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Die Erfindung betrifft eine handgeführte tragbare Kettensäge mit einem Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2008 057 405 A1 geht eine Kettensäge mit einem Verbrennungsmotor hervor, bei der der Verbrennungsmotor eine auf einer Führungsschiene umlaufende Sägekette antreibt. Der Verbrennungsmotor treibt weiterhin ein Lüfterrad an, mit dem einem Zylinder des Verbrennungsmotors zur Kühlung Kühlluft zugeführt wird, die in einem den Verbrennungsmotor umgebenden Gehäuse strömt. Weiterhin wird das Ableiten von Teilluftströmen zur Kühlung weiterer Bauteile, wie beispielsweise eines Abgasschalldämpfers, beschrieben. Dabei wird auf technische Lösungen verwiesen mit denen verhindert werden soll, dass dieses Ableiten von Teilluftströmen zu einer Beeinträchtigung der Kühlung des Zylinders führt.
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Aus der
EP 3 489 481 A1 ist ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einem Verbrennungsmotor und einem Lüfterrad zur Förderung von Kühlluft für den Verbrennungsmotor bekannt. Das Arbeitsgerät weist neben einer in einem Lüfterradgehäuse vorgesehenen Austrittsöffnung für die Kühlluft noch eine zusätzliche Durchtrittsöffnung in einem vorderen Bereich des Lüfterradgehäuses auf, über die Kühlluft aus dem Lüfterradgehäuse zur Außenseite des Kurbelgehäuses strömt.
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Aus der
US 2004/0206 312 A1 ist ein luftgekühlter 4-Takt Verbrennungsmotor bekannt, der ein Lüfterrad zur Erzeugung eines Kühlluftstroms aufweist. Der Verbrennungsmotor weist weiterhin eine Ölwanne auf unter der ein Hohlraum ausgeformt ist, um ein Strömen von Kühlluft durch den Hohlraum zu ermöglichen.
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Aus der
DE 41 20 877 A1 ist ein Arbeitsgerät, insbesondere eine Motorkettensäge, mit einem Gehäuse und einem luftgekühlten Verbrennungsmotor bekannt. Ein Zylinder des Verbrennungsmotors wird dabei von einem quer zu dem Gehäuse strömenden Luftstrom gekühlt. Das Arbeitsgerät weist weiterhin einen Schalldämpfer auf, der im Wesentlichen L-förmig ausgebildet ist, wobei das Schalldämpfergehäuse eine den Kühlluftstrom führende Leitwand bildet.
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Aus der
DE 37 13 074 A1 ist eine Kettensäge bekannt, welche ein Gehäuse mit einer Motorkammer und einer benachbarten Schalldämpferkammer aufweist. Die Schalldämpferkammer weist abschnittsweise zusätzlich zu einer Außenwand eine dazu parallel geführte Innenwand auf, wodurch in einem Teil der Schalldämpferkammer ein luftgefüllter Wärmeisolationsraum gebildet wird. Dadurch wird verhindert, dass die Aussenwand der Schalldämpferkammer zu stark erhitzt wird, um eine Verletzung des Benutzers zu verhindern.
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Aus der
DE 44 20 530 A1 ist ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einem luftgekühlten Verbrennungsmotor und einem Kühlluftgebläse bekannt, bei dem auf der Druckseite des Gebläses ein Kanal angeordnet ist, um einen Anteil der Hauptluftströmung partikelfrei abzuzweigen und dem Vergaser als Verbrennungsluft zuzuführen.
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Die technische Weiterentwicklung von mit Verbrennungsmotoren betriebenen Kettensägen hat dazu geführt, dass immer leistungsstärkere Verbrennungsmotoren bei in etwa gleichbleibendem Gewicht und gleich großen Gehäusen zum Einsatz kommen. Dies macht die ausreichende Kühlung des Zylinders und anderer kritischer Bauteile sehr herausfordernd. So hat sich z.B. gezeigt, dass Schraubdome, an denen der Schalldämpfer an dem aus Magnesium gefertigten Kurbelgehäuse befestigt wird, in Temperaturbereiche kommen, bei denen es zu einem Fließen des Magnesiums im Bereich der Gewinde kommen kann. Dies kann dazu führen, dass diese Schraubverbindungen sich lockern und anschließend durch Motorvibrationen lösen können. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass, umlaufend um die Außenseite des Zylinders, gewisse Temperaturunterschiede nicht überschritten werden dürfen, da sonst Abweichungen des Zylinder- oder Kolbenquerschnitts von einer runden Form auftreten würden. Dies könnte im schlimmsten Fall ein Festfressen des Kolbens im Zylinder zur Folge haben. In Kombination mit dem beschriebenen beschränkten Bauraum führt dies dazu, dass auch schon kleine Änderungen am Verlauf der Kühlluftströme dazu führen können, dass an anderen Stellen des Zylinders die Temperaturtoleranzen überschritten werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ausreichende Kühlung der Schraubdome des Schalldämpfers zu gewährleisten und zugleich sicher zu stellen, dass die Unterschiede der in Umfangsrichtung am Zylinder auftretenden Temperaturen nicht die zulässigen Grenzwerte überschreiten.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch eine Wölbung eines Teils der Schalldämpferwand zur Innenseite des Schalldämpfers hin wird ein gegenüber dem restlichen Spaltbereichen zwischen der Schalldämpferwand und der Kurbelgehäusewand vergrößerter Luftführungsbereich geschaffen. Durch die Gestaltung eines solchen Luftführungsbereichs zwischen dem Kurbelgehäuse und einem geeigneten Bereich der Schalldämpferwand wird gezielt und mit geringem Strömungswiderstand ein kleiner Teilluftstrom von der kühleren, dem Lüfterrad zugewandten Seite der Kettensäge, hin zu einem auf der gegenüberliegenden, wärmeren Seite gelegenen Schraubdom geführt. Auf diese Weise kann gezielt der Schraubdom, an dem die höchsten Temperaturen auftreten, ausreichend herunter gekühlt werden, ohne zu viel von der dem Zylinder zuzuführenden Kühlluft abzweigen zu müssen. Als geeigneter Bereich hat sich der untere Teil der rückwärtigen Wand des Schalldämpfers herausgestellt. Dieser Bereich dient unter anderem als Strömungsleitelement, mit dem ein Teil des Kühlluftstroms, der einen vorderen unteren Teil des Zylinders umströmt, nach oben in Richtung eines oberen Teils des Zylinders umgelenkt wird. Durch die Ausgestaltung des Einlassbereichs in diesem, direkt vom Lüfterrad beaufschlagten Bereich der Schalldämpferwand, kann effizient ein mit vergleichsweiser hoher Strömungsgeschwindigkeit strömender Teilluftstrom in Richtung auf den die höchsten Temperaturen aufweisenden Schraubdom abgezweigt werden.
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Der Luftführungsbereich weist einen im Wesentlichen vom Einlass in Querrichtung zu der der Führungsschienenaufnahme zugewandten Seite des Schalldämpfers hin verlaufenden ersten Abschnitt und einen fluidisch mit dem ersten Abschnitt verbundenen, entlang der der Führungsschienenaufnahme zugewandten Seite des Schalldämpfers und im Wesentlichen in Längsrichtung zum Auslass hin verlaufenden zweiten Abschnitt auf. Auf diese Weise kann auf den mit diesen Mitteln zu realisierendem kürzesten Weg Kühlluft von der kühleren Seite auf die wärmere Seite und zu dem weiter vorn liegendem Schraubdom gefördert werden. Somit können die auftretenden Strömungsverluste bzw. Druckverluste auf ein Minimum reduziert werden.
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Der zweite Abschnitt verläuft im Wesentlichen koaxial zum Schraubdom einer der den Schalldämpfer am Kurbelgehäuse befestigenden Schrauben. Dadurch strömt die Kühlluft entlang der Längsachse dieser Schraube, wodurch sich die Zeit zur Wärmeübertragung von dem Schraubdom auf die Kühlluft verlängert.
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Der Auslass ist so geformt, dass Luft in zwei Teilströmen in Umfangsrichtung des Schraubdoms aus dem Luftführungsbereich herausströmt. Auf diese Weise kann eine möglichst effektive Kühlung des Schraubdoms erreicht werden.
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Beide Abschnitte des Luftführungskanals sind im Querschnitt im Wesentlichen kreisbogenförmig ausgeführt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr widerstandsarme Strömungsführung des Teilluftstroms.
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Der Querschnitt des Luftführungsbereichs bleibt über seine gesamte Länge im Wesentlichen konstant. Durch die Beibehaltung des Querschnitts kann trotz der formbedingt notwendigen geometrischen Änderungen entlang der Länge des Luftführungsbereichs die Strömungsgeschwindigkeit nahezu konstant gehalten werden und somit die Strömungs- bzw. Druckverluste geringgehalten werden.
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Der Radius des kreisbogenförmigen Querschnitts des ersten Abschnitts ist kleiner als der Radius des kreisbogenförmigen Querschnitts des zweiten Abschnitts. Dadurch entsteht im ersten Abschnitt des Luftführungsbereichs eine schmälere, höhere Passage und im zweiten Abschnitt des Luftführungsbereichs eine breitere, flachere Passage. So kann ein vergleichsweise kleiner Teilstrom der Kühlluft abgezweigt werden der anschließend entlang einer größeren Oberfläche des Schraubdoms entlang geleitet wird.
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Ein im Bereich des ersten Abschnitts des Luftführungsbereichs liegender erster Maximalabstand zwischen der Kurbelgehäusewand und der Schalldämpferwand ist mindestens doppelt so groß wie ein in einem auf einer ersten Seite des Luftführungsbereichs angrenzenden ersten Spaltbereich liegender zweiter Maximamalabstand zwischen der Kurbelgehäusewand und der Schalldämpferwand oder wie ein in einem auf einer zweiten Seite des Luftführungsbereichs angrenzenden zweiten Spaltbereich liegender dritter Maximamalabstand zwischen der Kurbelgehäusewand und der Schalldämpferwand. Durch den gegenüber den angrenzenden Spaltbereichen im Querschnitt deutlich vergrößerten Luftführungsbereich kann die Kühlluft mit deutlich verringertem Druckverlust zu dem zu kühlenden Schraubdom strömen.
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In der Schalldämpferwand ist im Bereich des Auslasses des Luftführungsbereichs eine Bohrung zur Durchführung einer Schraube zu dem Schraubdom vorgesehen, wobei ein Teil der Schalldämpferwand im Bereich dieser Bohrung im Bereich des kreisbogenförmig ausgebildeten Querschnitts des Luftführungsbereichs zusätzlich eine weitere, kleinere Auswölbung hin zum Schalldämpferinneren aufweist. Dadurch vergrößert sich der Abstand des den Luftführungsbereich bildenden Teils der Schalldämpferwand von dem Bereich der Schalldämpferwand, in dem die Bohrung vorgesehen ist. Somit kann der Entstehung von Rissen durch Schwingungen in diesem hoch belasteten Teil der Schalldämpferwand entgegengewirkt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnungen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine Aufsicht auf eine handgeführte Kettensäge mit einem Verbrennungsmotor,
- 2 eine Seitenansicht einer handgeführten Kettensäge mit einem Verbrennungsmotor,
- 3 eine isometrische Ansicht einer handgeführten Kettensäge mit einem Verbrennungsmotor mit montiertem Schalldämpfer,
- 4 eine isometrische Ansicht einer handgeführten Kettensäge mit einem Verbrennungsmotor ohne montierten Schalldämpfer und
- 5 eine isometrische Ansicht einer nicht montierten hinteren Schale eines Schalldämpfers einer handgeführten Kettensäge mit einem Verbrennungsmotor.
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Die in 1 dargestellte Kettensäge weist ein Gehäuse 1 auf, in dem ein Verbrennungsmotor angeordnet ist, der ein Kurbelgehäuse 2 und einen darauf angebrachten Zylinder 3 aufweist. Auf einer Seite des Kurbelgehäuses 2 ist ein Lüfterrad 4 angeordnet, das von einer Welle des Verbrennungsmotors angetrieben wird. An einer dem Lüfterrad 4 gegenüberliegenden Seite des Kurbelgehäuses 2 ist eine Führungsschienenaufnahme 5 angeordnet. Die Führungsschienenaufnahme 5 ist dazu ausgebildet eine Führungsschiene aufzunehmen, an der eine vom Verbrennungsmotor anzutreibende Sägekette montierbar ist. In dem Zylinder 3 ist ein Kolben angeordnet, der über eine Pleuelstange die Kurbelwelle und somit die Antriebswelle des Verbrennungsmotors antreibt. Parallel zu der Führungsschienenaufnahme 5 verläuft eine Längsrichtung der Kettensäge. Orthogonal zu der Längsrichtung der Kettensäge verläuft eine Querrichtung der Kettensäge. In der weiteren Beschreibung wird die Seite der Kettensäge, an der sich der Zylinder 3 befindet, als obere Seite und die Seite der Kettensäge, an der sich das Kurbelgehäuse 2 befindet, als untere Seite angesehen. Weiterhin wird in Längsrichtung der Kettensäge das Ende, an dem sich die Führungsschienenaufnahme 5 befindet als vorderes Ende der Kettensäge und das entgegengesetzte Ende als hinteres Ende der Kettensäge angesehen.
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Wie in 2 zu sehen ist, ist an dem Kurbelgehäuse 2 und dem Zylinder 3 ein Schalldämpfer 6 befestigt. Bei dem Schalldämpfer 6 handelt es sich um einen Hohlköper, der aus einer vorderen Schale 7 und einer hinteren Schale 8 zusammengesetzt ist. Bei der vorderen Schale 7 und der hinteren Schale 8 handelt es sich jeweils um tiefgezogene Blechteile.
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Wie in den 3 und 4 zu sehen ist, wird der Schalldämpfer 6 mit Schrauben an Schraubdomen 9 befestigt, die in dem Kurbelgehäuse 2 vorgesehen sind. Bei dem Kurbelgehäuse 2 handelt es sich um ein Bauteil aus Magnesium. Der Schalldämpfer 6 ist zudem mit Schrauben so am Zylinder 3 befestigt, dass eine rückwärtige Wand 10 an einem Teil des Zylinders 3 anliegt. Die dazu vorgesehenen, mit Gewinden versehenen Bohrungen im Zylinder 3 sind in der Nähe eines Abgasauslasses 11 im Zylinder 3 angeordnet, durch den Abgas aus dem Brennraum des Zylinders 3 in den Schalldämpfer 6 strömen kann. Zwischen Teilen der Schalldämpferwand 12 und Teilen der Kurbelgehäusewand 13 verbleibt im montierten Zustand des Schalldämpfers 6 ein vergleichsweise schmaler Spalt 14. Das Lüfterrad 4 ist dazu vorgesehen, Kühlluft zwischen der Innenseite des Gehäuses 1 und den Außenseiten des Zylinders 3, des Kurbelgehäuses 2 und des Schalldämpfers 6 zu fördern. Auf der Seite der Kettensäge, auf der sich das Lüfterrad 4 befindet, wird Außenluft angesaugt und in Richtung der Seite der Kettensäge gefördert, auf der sich die Führungsschienenaufnahme 5 befindet. Aus diesem Grund ist die Seite der Kettensäge, auf der sich das Lüfterrad 4 befindet, etwas kühler als die Seite der Kettensäge, auf der sich die Führungsschienenaufnahme 5 befindet. Dies wird noch durch den Umstand verstärkt, dass auf der Seite der Kettensäge, auf der sich die Führungsschienenaufnahme 5 befindet, heißes Abgas aus dem Schalldämpfer ausströmt. Diese ungleichmäßige Temperaturverteilung darf ein gewisses Maß jedoch nicht übersteigen. Sollte in Umfangsrichtung des Zylinders 3 eine Seite deutlich heißer sein als eine gegenüberliegende könnte dies im Extremfall dazu führen, dass die Bohrung des Zylinders 3 oder der Kolben in Ihren Querschnitten zu große Abweichungen von einer runden Form aufweisen würden. Dies könnte dann zu einer Beschädigung des Verbrennungsmotors führen. Um dem entgegen zu wirken wird ein vergleichsweise hoher Aufwand bei der Entwicklung der Strömungsführung der Kühlluft um den Zylinder 3 herum betrieben. Es ist bekannt, dass bereits kleine bauliche Veränderungen an einer Stelle innerhalb des Gehäuses 1 an einer anderer Stelle dazu führen können, dass im Betrieb der Kettensäge die zulässigen Höchsttemperaturen überschritten werden.
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Bei Kettensägen der beschriebenen Bauart ist es weiterhin bekannt, dass es bei einem sich auf der tendenziell wärmeren Seite der Kettensäge befindenden Schraubdom 9 im Kurbelgehäuse 2 dazu kommen kann, dass die Temperatur im Betrieb der Kettensäge auf Werte um die 130° C ansteigt. Bei diesen Temperaturen kann Magnesium, aus dem das Kurbelgehäuse 2 hergestellt ist, beginnen zu fließen. Um ein Versagen dieser Schraubverbindung sicher zu verhindern, ist eine bessere Kühlung in diesem Bereich vorgesehen.
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Wie in 5 zu sehen ist, ist dazu der oben erwähnte schmale Spalt 14 zwischen Teilen der Schalldämpferwand 12 und Teilen der Kurbelgehäusewand 13 in bestimmten Bereichen vergrößert, indem die Schalldämpferwand teilweise kreisbogenförmig zur Innenseite des Schalldämpfers 6 hin gewölbt ist. So entsteht ein tunnelförmiger Luftführungsbereich 15 zwischen Teilen der Schalldämpferwand 12 und Teilen der Kurbelgehäusewand 13. Der Luftführungsbereich 15 oder Luftführungskanal wird zu beiden Seiten begrenzt von Bereichen, in denen der Abstand zwischen der Schalldämpferwand 12 und der Kurbelgehäusewand 13 deutlich geringer ist als im Luftführungsbereich 15. Im Folgenden werden nur die seitlich an den Luftführungsbereich 15 angrenzenden Bereiche zwischen der Schalldämpferwand 12 und der Kurbelgehäusewand 13 als Spalt oder Spaltbereich angesehen und nicht alle Bereiche, in denen sich die Schalldämpferwand 12 und die Kurbelgehäusewand 13 gegenüber liegen. Der Abstand zwischen der Schalldämpferwand 12 der Kurbelgehäusewand 13 kann variieren, aber bei allen an den Luftführungsbereich 15 angrenzenden Bereichen sollte ein Maximalabstand zwischen der Schalldämpferwand 12 und der Kurbelgehäusewand 13 kleiner sein als die Hälfte eines Maximalabstands zwischen der Schalldämpferwand 12 und der Kurbelgehäusewand 13 im Inneren des Luftführungsbereichs 15.
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Ein erster Abschnitt 16 des tunnelförmigen Luftführungsbereichs 15 ist im unteren Bereich der rückwärtigen Wand 10 der hinteren Schale 8 ausgeformt. Der erster Abschnitt 16 verläuft von einer Seite des Schalldämpfers 6, die auf der dem Lüfterrad 4 zugewandten kühleren Seite der Kettensäge liegt, zu einer Seite des Schalldämpfers 6, die auf der der Führungsschienenaufnahme 5 zugewandten wärmeren Seite der Kettensäge liegt. An der dem Lüfterrad 4 zugewandten Seite des ersten Abschnitts 16 befindet sich ein Einlass 17. An dieser Stelle wird der erster Abschnitt 16 direkt mit einem vom Lüfterrad 4 generierten Kühlluftstrom beaufschlagt. An der der Führungsschienenaufnahme 5 zugewandten Seite der hinteren Schale 8 ist ein zweiter Abschnitt 18 des tunnelförmigen Luftführungsbereichs 15, der fluidisch mit dem ersten Abschnitt 16 verbunden ist. Er verläuft in Längsrichtung der Kettesäge vom unteren Bereich der rückwärtigen Wand 10 der hinteren Schale 8 hin zu einem Flanschbereich 19 der hinteren Schale 8. In diesem Flanschbereich 19 liegen im montierten Zustand die vordere Schale 7 und die hintere Schale 8 aneinander an. Für die Verbindung der vorderen Schale 7 und die hinteren Schale 8 miteinander und für die Befestigung des gesamten Schalldämpfers 6 am Kurbelgehäuse 2 sind Bohrungen 20 in diesem Flanschbereich 19 vorgesehen. Die Bohrungen 20 an der unteren Seite des Schalldämpfers 6 sind zur Durchführung von Schrauben vorgesehen, die in Schraubdome 9 im Kurbelgehäuse 2 eingeschraubt sind. Die Längsachsen der Schraubdome 9 verlaufen dabei in Längsrichtung der Kettensäge. Die Längsachse des zweiten Abschnitts 18 verläuft ebenfalls in Längsrichtung der Kettensäge, wobei der zweite Abschnitt 18 so angeordnet ist, dass er den auf der der Führungsschienenaufnahme 5 zugewandten wärmeren Seite der Kettensäge liegenden Schraubdom 9 im Wesentlichen koaxial umgibt. Durch diese Ausgestaltung des Luftführungsbereichs 15 kann ein Teilstrom des vom Lüfterrad 4 generierten Kühlluftstroms von der kühleren Seite der Kettensäge zum auf der wärmeren Seite gelegenen Schraubdom 9 hinüber geleitet werden, wo er großflächig an diesem entlang strömt, bis er in einem Auslass 21 mündet. Der Auslass 21 ist dabei so gestaltet, dass Luft in zwei Teilströmen in Umfangsrichtung des Schraubdoms 9 aus dem Luftführungsbereich 15 herausströmt. Im Bereich des Auslasses 21 ist ein Teil der Schalldämpferwand 12 zusätzlich zu der kreisbogenförmigen Wölbung hin zum Schalldämpferinneren nochmals kreisbogenförmig hin zum Schalldämpferinneren gewölbt. Durch diese zusätzliche kleinere Auswölbung 22 vergrößert sich der Abstand der Schalldämpferwand 12 zur Bohrungen 20, wodurch die Festigkeit des Schalldämpfers an dieser Stelle erhöht wird. Es hat sich gezeigt, dass sich der Schraubdom 9 durch die oben beschriebene Kühlvorrichtung um bis zu 10° C weniger erwärmt als ohne eine solche Kühlvorrichtung. Dennoch führt diese Form der Abzweigung eines Teilstroms vom durch das Lüfterrad 4 generierten Kühlluftstrom nicht dazu, dass Teile des Zylinders überhitzen oder umlaufend um den Zylinder herum zu große Temperaturunterschiede auftreten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Kurbelgehäuse
- 3
- Zylinder
- 4
- Lüfterrad
- 5
- Führungsschienenaufnahme
- 6
- Schalldämpfer
- 7
- Vordere Schale
- 8
- Hintere Schale
- 9
- Schraubdome
- 10
- Rückwärtige Wand
- 11
- Abgasauslass
- 12
- Schalldämpferwand
- 13
- Kurbelgehäusewand
- 14
- Spalt
- 15
- Luftführungsbereich
- 16
- Erster Abschnitt
- 17
- Einlass
- 18
- Zweiter Abschnitt
- 19
- Flanschbereich
- 20
- Bohrungen
- 21
- Auslass