DE102007024170A1

DE102007024170A1 - Handgeführtes Arbeitsgerät und Verfahren zur Herstellung einer Bremseinrichtung eines handgeführten Arbeitsgeräts

Info

Publication number: DE102007024170A1
Application number: DE102007024170A
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Stehle; Viktoria Dipl.-Ing. Schmidt
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-11-27
Also published as: US20080289924A1; US8100234B2

Abstract

Ein handgeführtes Arbeitsgerät besitzt ein Werkzeug und eine Bremseinrichtung (10) für das Werkzeug. Die Bremseinrichtung (10) umfasst ein Bremsband (13), das eine Bremstrommel (12) umschlingt. Das Bremsband (13) und die Bremstrommel (12) bilden Reibpartner, die beim Bremsvorgang zusammenwirken. Mindestens einer der Reibpartner weist eine Beschichtung (21) auf. Die Beschichtung (21) weist Diamantpartikel (22) auf, die in einer Matrix (23) eingelagert sind, die Nickel enthält. Die Beschichtung erfolgt in einem Nickelbad, in dem die Diamantpartikel (22) dispergiert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein handgeführtes Arbeitsgerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung und ein Verfahren zur Herstellung einer Bremseinrichtung eines handgeführten Arbeitsgeräts der im Oberbegriff des Anspruchs 12 angegebenen Gattung.
Die DE 38 02 488 C2 offenbart ein Bremsband für die Bremstrommel einer Motorsäge, das mit einer thermisch aufgebrachten Reibschicht beschichtet ist.
Insbesondere bei Arbeitsgeräten, die eine Sicherheitsbremse und zusätzlich eine Auslaufbremse besitzen, wird das Bremsband sehr stark beansprucht. Dies verkürzt die Lebensdauer des Bremsbands.
Das Bremsband, die Bremstrommel und die Bremsfeder beeinflussen die Bremswirkung maßgeblich. Die Bremsfeder übt hohe Kräfte auf das Gehäuse des Arbeitsgeräts aus. Insbesondere bei Arbeitsgeräten mit Kunststoffgehäuse ist eine möglichst schwach ausgelegte Bremsfeder wünschenswert, um die auf das Kunststoffgehäuse ausgeübten Kräfte zu verringern. Um auch bei schwach ausgelegter Bremsfeder gute Bremsergebnisse zu erzielen, ist ein Bremsband bzw. eine Bremstrommel mit sehr guter Bremswirkung wünschenswert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein handgeführtes Arbeitsgerät der gattungsgemäßen Art zu schaffen, dessen Bremseinrichtung eine hohe Lebensdauer besitzt und gute Bremsergebnisse liefert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Bremseinrichtung eines handgeführten Arbeitsgeräts anzugeben.
Diese Aufgabe wird bezüglich des handgeführten Arbeitsgeräts durch ein handgeführtes Arbeitsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Es hat sich gezeigt, dass sich gute Bremsergebnisse erreichen lassen, wenn mindestens einer der Reibpartner eine Beschichtung aufweist, die Diamantpartikel aufweist. Die Diamantpartikel sind dabei in einer Matrix eingelagert, die Nickel enthält. Die Diamantpartikel, die in der Nickelmatrix eingelagert sind, ergeben gute Bremsergebnisse. Dadurch kann die Bremsfeder vergleichsweise schwach ausgelegt werden. Gleichzeitig hat sich gezeigt, dass der Verschleiß gering ist. Es hat sich gezeigt, dass Diamantpartikel, die in einer Beschichtung des einen Reibpartners enthalten sind, im Betrieb nach einer Vielzahl von Bremsvorgängen teilweise in den anderen Reibpartner eingelagert werden. Die Bremswirkung wird zwar im Wesentlichen durch Abrasion erzielt, die Diamantpartikel, die durch die Abrasion aus der Beschichtung gelöst werden, gehen jedoch nicht verloren, sondern lagern sich im anderen Reibpartner ein.
Gute Bremsergebnisse bei geringem Verschleiß lassen sich erzielen, wenn die Beschichtung etwa 30% bis etwa 50% Diamantpartikel enthält. Als vorteilhaft hat sich ein Gehalt von etwa 40% Diamantpartikeln in der Beschichtung erwiesen. Die angegebenen prozentualen Anteile sind dabei Volumenprozentanteile.
Gute Bremsergebnisse werden erreicht, wenn die Oberfläche der Beschichtung vergleichsweise fein ausgebildet ist. Vorteilhaft weisen die Diamantpartikel eine mittlere Korngröße bis etwa 15 μm, insbesondere von etwa 5 μm bis etwa 10 μm, auf. Mit diesen geringen mittleren Korngrößen lässt sich eine gute Bremswirkung erzielen. Gleichzeitig ist der Verschleiß des anderen Reibpartners sehr gering. Vorteilhaft enthält die Matrix etwa 3% bis etwa 10% Phosphor. Der Phosphoranteil ermöglicht ein Aushärten der Nickelmatrix. Dies verringert den Verschleiß. Das Aushärten erhöht gleichzeitig die Bindung der Diamantpartikel. Vorteilhaft besteht die Matrix vollständig aus Nickel und Phosphor, so dass keine weiteren Bestandteile in der Matrix enthalten sind. Die Dicke der Beschichtung wird vorteilhaft vergleichsweise gering gewählt. Dies ergibt eine gute Haftung der Beschichtung auf dem Grundmaterial. Gleichzeitig kann die benötigte Menge von Diamantpartikeln, die einen wertvollen Rohstoff darstellen, gering gehalten werden. Aufgrund des geringen Verschleißes ist eine geringe Dicke der Beschichtung für eine ausreichend hohe Standzeit der Bremseinrichtung ausreichend. Vorteilhaft beträgt die Dicke der Beschichtung etwa 10 μm bis etwa 80 μm. Insbesondere beträgt die Dicke der Beschichtung etwa 25 μm bis etwa 50 μm.
Als vorteilhaft haben sich ein geringer arithmetischer Mittenrauhwert und eine geringe Rautiefe erwiesen. Die geringe Rauheit der Oberfläche gewährleistet einen geringen Verschleiß im Betrieb. Als vorteilhaft hat sich ein arithmetischer Mittenrauhwert der Beschichtung von etwa 3 μm bis etwa 10 μm erwiesen. Vorteilhaft weist die Beschichtung eine gemittelte Rautiefe von etwa 0,4 μm bis etwa 1 μm auf. Es ist vorgesehen, dass die Beschichtung bei einer Schnitthöhe von 3 μm unterhalb einer 5%-Linie einen Materialanteil von etwa 35% bis etwa 60% aufweist. Die 5%-Linie ist dabei eine gedachte Bezugslinie auf einer Höhe, die 5% der gemessenen Rauheitsprofilhöhe unterhalb der maximalen Profilhöhe liegt. Um die 5%-Linie zu erhalten, werden gedanklich 5% der gemessenen Rauheitsprofilhöhe abgeschnitten und die sich ergebende gedachte Schnittlinie wird als Bezugslinie verwendet. Bei einer Schnitthöhe von 10 μm unterhalb der 5%-Linie beträgt der Materialanteil der Beschichtung vorteilhaft von etwa 60% bis etwa 90%.
Zweckmäßig weist nur das Bremsband eine Beschichtung mit Diamantpartikeln auf. Das Bremsband kann auf einfache Weise mit der Beschichtung versehen werden. Dadurch, dass nur einer der Reibpartner, nämlich das Bremsband, die Beschichtung aufweist, ist die Herstellung des anderen Reibpartners, nämlich der Bremstrommel, vereinfacht.
Für ein Verfahren zur Herstellung einer Bremseinrichtung eines handgeführten Arbeitsgeräts, die eine Bremstrommel und ein Bremsband umfasst, wobei das Bremsband die Bremstrommel umschlingt, wobei das Bremsband und die Bremstrommel Reibpartner bilden, die beim Bremsvorgang zusammenwirken und wobei mindestens einer der Reibpartner beschichtet wird, ist vorgesehen, dass die Beschichtung in einem Nickelbad erfolgt, in dem die Diamantpartikel dispergiert sind.
Die Beschichtung in einem Nickelbad führt zu einer geringen thermischen Belastung des Reibpartners. Die Gefügeänderungen, die bei vorangegangenen Bearbeitungsschritten erzeugt wurden, können beibehalten werden. Mit einer Beschichtung in einem Nickelbad können geringe Schichtdicken realisiert werden, die beispielsweise erheblich unter den in einem Flammspritzverfahren herstellbaren Schichtdicken liegen.
Vorteilhaft enthält das Nickelbad Phosphor. Dadurch ist ein späteres Aushärten der Matrix, die von dem Nickel und dem Phosphor gebildet wird, möglich. Insbesondere wird die Beschichtung chemisch aufgebracht.
Insbesondere wird nur das Bremsband beschichtet. Vorteilhaft wird das Bremsband vor der Beschichtung gewalzt. Dadurch, dass die Beschichtung in einem Nickelbad auf chemische Weise erfolgt, kann die durch den Walzvorgang erzielte erhöhte Festigkeit des Bremsbands beibehalten werden. Eine Gefügeänderung durch den Beschichtungsvorgang ist vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Motorsäge,
2 eine perspektivische Darstellung des Bremsbands der Motorsäge aus 1,
3 eine Seitenansicht des Bremsbands auf 2,
4 eine schematische Darstellung der Beschichtung des Bremsbands,
5 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens zur Herstellung einer Bremseinrichtung 10.
Die in 1 gezeigte Motorsäge 1 besitzt ein Gehäuse 2, in dem ein hinterer Handgriff 3 und ein Griffrohr 4 zum Führen der Motorsäge 1 festgelegt sind. Die Motorsäge besitzt eine Führungsschiene 5, die an der dem hinteren Handgriff 3 abgewandten Vorderseite nach vorne ragt. An der Führungsschiene 5 ist eine Sägekette 6 umlaufend angeordnet. Die Sägekette 6 wird von einem in dem Gehäuse 2 angeordneten Verbrennungsmotor 7 umlaufend angetrieben. Anstatt des Verbrennungsmotors 7 kann auch ein Elektromotor vorgesehen sein. Der Verbrennungsmotor 7 ist als Einzylindermotor ausgebildet. Vorteilhaft ist der Verbrennungsmotor 7 ein Zweitaktmotor oder ein gemischgeschmierter Viertaktmotor. Der Verbrennungsmotor 7 besitzt eine Kurbelwelle 8, die über eine Fliehkraftkupplung 9 mit einem in 1 nicht gezeigten Ritzel verbunden ist, das die Sägekette 6 antreibt.
Die Fliehkraftkupplung 9 besitzt eine Bremstrommel 12, gegen die Fliehgewichte 24 der Fliehkraftkupplung 9 im Betrieb aufgrund der Fliehkraft gedrückt werden. Die Bremstrommel 12 ist Teil einer Bremseinrichtung 10 der Motorsäge 1. Neben der Bremstrommel 12 umfasst die Bremseinrichtung 10 ein Bremsband 13, das die Bremstrommel 12 an ihrem Außenumfang umschlingt. In unbetätigtem Zustand liegt das Bremsband 13 mit geringem radialem Abstand zum Umfang der Bremstrommel 12. Bei Betätigung der Bremseinrichtung wird die Schlinge, die das Bremsband 13 bildet, zugezogen und das Bremsband 13 gegen den Umfang der Bremstrommel 12 gepresst, so dass die Bremstrommel 12 zum Stillstand kommt.
Zur Betätigung der Bremseinrichtung 10 ist am Gehäuse 2 ein Handschutz 11 gelagert, der sich an der der Führungsschiene 5 zugewandten Seite des Griffrohrs 4 erstreckt. Der Handschutz 11 betätigt die Bremseinrichtung 10 über einen Kniehebelmechanismus 25. Der Kniehebelmechanismus 25 wird von einer Feder 14 in seinen beiden Endstellungen, nämlich der unbetätigten und betätigten Stellung der Bremseinrichtung 10 gehalten. Der Kniehebelmechanismus 25 greift an einem auch in 2 und 3 gezeigten Auslöseende 19 des Bremsbands 13 an und zieht das Bremsband fest um die Bremstrommel 12. Das andere Ende, nämlich das Befestigungsende 18 des Bremsbands 13 ist am Gehäuse 2 der Motorsäge 1 festgelegt. Wie 2 zeigt, ist am Befestigungsende 18 ein Bolzen 16 am Bremsband 13 vorgesehen, mit dem das Bremsband 13 im Gehäuse 2 fixiert werden kann.
Die in 1 gezeigte Motorsäge 1 besitzt außerdem eine Zusatzbremseinrichtung 15 zur Betätigung der Bremseinrichtung 10. Die Zusatzbremseinrichtung 15 dient als Auslaufbremse für die Sägekette 6 und wird beim Loslassen eines am hinteren Handgriff 3 gelagerten Gashebels 28 betätigt.
Wie 3 zeigt, besitzt das Bremsband 13 an seiner der Bremstrommel 12 zugewandten Innenseite eine Anlagefläche 17, die eine in 4 schematisch gezeigte Beschichtung 21 aufweist. Die Beschichtung 21 erstreckt sich dabei vorteilhaft über einen Großteil, insbesondere über die gesamte Anlagefläche 17.
Wie 4 zeigt, besitzt das Bremsband 13 einen Grundkörper 20, auf den die Beschichtung 21 aufgebracht ist. Die Beschichtung 21 umfasst Diamantpartikel 22, die in einer Matrix 23 eingelagert sind. Die Beschichtung 21 besitzt eine Dicke a, die vorteilhaft etwa 10 μm bis etwa 80 μm beträgt. Insbesondere beträgt die Dicke a der Beschichtung 21 etwa 25 μm bis etwa 50 μm. Die Matrix 23 besteht aus Phosphor und Nickel, wobei in der Matrix 23 etwa 3% bis etwa 10% Phosphor enthalten sind. Weitere Bestandteile außer Nickel und Phosphor sind nicht vorgesehen. In der Matrix 23 aus Nickel und Phosphor sind die Diamantpartikel 22 eingelagert. Die Beschichtung 21 enthält vorteilhaft etwa 30 Vol.-% bis etwa 50 Vol.-% Diamantpartikel 22. Vorteilhaft sind etwa 40 Vol.-% Diamantpartikel 22. Die Diamantpartikel 22 weisen eine mittlere Korngröße bis etwa 15 μm auf. Vorteilhaft beträgt die mittlere Korngröße von etwa 5 μm bis etwa 10 μm.
Für die Beschichtung 21 ist eine vergleichsweise geringe Rauheit vorgesehen. Die Beschichtung weist einen arithmetischen Mittenrauwert R_a von etwa 3 μm bis etwa 10 μm auf. Der arithmetische Mittenrauwert R_a ist dabei der arithmetische Mittelwert der absoluten Werte der Profilabweichungen innerhalb einer Bezugsstrecke des Oberflächenprofils der Beschichtung 21. Es ist vorgesehen, dass die Beschichtung 21 eine gemittelte Rautiefe R_z von etwa 0,4 μm bis etwa 1 μm aufweist. Die gemittelte Rautiefe R_z ist dabei der Mittelwert der Rauheitskenngröße von fünf Bezugsstrecken innerhalb einer Auswertelänge.
Die Beschichtung 21 weist bei einer Schnitthöhe von 3 μm unterhalb einer 5%-Linie einen Materialanteil PMr (–3/5) von etwa 35% bis etwa 60% auf. Der Materialanteil PMr des Profils ergibt sich dabei aus der Summe der Materiallängen der Profilelemente in der vorgegebenen Schnitthöhe geteilt durch die Länge der Messstrecke. Es ist vorgesehen, dass die Beschichtung bei einer Schnitthöhe von 10 μm unterhalb einer 5%-Linie einen Materialanteil PMr (–10/5) von etwa 60% bis etwa 90% aufweist.
Für die Beschichtung 21 des Bremsbands 13 ist demnach eine Beschichtung vorgesehen, die eine vergleichsweise glatte Oberfläche ergibt. Die Beschichtung ist sehr dünn ausgebildet. Bei dieser vergleichsweise glatten Oberfläche des Bremsbands 13 ergibt sich im Betrieb ein geringer Verschleiß. Die Brems wirkung zwischen Bremsband 13 und Bremstrommel 12 wird im Wesentlichen durch Abrasion erzeugt. Es hat sich allerdings gezeigt, dass Diamantpartikel 22 aus dem Bremsband 13 nach einer Vielzahl von Bremsvorgängen in der Bremstrommel 12 eingelagert werden, so dass nach einer gewissen Betriebszeit beide Reibpartner Diamantpartikel 22 enthalten. Bei bekannten Bremsbändern wird die Bremswirkung hauptsächlich durch Adhäsion erzeugt. Die Adhäsion kann beispielsweise durch Oxidation der Bremsfläche nachlassen, so dass bei bekannten Bremseinrichtungen die Bremswirkung mit der Zeit nachlassen kann. Mit der vorgeschlagenen Beschichtung 22 eines Bremsbands 13, die Diamantpartikel 22 enthält, können sehr lange Standzeiten der Bremseinrichtung 10 bei geringer oder keiner Beeinträchtigung der Bremswirkung erreicht werden.
5 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung der Bremseinrichtung 10. Im Verfahrensschritt 26 wird das Bremsband 13 gewalzt. Dadurch erhöht sich die Festigkeit des Bremsbands 13. Anschließend wird das Bremsband 13 im Verfahrensschritt 27 beschichtet. Die Beschichtung erfolgt in einem Nickelbad, in dem Diamantpartikel dispergiert, also gleichmäßig verteilt, enthalten sind. Das Nickelbad enthält Phosphor. Die Menge von Nickel und Phosphor ist dabei so aufeinander abgestimmt, dass sich in der Beschichtung auf dem Bremsband 13 ein Phosphorgehalt von etwa 3% bis etwa 10% einstellt. Die Beschichtung in dem Nickelbad erfolgt chemisch, nicht galvanisch. Mit der Beschichtung im Nickelbad lässt sich die gewünschte geringe Dicke a der Beschichtung 21 erreichen. Nach der Beschichtung wird das Bremsband 13 im Gehäuse 2 der Motorsäge 1 montiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3802488 C2 [0002]

Claims

Handgeführtes Arbeitsgerät mit einem Werkzeug und mit einer Bremseinrichtung (10) für das Werkzeug, wobei die Bremseinrichtung (10) ein Bremsband (13) umfasst, das eine Bremstrommel (12) umschlingt, wobei das Bremsband (13) und die Bremstrommel (12) Reibpartner bilden, die beim Bremsvorgang zusammenwirken und wobei mindestens einer der Reibpartner eine Beschichtung (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (21) Diamantpartikel (22) aufweist, die in einer Matrix (23) eingelagert sind, wobei die Matrix (23) Nickel enthält.
Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (21) etwa 30% bis etwa 50% Diamantpartikel (22) enthält.
Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantpartikel (21) eine mittlere Korngröße bis etwa 15 μm, insbesondere von etwa 5 μm bis etwa 10 μm, aufweisen.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (23) etwa 3% bis etwa 10% Phosphor enthält.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (23) aus Nickel und Phosphor besteht.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (a) der Beschichtung (21) etwa 10 μm bis etwa 80 μm, insbesondere etwa 25 μm bis etwa 50 μm beträgt.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (21) einen arithmetischen Mittenrauwert (R_a) von etwa 3 μm bis etwa 10 μm aufweist.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (21) eine gemittelte Rautiefe (R_z) von etwa 0,4 μm bis etwa 1 μm aufweist.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung bei einer Schnitthöhe von 3 μm unterhalb einer 5%-Linie einen Materialanteil (PMr) von etwa 35% bis etwa 60% aufweist.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (21) bei einer Schnitthöhe von 10 μm unterhalb einer 5%-Linie einen Materialanteil (PMr) von etwa 60% bis etwa 90% aufweist.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nur das Bremsband (13) eine Beschichtung (21) mit Diamantpartikeln (22) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Bremseinrichtung eines handgeführten Arbeitsgeräts, wobei die Bremseinrichtung (10) eine Bremstrommel (12) und ein Bremsband (13) umfasst, wobei das Bremsband (13) die Bremstrommel (12) umschlingt, wobei das Bremsband (13) und die Bremstrommel (12) Reibpartner bilden, die beim Bremsvorgang zusammenwirken und wobei mindestens einer der Reibpartner beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (21) in einem Nickelbad erfolgt, in dem Diamantpartikel (22) dispergiert sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Nickelbad Phosphor enthält.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (21) chemisch aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nur das Bremsband (13) beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsband (13) vor der Beschichtung gewalzt wird.