen sehr klein wäre, entstünde nicht die Notwendigkeit
der Blockierung oder Dämpfung der Schwingungen.
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Die Schwingungen in einer Nähmaschine werden durch verschiedene Faktoren
hervorgerufen, z.B. durch direkte Vibrationen des Antriebsmotors, unregelmäßige
Rotationen der rotierenden Klinge, Herstellungsungenauigkeiten des rotierenden Systems,
Resonanz aufgrund von Querschwingungen der gesamten Nähmaschine und Resonanz aufgrund
der Eorsionsschwingungen im rotierenden System. Unter den hier aufgezählten Faktoren
hat die Resonanz auf grund der Torsionschwingungen eine entscheidende Bedeutung
so daß die durch diese Resonanz hervorgerufenen Vibrationen reduziert werden müssen,
um die gesamten Vibrationen zu verringern.
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Gemäß einer herkömmlichen Technik zur Verringerung dieser Resonanzerscheinung
wird der Durchmesser der Welle groß ausgelegt, um die Eigenfrequenz zu erhöhen.
Da diese Gegenmaßnahme einfach ist, und die von der oben erwähnten Resonanz verursachten
Schwingungen wirksam verringern, wird sie in allen herkömmlichen Nähmaschinen angewendet.
Eine Folge davon ist, daß es keine herkömmliche Nähmaschine mit einer Welle gibt,
deren Durchmesser geringer als 7 mm ist. Der Durchmesser der in einer herkömmlichen
Nähmaschine verwendeten Welle beträgt nämlich 7 mm oder mehr. Mit zunehmendem Durchmesser
der Welle nimmt deren Gewicht notwendigerweise zu, was eine Kostensteigerung zur
Folge hat.
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Die Erfindung wurde entwickelt, um die oben erwähnten, den bekannten
Mähmaschinen anhaftenden Beeinträchtigungen und Nachteile zu beseitigen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine I"Iähmaschine zu schaffen,
in der das Auftreten von Vibrationen merklich unterdrückt wird.
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Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Nähmaschine zu
schaffen, die von einfacher Konstruktion ist, geringes Gewicht besitzt, keine vibrationsvermeidenden
Vorrichtungen benötigt und die darüber hinaus preiswert herzustelen ist.
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Gemäß der Erfindung werden Resonanzerscheinungen aufgrund von Torsionsschwingungen
des rotierenden Systems der Nähmaschine dadurch wirksam verhindert, daß der AuBendurchmesser
der Welle, welche das Drehmoment des Antriebsmotors auf die rotierende Klinge überträgt,
unter Berücksichtigung verschiedener, die Torsionseigenfrequenz des rotierenden
Systems bestimmender Faktoren gewählt wird. Dies bedeutet jedoch nicht, daß die
Nähmaschine gemäß der Erfindung eine Welle besitzt, deren Durchmesser 7 mm oder
mehr beträgt.
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Anders ausgedrückt, der Durchmesser der Welle ist kleiner als 7 mm.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben, deren einzige Figur eine schematische Darstellung einer Nähmaschine
gemäß der Erfindung zeigt.
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Bevor beschrieben wird, wie in der Erfindung die Entstehung von Schwingungen
verhindert wird, soll der Grund für das Auftreten von Schwingungen in einer herkömmlichen
Nähmaschine mit einem Antriebsmotor erklärt werden. Wenngleich die beigelegte
Figur
eine schematische Darstellung der Mähmaschine gemäß der oben angeführten Erfindung
zeigt, ist diese im wesentlichen wie eine herkömmliche Nähmaschine aufgebaut, außer
daß sich der Außendurchmesser der Welle von dem einer herkömmlichen Mähmaschine
unterscheidet. Deshalb wird der Vorgang des Auftretens von Schwingungen in einer
herkömmlichen Mähmaschine unter Bezugnahme auf die Figur beschrieben.
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Die Mähmaschine gemäß der Erfindung umfaßt ebenso wie eine der herkömmliches.
Art einen Antriebsmotor 6, z.B. einen Verbrennungsmotor, eine mit dem Antriebsmotor
6 an einem Ende angeschlossene Fliehkraftkupplung 5, eine Welle 1, welche an einem
ihrer Enden mit dem anderen Ende der Fliehkraftkupplung 5 verbunden ist, eine die
Welle 1 umhüllende oder einschließende Röhre 2, eine Getriebevorrichtung 3, welche
an einem ihrer Enden mit dem anderen Ende der Welle 1 verbunden ist, und eine rotierende
Klinge 4, die mit dem anderen Ende der Getriebevorrichtung 3 verbunden ist. Eine
geeignete Haltevorrichtung (nicht dargestellt) kann an der Röhre 2 angebracht werden,
damit die Bedienungsperson der Nähmaschine diese halten und bewegen kann. Bekanntlicherweise
wird das durch den Antriebsmotor erzeugte Drehmoment über die Fliehkraftkupplung
5, die Welle 1 und die Getriebevorrichtung 3, z.B. eine Getriebeuntersetzungsanordnung,
auf die rotierende Klinge 4 übertragen.
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Der Antriebsmotor 6 und die Getriebevorrichtung 3 sind Jeweils von
geeigneten Gehäusen (keine Bezugs zahl) umschlossen, welche mit der Röhre 2 verbunden
sind, in der die Welle 1 drehbar angeordnet ist. Das obengenannte rotierende System
setzt sich aus rotierenden Teilen des Antriebsmotors 6, der Fliehkraftkupplung 5,
der Welle 1, der Getriebevorrichtung 3 und der rotierenden Klinge zusammen. In der
dargestellten Mähmaschine wird die Torsionseigenfrequenz S des rotierenden Systems
durch folgende Formel ausgedrückt:
wobei Ii das Trägheitsmoment auf der Seite des Antriebsmotors 6, I2 das Tragheitsmoment
auf der Seite der rotierenden Klinge 4, n das Untersetzungsverhältnis der Getriebevorrichtung
3 und K die Winkelrichtgröße der Welle 1 ist.
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Das Trägheitsmoment der Getriebevorrichtung 3, das Trägheitsmoment
der Welle 1 und die Winkelrichtgröße der rotierenden Achse zwischen Getriebevorrichtung
3 und rotierender Klinge 4 sind in obiger Formel nicht einbezogen, da diese Faktoren
auf die Torsionseigenfrequenz W' des rotierenden Systems einen vernachlässigbaren
Einfluß besitzen.
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Ferner wird die Winkelrichtgröße K in der obigen Formel durch folgende
Gleichung ausgedrückt:
wobei G der Torsionsmodul der Welle 1 d der Außendurchmesser der Welle 1 und 1 die
Länge der Welle 1 ist.
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Aus der durch die obigen Gleichungen definierten Beziehung wird ersichtlich,
daß die Torsionseigenfrequenz des rotierenden Systems welches die rotierenden Teile
von dem Antriebsmotor
6 bis zur rotierenden Klinge 4 umfaßt, durch
das rägheitsmoment 11 des Antriebsmotors 6, das Trägheitsmoment I2 der rotierenden
Klinge 4, das Untersetzungsverhältnis n der Getriebevorrichtung 3, die Länge 1,
den äußeren Durchmesser d und den Elastizitätsmodul G der Welle 1 bestimmt wird.
Unter den oben erwähnten Faktoren ist I1 für einen jeweils verwendeten Antriebsmotor
6 konstant; I2 ist eine Konstante, da der äußere Durchmesser, die Dicke und das
Material der rotierenden Klinge für eine Anzahl von Erzeugnissen im wesentlichen
gleich sind. n fällt im allgemeinen in den Bereich zwischen 0,8 und 1,09 so daß
n nur einen kleinen Betrag zur Variation von liefert; 1 wird durch die Gesamtlänge
der Mähmaschine bestimmt, aber allgemein ist 1 im wesentlichen konstant, so daß
es nur einen kleinen Beitrag zur Variation von Wl liefert; G ist konstant, da die
Welle 1 aus einer Stahlstange besteht. Demgemäß ist es der Außendurchmesser d der
Welle 1, der stärkste Einflüsse auf die Torsionseigenfrequenz hat. d hängt mit der
Torsionseigenfrequenz C3 # wie wie folgt zusammen: 3C x d2 Berechnen wir die Torsionseigenfrequenz
CO bei einer herkommlichen Nähmaschine mit Hilfe der oben erwähnten Formeln, so
erhalten wir die entsprechenden Werte, die Jeweils mit dem äußeren Durchmesser der
Welle 1 - wie in der folgenden Tabelle (1) dargestellt ist - zusammenhängen: Tabelle
(1)
| d W |
| 9 mm 37 HZ |
| 8 mm 29,3 KZ |
| 7 mm 22,4 KZ |
| 6,5 mm 19,3 KZ |
Es ist bekannt, daß bei Nähmaschinen ein Zweitakt-Benzinmotor
als Antriebsmotor verwendet wird. Ein Zweitaktmotor zündet einmal pro Umdrehung,
und bei geringer Umdrehungsgeschwindigkeit können Rotationsunregelmäßigkeften auftreten.
Diese Unregelmäßigkeit wird im folgenden als Rotationsabweichung bezeichnet; sie
tritt periodisch bei einer gegebenen Frequenz auf, die der Rotationsfrequenz entspricht,
bzw. der Hälfte oder einem Drittel der Rotationsfrequenz des Motors, wenn während
des Betriebs bei einer Geschwindigkeit von 3500 bis 8000 U/min gemessen wird. Die
folgende Tabelle (2) zeigt ein Meßergebnis unter Berücksichtigung der Rotationsabweichung.
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Tabelle (2)
| U/min 3500 upm 4500 upm 5500 upm 6500 upn |
| \ otor U/min 3500 upm 4500 upm 5500 upm 6500 upr |
| Art \ |
| des \ |
| Motors < |
| No. 1Hubraum33cm3 20 Hz 25 Hz 30 Hz 108 Hz |
| No. 2 Hubraum 23 cm3 19 Hz 37 Hz 91 Hz 108 Hz |
| 0. 3 Hubraum 30 cm3 30 Hz 75 Hz 90 Hz 109 Hz |
Aus dem obigen ergibt sich, daß die Schwingungsfrequenz, welche die Nähmaschine
in Vibrationen versetzt, einer der Drehzahlen des Motors entspricht, bzw. der Hälfte
oder einem Drittel dieser Drehzahlen. Diese Zahlen sind der folgenden Tabelle (3)
zu entnehmen: Tabelle (3)
| Motor U/min |
| Rota- zu 3500 4000 4500 5000 5500 |
| tlonsalfr |
| eichung bezogen upn upn upn |
| auf Motor U/min |
| 1/1 58,3Hz 66,7 Hz 75 Hz 83,3 Hz 91,7 Hz |
| 1/2 29,2Hz 33,3 Hz 37,5Hz 41,7 Hz 45,8 Hz |
| 1/3 19,4Hz 22,2 Hz 25 Hz 27,8 Hz 30,5 Hz |
Damit keine Resonanzerscheinungen auftreten, darf die Torsionseigenfrequenz
des Rotationssystems der Mähmaschine weder mit der Rotationsfrequenz des Motors
6 noch der Rotationsabweichungsfrequenz des Motors 6 übereinstimmen.
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Aus diesem Grund ist es notwendig, die Frequenz der Torsionseigenschwingung
des Rotationssystems unterhalb einem Drittel der niedrigsten Drehzahl des Motors
anzusetzen, oder aber oberhalb der höchstmöglichen Drehzahl des Motors.
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Andererseits beginnt die Fliehkraftkupplung 5 nach der Zeichnung normalerweise
das Drehmoment des Antriebsmotors 6 auf die Welle 1 dann zu übertragen, wenn die
Drehzahl des Antriebsmotors 6 etwa 4000 U/min übersteigt. Wenn die Drehzahl des
Antriebsmotors 6 unter 4000 U/min liegt, unterbricht die Fliehkraftkupplung 5 den
Kontakt zwischen der Ausgangswelle (ohne Bezugszahl)des Antriebsmotors 6 und der
Welle 1.
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Nachdem die Welle 1 und die Ausgangswelle des Antriebsmotors 6 getrennt
wurden, tritt insofern keine Resonanzerscheinung mehr auf, als das Trägheitsmoment
I1 auf seiten des Antriebsmotors 6 verschwindet (siehe oben erwähnte Formeln zum
Ableiten der Torsionsschwingungsfrequenz Lot?'). Unter der obengenannten Bedingung
wird die Frequenz der Torsionseigenschwingung relativ groß, so daß sie nicht mit
der Rotationsfrequenz des Antriebsmotors 6 bzw. der Hälfte oder einem Drittel dieser
übereinstimmt.
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Hieraus geht hervor, daß die Frequenz der Torsionseigenschwingung
des Rotationssystems auf 19,3 KZ festgelegt wird und damit unterhalb 22,2 He liegt,
was einem Drittel der Rotationsfrequenz von 66,7 Hz bei einer Drehzahl von 4000
U/min entspricht, oberhalb welcher die Fliehkraftkupplung 5 das Drehmoment des Antriebsmotors
6 auf die Welle 1 zu übertragen beginnt. Das wird dadurch erreicht, daß der Außendurchmesser
der Welle 1 auf 6,5 mm festgelegt wird.
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Zusammenfassend ist das Ausführungsbeispiel einer tragbaren Mähmaschine
nach der Zeichnung von einer solchen Konstruktion, daß eine rotierende Klinge 4
über eine Getriebevorrichtung 3 mit einem Ende einer von einer Röhre 2 umhüllten
Welle 1 verbunden ist, während das andere Ende der Welle 1 über eine Flielkraftkupplung
5 mit einem Zweitaktmotor verbunden ist.
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Der Hubraum des Motors beträgt zwischen 20 und 50 cm3. Die Fliehkraftkupplung
beginnt das Drehmoment des Motors auf die Welle 1 zu übertragen, wenn die Motordrehzahl
etwa 4000 U/min übersteigt. Der Außendurchmesser der Welle 1 ist so gewählt, daß
die Torsionseigenfrequenz des rotierenden Systems, bestehend aus der Drehklinge
4, der Welle 1 und dem Motor 6 unterhalb einem Drittel der Drehzahl des Motors 6
liegt, oberhalb welcher die Fliehkraftkupplung 5 das Motordrehmoment zu übertragen
beginnt, also unter 22,2 Hz.
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Obwohl bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Außendurchmesser
der Welle 1 6X5 mm beträgt, kann dieser Durchmesser nach Wunsch noch weiter verringert
werden. Die Welle 1 des Ausführungsbeispiels ist eine runde Stahlstange oder ein
Stahlstab. Die Borm der Welle 1 Jedoch ist nicht auf diese runde Ausführungsform
begrenzt. Es kann nämlich auch eine Welle mit anderer Querschnittsform, wie z.B.
einer quadratischen, anstelle der oben erwähnten runden Welle verwendet werden.
Darüber hinaus kann die Welle 1 sowohl hohl als auch massiv sein. Außerdem muß die
Welle 1 nicht notwendigerweise Stangenform besitzen, und daher kann auch flexibles
Material, wie z.B. ein Draht als Welle 1 verwendet werden0 Aus dem obigen ergibt
sich, daß die Nähmaschine gemäß der Erfindung, verglichen mit herkömmlichen Maschinen,
insofern vorteilhaft ist, als das Auftreten von Schwingungen dadurch wirksam unterdrückt
wird, daß der Außendurchmesser der Welle 1 derart gewählt wird, daß die Torsionseigenfrequenz
nicht gleich der Drehzahl des Motors oder gleich der Hälfte oder einem Drittel dieser
Drehzahl des Motors 6 ist, so daß
keine Resonanzerscheinungen auftreten.
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Da der Außendurchmesser der Welle 1 verglichen mit dem herkömmlicher
Nähmaschinen reduziert ist, kann die Größe Jener Teile, die in der Nähe der Welle
1 angeordnet sind, auf die gleiche Art und Weise verringert werden, so daß das Gesamtgewicht
der Nähmaschine gemäß der Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Mähmaschinen reduziert
ist.
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Eine derartige Gewichtsverringerung hat eine Eostensenkung zurFolge,
Die Erfindung betrifft eine Nähmaschine mit Motor, der eine rotierende Klinge über
eine Fliehkraftkupplung, eine Welle und eine Untersetzungsgetriebevorrichtung antreibt.
Der Außendurchmesser der Welle wird so gewählt, daß die Torsionseigenfrequenz des
rotierenden Systems von dem Motor bis zur rotierenden Klinge geringer als ein Drittel
der Rotationsfrequenz ist, oberhalb der die Fliehkraftkupplung beginnt, das Motordrehmoment
auf die Welle zu übertragen. Das hat zur Folge, daß die Torsionseigenfrequenz des
rotierenden Systems weder der Rotationsfrequenz noch der Hälfte noch einem Drittel
der Rotationsfrequenz des Motors gleich ist, so daß unerwünschte Resonanzerscheinungen
nicht auftreten werden.