DE10303213A1

DE10303213A1 - Messerbalken für Rasenmäher

Info

Publication number: DE10303213A1
Application number: DE2003103213
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dr. Kern; Philipp Epple
Original assignee: DR KERN GmbH
Current assignee: DR KERN GmbH
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-07-29

Abstract

Messerbalken werden bisher nur sehr eingeschränkt nach strömungstechnischen bzw. strömungsakustischen Erfordernissen konzipiert und gefertigt. Die Zielsetzung der Erfindung betrifft die Verbesserung des Schnittprozesses und der Luftführung nach strömungstechnischen Gesichtspunkten. Die Erfindung betrifft einen Rasenmäherbalken nach Fig. 2, dessen Tragarm erfindungsgemäß mit unterschiedlichen vorteilhaften Querschnitten ausgeführt sein kann und über Messer (4) verfügt, die eine ausgeprägte Messerklinge (4a) sowie Messerflügel (2) besitzen. Die Messer können zur Erhöhung des Auftriebs mit und ohne Seitenflügel (8, 9) ausgeführt sein. DOLLAR A Erfindungsgemäß haben die beschriebenen Lösungen den Vorteil, daß sie zu einer Verbesserung der Luftführung im Rasenmäher beitragen, die zu einem relativ größeren Auswurf von Schnittgras und einem niedrigeren Geräusch führen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rasenmäherbalken, der so gestaltet ist, daß sowohl der Tragarm als auch das Messer mit seinem integrierten Luftleitflügel strömungstechnischen Anforderungen hinsichtlich vor allem eines niedrigen Geräusches bei gleichzeitig gutem Grastransports genügt. Zu diesen Zwecken kann bzw. können an die Messer mit ihrem jeweiligen Luftleitflügel zusätzlich ein- oder beidseitig eine Seitenwand angefügt sein, die eine weitere erhebliche Verbesserung des für den Grastransports notwendigen Luftauftriebs bei gleichzeitiger Verminderung der Strömungsgeräusche bewirken.
Rasenmähermesser werden heute mit den vielfältigsten Ausgestaltungen hergestellt, die in etwa sechs Grundformen eingeteilt werden können. Diese Grundformen lassen sich in strömungstechnischer Hinsicht z. B. in Messer mit ausgeprägten Luft-Leitflügeln, oder Messer gruppieren, bei denen irgendwelche Teile auf die verschiedenste Art und Weise nach oben gebogen sind ohne über die Breite des Tragarms hinaus zu reichen. Diese Messertypen sind nach unseren Untersuchungen in der Regel nicht oder nicht erkennbar nach strömungstechnischen Gesichtspunkten gestaltet. Diese Situation führt zu einer schlechten Führung der Luft mit mangelhaftem Grastransport und trotzdem hohen Geräuschwerten oder zu Messerbalken mit ausreichend guten Grastransport und verhältnismäßig sehr lauten Geräuschen im Bereich von ca. dB(A). Hinzu kommen kann zusätzlich eine mehr oder weniger große Ablagerung von abgeschnittenen Grasteilchen an Teilen des Messerbalkens oder des Gehäuses bis hin zur Verstopfung des Transportkanals.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile durch eine strömungstechnisch bestimmte Gestaltung von Tragarm, Messer und deren Luftleitflügel sowie der Seitenteile zu vermeiden bzw. zu vermindern.
Beim Tragarm gehört zu diesen Maßnahmen eine strömungstechnisch gestaltete Form des Querschnitts des Tragarms. Bei einer üblichen Materialdicke vom >= 3 mm genügt bei einem Tragarm aus Stahl ein Flachprofil von z. B. 70 mm Breite den Festigkeitserfordernissen. Bei einer kleineren Materialstärke hingegen ist eine Profilierung des Tragarms in radialer Richtung notwendig. Das Profil des Tragarms wird erfindungsgemäß so gewählt, daß hierdurch kein oder kein nennenswerter Auftrieb der Luft entsteht. Das wird erreicht durch einen S-förmigen Querschnitt mit praktisch neutralem Auftriebsverhalten vorgesehen. Dieser S-förmige Querschnitt, der vorzugsweise so gestaltet ist, daß die grasseitig konvexe Wölbung des S-Schlags direkt hinter der Anströmkante liegt, während die grasseitig konkave Wölbung in die Abströmkante übergeht.
Die Messer sind mit ihren Luftleitprofilen strömungstechnisch so gestaltet, daß sie den für den Transport der abgeschnittenen Grasteilchen erforderlichen Volumenstrom ohne Ablösungen oder Wirbel mit möglichst kleinem Geräusch erzeugen.
Zusätzlich können ein- oder beidseitig des einzelnen Messerprofils Seitenteile angebracht sein. Mit diesen Seitenteilen wird erreicht, daß die Luftströmung im Bereich des Messers und seines Luftleitprofils seitlich nicht von der Ober- zu Unterseite oder umgekehrt strömt und dadurch Wirbel entstehen, die den Auftrieb erheblich vermindern, den Grastransport verschlechtern und das Strömungsgeräusch vergrößern
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen:
Dabei zeigen:
1 Grundform eines marktüblichen Messerbalkens
2 Grundform des erfindungsgemäßen Messerbalkens
3 Alternativen für balkenartige Tragarmquerschnitte
4 Scheibenförmige Alternativen zum Tragann-Balken
5 Sichelförmige Tragarm-Alternative zum Balkenprofil
In der 1 ist eine Grundform eines konventionellen Messerbalkens dargestellt, der sich in der Richtung 5 dreht. Der Messerbalken besteht aus einem Tragarm 1, der in der Mitte die Bohrung 3 zur Aufnahme auf der Welle des Antriebsmotors trägt und mit zwei Messern 4 ausgestattet ist, hinter denen jeweils ein Luftleitflügel 2 mit den unterschiedlichsten Formen angeformt ist. In der Regel gibt es keine sichtbare Grenze zwischen einer möglicherweise vorhandenen Messerklinge 4a und dem Messerflügel 2. Man erkennt lediglich die – angeschliffene – Scheidkante 4b. Im Schnitt AB wird eine sehr häufig angewendete Form eines Messerflügels dargestellt. Der Flügel wird durch das Abkanten des äußeren Teils des Tragarms gewonnen.
In konventionellen Messerbalken hat der Tragarm einen relativ flachen, rechteckigen Querschnitt 1b entsprechend Schnitt CD in 1.
2 zeigt eine Version des erfindungsgemäßen Messerbalkens, der im gezeichneten Beispiel aus dem Tragarm 7 und zwei Messern besteht. Ein Messer ist aus der Messerklinge 11, dem Messerflügel 10 und den Seitenflügeln 8, 9 aufgebaut.
Im Schnitt CD ist eine strömungstechnisch interessante Alternative für die Gestaltung des Querschnitts eines Tragarms 7 dargestellt, die erfindungsgemäß als S-förmiges Wellenprofil ausgebildet ist. Dieser Tragarm-Querschnitt ist ein quasi auftriebsneutrales Profil mit relativ kleinem Strömungswiderstand. Mit diesem punktsymmetrischen Querschnitt, dessen Profil drei Wendepunkte aufweist, kann ein Tragarm aus verhältnismäßig dünnem Material hergestellt werden, ohne daß ein unerwünschter Auf- bzw. Abtrieb entsteht. Das ermöglicht eine materialsparende steife Bauweise des Tragarms ohne die üblichen strömungstechnischen Nachteile einer – bezogen auf Horizontale – unsymmetrischen Profilierung.
Die Messer werden nach 2 beidseitig von senkrechten, zylindrisch geformten Seitenflügeln 8, 9 begrenzt. Diese Seitenflügel sind strömungstechnisch besonders vorteilhaft, weil sie weitgehend verhindern, daß die Luft von einer Messerseite auf die jeweilige Gegenseite strömt.
Die Seitenflügel können auch nur einseitig, d.h. nur auf der Innen- oder nur auf der Außenseite angebracht sein. Sie stehen entweder auf allen Seiten gemäß Schnitt EF in 2. oder auf nur einem Teil der Seiten über das Messerprofil in der selben oder einer unterschiedlichen Höhe hinaus. Der Überstand kann auf der einzelnen Seite beliebig hoch sein, teilweise oder sogar vollständig fehlen.
Die Anströmkante eines Seitenflügels kann zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse um einen Winkel α₂ von 0 bis ±20° gemäß 2 Einzelheit A angestellt sein.
Der Tragarm in 1 kann erfindungsgemäß auch ein gewölbtes Profil gemäß 3 aufweisen. Die Wölbung kann gemäß 3 a) ein Kreisprofil sein, das beidseitig symmetrisch zur Horizontalen, oder nach 3 b) unsymmetrisch ausgeführt ist Die Profile nach 3 a) oder b) können sowohl als Vollprofil 13 oder auch als Hohlprofil 14 ausgebildet sein.
Strömungstechnisch besonders vorteilhaft ist erfindungsgemäß ein Tragflügel beliebiger Querschnittsform, der außerdem auf den im jeweiligen Rasenmäher notwendigen Auftrieb ausgelegt ist. Dafür eignen sich erfindungsgemäß insbesondere NACA-Profile, für die beispielhaft das Profil Nummer 001215 in 3c) dargestellt ist.
Eine weitere, erfindungsgemäße Profilvariante ist ein Spindelprofil 16 gemäß 3d), das einen besonders kleinen Strömungswiderstand hat.
In 4 sind mehrere scheibenförmige Alternativen zum balkenförmigen Tragarm dargestellt. Der scheibenförmige Tragarm kann erfindungsgemäß aus einer einfachen Scheibe 4a) Schnitt AB, oder materialsparend und strömungsgünstig doppelt ausgebildet sein 4b) und c). und dabei eine beliebige form aufweisen.
Beim Einsatz von zwei Scheiben ist es besonders vorteilhaft, wenn die Scheiben beispielsweise beidseitig symmetrisch, oder gemäß b) oder c) zur Erzielung eines bestimmten Strömungs- und Auftriebsverhaltens unsymmetrisch sind. Besonders vorteilhaft ist eine kreisförmige Scheibenform gemäß 4a).
In 4b) ist beispielhaft ein Tragarm mit einer antriebsseitig flachen Scheibe und grasseitig kegelförmigen Profil entsprechende Alternative 18 oder grasseitig gewölbtem Profil entsprechend Alternative 19 dargestellt.
Eine weitere vorteilhafte Variante gemäß 4c) ist ein topfähnlicher Tragarm 21 der an der Antriebswelle 23 befestigt über die Nabe 22 gestülpt ist, und zwei oder mehrere Messer (4) trägt. Diese Lösung hat den Vorteil, daß kein Gras auf die Oberseite des Tragarms gelangen kann und die Drehbewegung behindert. Außerdem können sich sehr vorteilhaft bei allen Gestaltungsalternativen des scheibenförmigen Tragarms nach 4 keine Grashalme um seine Anströmkante falten und so das Strömungsverhalten beeinträchtigen und das Geräusch vergrößern.
In 5 ist ein Rasenmäher-Balken der beispielhaft mit sieben sichelartig rückwärts gekrümmten Tragarmen wiedergegeben, der ganz generell aus zwei oder mehreren Sicheln bestehen kann. Die Sicheln können entsprechend 5a an ihren Außenkanten einen gemeinsamen Reifen aufweisen. An diesem Reifen können auf der Außenseite zwei oder mehr Messer befestigt sein.
Die erfindungsgemäß gesichelten Tragarme lassen sich sehr vorteilhaft besonders geräuscharm gestalten.
Gemäß 5b) können die Messer auch direkt auf den Schaufelenden sitzen, wobei nicht jede Sichel mit einem Messer bestückt sein muß. In diesem Fall dienen die nicht mit Messern bestückten Sicheln der Erhöhung des Volumenstromes zur Verbesserung des Grastransportes.

Claims

Messerbalken (1) dadurch gekennzeichnet, daß er nach 1 aus einem Tragarm (1) beliebigen Querschnitts mit ausgeprägten Messern (4) besteht, die aus einer Klinge (4a) mit definierter Klingenbreite (b) und Luftleitflügeln (2) gebildet sind.
Messerbalken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß er einen Tragarm (7), 2, hat, der als Balken nach 3a) mit einem gewölbten Profilquerschnitt ausgebildet ist, der sowohl als Voll- oder Hohlprofil ausgebildet sein kann.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß er einen Tragarm (7), 2, hat, der als Balken nach 3a) mit einem symmetrisch gewölbten Profilquerschnitt oder nach 3b) mit einem unsymmetrisch gewölbten Profilquerschnitt ausgebildet ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß er einen Tragarm (7), 2, hat, dessen gewölbtes Profil nach 3a) und b) kreisbogenförmig ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß er einen Tragarm (7), 2, hat, dessen gewölbtes Profil nach 3c) tragflügelförmig gestaltet ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß er einen Tragarm (7), 2, hat, dessen gewölbtes Profil nach 3c) insbesondere als NACA-Profil ausgebildet ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß er einen Tragarm (7), 2, hat, dessen gewölbtes Profil nach 3d) als spindelförmiger Querschnitt ausgebildet ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß er einen Tragarm (7), 2, hat, der als Balken nach 2 mit einem S-förmigen Profilquerschnitt gemäß Schnitt (CD) mit drei Wendepunkten ausgebildet ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß das S-förmige Profil des Tragarms {7) nach 2 Schnitt (CD) punktsymmetrisch zur Mittellinie ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das S-förmige Profil des Tragarms (7), 2) so ausgelegt ist, daß kein Auftrieb oder nur ein Auftrieb kleiner als 20 % des Gesamtauftriebs des Messerbalkens entsteht.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Anströmkante (4b), 1, der jeweiligen Messerklinge nach 2 gegenüber der Anströmkante des Tragbalkens parallel vor- oder nacheilt, oder mit dieser in einer Linie fluchtet, oder auf einem Radialstrahl liegt, der durch die Mitte Drehachse geht, oder gegenüber diesem Radialstrahl um bis zu plus/minus 45° abgewinkelt ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß die Messerklinge (4a), 1, eine Breite (b) zwischen 0,3 mm und 20 mm hat.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Messerklinge (4a) nach 1 eine schräg angestellte Schneidkante (4b) hat.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Messerklinge (4a) nach 1 eben, d. h. nicht gewölbt ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß die Messerklinge (4a) entsprechend 1 an der Anströmkante nach 2 Schnitt EF mit einem Winkel (α₁) zwischen 0,3 ° und 20° zur Horizontalen nach oben oder unten {Grasseite) angestellt ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Messer (7) nach 2 ein- oder beidseitig durch Seitenflügel (8), (9) nach 2 begrenzt sind.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflügel (8, 9) nach 2 auf allen ihren vier Seiten entsprechend Schnitt EF über die – beliebigen – Messerprofilgrenzen hinausreichen.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflügel (8, 9) nach 2 der Messer (7) nicht mit allen ihren Kanten über das Messerprofil hinausreichen, insbesondere nicht im Bereich der Seite der Messerklinge.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflügel (8, 9) nach 2 auf einer Kantenseite auch nur teilweise über das Messerprofil hinausreichen, insbesondere auf der Unterseite bzw. Grasseite im Anströmbereich des Messers.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflügel (8), (9) in 2 eine zur Drehachse konzentrische zylindrische Form aufweisen.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflügel (8), (9) der Messer (7) an ihrer Anströmkante nach 2 Einzelheit A einen Anstellwinkel zwischen 0° und +20° aufweisen.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 21 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 4 als eine ein- oder zweiseitig gewölbte Scheibe mit beliebiger Umfangskontur als Voll- oder Hohlprofil ausgebildet ist, an der Messer befestigt sind.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 22 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 4 als eine ein- oder zweiseitig gewölbte Scheibe mit beliebiger Umfangskontur als Voll- oder Hohlprofil ausgebildet ist, an deren Umfang radial Messer befestigt sind.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 23 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 4 als eine ein- oder zweiseitig gewölbte Scheibe mit beliebiger Umfangskontur als Voll- oder Hohlprofil ausgebildet ist, an deren Umfang auf der dem Gras zugewandten Scheibenfläche Messer befestigt sind.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 24 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 4 besonders vorteilhaft als Kreisscheibe ausgebildet ist, dessen motorseitige Fläche eben und die grasseitige Fläche konvex gewölbt ist und die beide an ihren Rändern zusammenlaufen.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 25 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 4 besonders vorteilhaft als Kreisscheibe ausgebildet ist, deren beide Flachen rotationssymmetrisch konvex gewölbt sind und an ihren Rändern zusammenlaufen.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 26 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 4 als Kreisscheibe ausgebildet ist, deren beide an den Rändern zusammenlaufenden Flächen rotations-symmetrisch konvex mit beiderseits unterschiedlichem Krümmungsradius gewölbt sind.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 27 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 5b als Gebläse ausgebildet ist, das aus mehreren sichelförmigen Tragarmen besteht an deren Enden sich jeweils ein Messer befindet.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 28 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 5b als Gebläse ausgebildet ist, das aus mehreren sichelförmigen Tragarmen besteht an deren Enden sich nur teilweise ein Messer befindet.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 29 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 5a als Gebläse ausgebildet ist, das aus mehreren sichelförmigen Teil-Tragarmen (24) besteht an deren Enden sich ein gemeinsamer kreisringförmiger Reifen (25) befindet an dem wiederum zwei oder mehrere Messer (4) befestigt sind.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 30 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, der nach 5a eine Reifen trägt, an dem die Messer so befestigt sind, daß deren Schneidkanten tiefer als der Reifen liegen.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (7), 2, nach 5 aus einem verstärktem oder unverstärkten Kunststoff besteht, in den an den geeigneten Stellen der Messerflügel bzw. Tragarme metallische Messerklingen fest verbunden oder auswechselbar eingesetzt sind.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 32 dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Messerbalken nach 2 oder 5 fest verbundenen oder austauschbaren Messerklingen aus einem einsatzgehärtetem oder durchgehärtetem Stahl bestehen.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 33 dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Messerbalken fest verbundenen oder austauschbaren Messerklingen aus Hartmetall oder Keramik bestehen.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 34 dadurch gekennzeichnet, daß der Messerbalken über eine selbstauslösende Rutschkupplung mit der Antriebswelle des Rassenmähers verbunden ist.
Messerbalken nach Anspruch 1 bis 35 dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung mit dem Auslösen direkt oder indirekt ein Abschalten des Antriebs des Messerbalkens verursacht.