DE102009051356A1

DE102009051356A1 - Arbeitsgerät mit einem aus dem Kühlluftstrom abgezweigten Verbrennungsluftstrom

Info

Publication number: DE102009051356A1
Application number: DE102009051356A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Kienzle; Martin Dr.-Ing. Rieber
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-05
Also published as: US20110100308A1; CN102061984A; CN102061984B; US8490585B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein tragbares, handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorkettensäge, einen Trennschleifer, einen Freischneider oder dgl. mit einem luftgekühlten Verbrennungsmotor. Ein aus einer Kühlluftspirale (6) und einem Lüfterrad (5) bestehendes Kühlluftgebläse (4) fördert einen Kühlluftstrom (13) zur Kühlung des Verbrennungsmotors. Ferner ist ein aus dem Kühlluftgebläse (4) zum Verbrennungsmotor (2) führender Verbrennungsluftkanal (30) vorgesehen, der von einem im Boden (14) der Kühlluftspirale (6) vorgesehenen Luftaustrittsfenster (20) abzweigt. Die Abzweigvorrichtung (21) weist eine Leitwand (22) auf, die sich in die Kühlluftspirale (6) zwischen dem Lüfterrad (5) und dem Luftaustrittsfenster (20) erstreckt. Um bei geringer Störung des Kühlluftstroms ein großes Volumen an Verbrennungsluft abzuzweigen, ist vorgesehen, dass sich der Durchtrittsquerschnitt des Luftaustrittsfensters (20) in Strömungsrichtung der abgezweigten Verbrennungsluft (19) von einer ersten Durchtrittsfläche (29) auf eine zweite Durchtrittsfläche (31) verjüngt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsgerät mit einem luftgekühlten Verbrennungsmotor, insbesondere ein tragbares, handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorkettensäge, ein Trennschleifer, ein Freischneider oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, in der Kühlluftspirale eine Abzweigvorrichtung für die dem Motor zuzuführende Verbrennungsluft anzuordnen, wobei diese Abzweigvorrichtung auch als Vorabscheider bezeichnet wird. Über eine Leitwand ist das Luftaustrittsfenster der Abzweigvorrichtung gegen das Lüfterrad abgeschirmt, so dass das Luftaustrittsfenster im Wesentlichen im Strömungsschatten des fördernden Lüfterrades liegt. Die über das Luftaustrittsfenster zum Verbrennungsmotor strömende Kühlluft wird vom Verbrennungsmotor als Verbrennungsluft über das Luftaustrittsfenster angesaugt, wobei aufgrund der Anordnung und Lage des Fensters der Verbrennungsluftstrom von Schmutzpartikeln und Staubfracht weitgehend frei ist.
Das Kühlluftgebläse mit Kühlluftspirale und Lüfterrad ist auf eine ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors unter Dauerlast ausgelegt. Da die Abzweigvorrichtung bzw. der Vorabscheider in der Kühlluftspirale platziert wird, muss dessen Form und Größe derart vorgesehen sein, dass der Kühlluftstrom selbst möglichst wenig gestört wird, um in jedem Betriebszustand eine ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors zu gewährleisten.
Andererseits soll die Abzweigvorrichtung bzw. der Vorabscheider so ausgestaltet werden, dass dem Verbrennungsmotor ein ausreichendes Volumen an Verbrennungsluft zuströmt. Eine auf den gewünschten Staudruck und die gewünschte Fördermenge an Verbrennungsluft abgestimmte Abzweigvorrichtung kann aber zu einer erheblichen Störung der Kühlluftspirale und des Kühlluftstroms führen, so dass die ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors gefährdet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Arbeitsgerät mit einem luftgekühlten Verbrennungsmotor mit einfachen Mitteln eine geeignete Menge an Verbrennungsluft über eine Abzweigvorrichtung aus der Kühlluftspirale abzuzweigen und dabei sicherzustellen, dass die Abzweigvorrichtung keine signifikante Störung des Kühlluftstroms aus dem Kühlluftgebläse zum Verbrennungsmotor bewirkt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Überraschend hat sich gezeigt, dass trotz Verjüngung der großen Durchtrittsfläche des Luftaustrittsfensters in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft auf eine kleinere Durchtrittsfläche des abführenden Verbrennungsluftkanals eine verbesserte Verbrennungsluftströmung mit erhöhtem Volumen erzielt ist, ohne dass der Kühlluftstrom stärker beeinträchtigt ist. Durch die Verjüngung des Durchtrittsquerschnitts in Richtung zum Verbrennungsluftkanal ist auch eine Beschleunigung der Luftmassen bedingt.
Die Verjüngung des Durchtrittsquerschnitts erfolgt zweckmäßig kontinuierlich, um störende Strömungsbedingungen wie z. B. Wirbelbildung zu vermeiden.
In vorteilhafter Ausbildung ist zumindest eine Kante des Luftaustrittsfensters als in den Luftkanal abfallende Fläche ausgebildet, wobei die abfallende Fläche im Wesentlichen eine gerade Ebene bilden kann. Es kann auch zweckmäßig sein, die abfallende Fläche als Rundung oder als mehrfach gestufte Fläche zu gestalten.
Die abfallende Fläche ist an einer Längskante des Luftaustrittsfensters ausgebildet, erstreckt sich somit im Wesentlichen in Längsrichtung der Strömung der Kühlluft. Die Längskante des Luftaustrittsfensters liegt der Leitwand gegenüber, wobei die andere Längskante durch die Leitwand selbst gebildet ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Leitwand mit einem Dachabschnitt ausgebildet, der das Luftaustrittsfenster mit Abstand übergreift, wobei zweckmäßig an dem in Strömungsrichtung vorderen Ende der Leitwand ein radialer Abschlussabschnitt gestaltet ist, der sich längs einer hinteren radialen Kante des Luftaustrittsfensters erstreckt. Durch diese Gestaltung der Leitwand wird eine offene Tasche gebildet, in der sich Teile der Kühlluft fangen und so oberhalb des Luftaustrittsfensters einen Staudruck erzeugen, welcher – ohne signifikante Störung der Kühlluftströmung – das Abströmen der Verbrennungsluft fördert.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im Einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
1 eine Ansicht auf ein geöffnetes Kühlluftgebläse für ein tragbares, handgeführtes Arbeitsgerät,
2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1,
3 einen Schnitt längs der Linie III-III in 1,
4 in vergrößerter Darstellung eine Abzweigvorrichtung für Verbrennungsluft aus dem Kühlluftgebläse,
5 einen Schnitt durch die Abzweigvorrichtung längs der Linie V-V in 4.
Das in 1 gezeigte Kühlluftgebläse 1 ist Teil eines nicht näher dargestellten Arbeitgerätes mit einem luftgekühlten Verbrennungsmotor 2, der in 2 schematisch dargestellt ist. Ein derartiges Arbeitsgerät ist insbesondere ein tragbares, handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorkettensäge, ein Trennschleifer, ein Freischneidegerät, ein Blasgerät oder dgl..
Das in 1 dargestellte Gehäuseteil 3 ist Teil des Gehäuses des Arbeitsgerätes und nimmt ein Kühlluftgebläse 4 auf, welches aus einem Lüfterrad 5 und einer Kühlluftspirale 6 besteht. Wie 3 zeigt, ist das Kühlluftgebläse 4 von einem Lüftungsgitter 8 abgedeckt, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Seilzugstarter 9 enthält, der zum Anwerfen des Verbrennungsmotors an der Nabe 10 des Lüfterrades 5 angreift. Das Lüfterrad 5 ist drehfest auf der Kurbelwelle 11 des Verbrennungsmotors montiert.
Wie 1 zeigt, erstreckt sich die Kühlluftspirale über einen Umfangswinkel von etwa 300° bis 320° in Drehrichtung 7 des Lüfterrades 5, wobei sich die Kühlluftspirale in Richtung ihrer Ausblasöffnung 12 erweitert.
In Strömungsrichtung 13 der geförderten Kühlluft 34 gesehen, ist vor der Ausblasöffnung 12, etwa im Bereich von 220° bis 320° der Kühlluftspirale 6 ein Luftaustrittsfenster 20 vorgesehen, welches vorzugsweise im Boden 14 der Kühlluftspirale 6 eingelassen ist. In Strömungsrichtung 13 der Kühlluft 34 liegt vor dem Luftaustrittsfenster 20 ein Zündmodul 15 des Verbrennungsmotors, wobei das Zündmodul 15 von der Kühlluft 34 des Kühlluftgebläses 4 überströmt wird.
Das Luftaustrittsfenster 20 liegt, wie 2 zeigt, zweckmäßig in einer Ebene 16 mit der Oberfläche 17 des Zündmoduls 15. Die das Zündmodul 15 überstreichende Kühlluft 34 strömt somit in einer Ebene 16, in der auch das Luftaustrittsfenster 20 vorgesehen ist.
Das Luftaustrittsfenster 20 ist Teil einer Abzweigvorrichtung 21, welche in den 4 und 5 dargestellt ist.
Wie die 1 bis 3 in Verbindung mit den 4 und 5 zeigen, umfasst die Abzweigvorrichtung 21 eine Leitwand 22, deren Anfangsabschnitt 23 nahe dem Außenumfang 18 des Lüfterrades 5 liegt. Die Leitwand 22 erstreckt sich über einen Umfangswinkel von etwa 45° und liegt etwa in Strömungsrichtung 13 der Kühlluft 34 ausgerichtet, so dass die Leitwand 22 selbst eine möglichst geringe Störquelle in der Kühlluftströmung bildet.
Die Leitwand 22 liegt zwischen dem Lüfterrad 5 und dem Luftaustrittsfenster 20, so dass die radial von dem Lüfterrad 5 geförderten Luftmassen nicht unmittelbar in das Luftaustrittsfenster 20 eintreten können.
Zur weiteren Abdeckung des Luftaustrittsfensters 20 gegen einen direkten Lufteintritt weist die Leitwand 22 an ihrem dem Kühlluftgitter 8 zugewandt liegenden Längsrand einen Dachabschnitt 24 auf, der hinter dem Anfangsabschnitt 23 beginnt und sich über das Austrittsfenster 20 hinweg bis zu dessen hinterer Kante 25 erstreckt. Der Dachabschnitt 24 liegt mit einem Abstand a oberhalb der Ebene 16 bzw. oberhalb der Ebene 26 (5) des Luftaustrittsfensters 20 und ragt – wie in Draufsicht nach 4 zu erkennen – über etwa die halbe radiale Breite des im Wesentlichen rechteckigen Luftaustrittsfensters 20.
Die Leitwand 22 weist in Strömungsrichtung 13 der Kühlluft 34 einen hinteren Abschlussabschnitt 27 auf, der sich in etwa radial hinter dem Luftaustrittsfenster 20 quer zur Strömungsrichtung 13 erstreckt und über nur eine Teilbreite des Luftaustrittsfensters 20 ragt.
Wie 5 zeigt, hat der Abschlussabschnitt 27 eine Breite T, die einem Teil der Breite B des Austrittsfensters 20 entspricht.
Die in der Kühlluftspirale 6 entsprechend der Drehrichtung 7 des Lüfterrades 5 geförderte Kühlluft 34 überstreicht das Zündmodul 15 und den Boden 28 der Abzweigvorrichtung 20. Dabei fängt sich ein Teil der Kühlluft 34 im Bereich des hinteren Abschlussabschnittes 27 der Leitwand 22 und baut oberhalb des Luftaustrittsfensters 20 einen Staudruck auf, der die Strömung der abzuzweigenden Verbrennungsluft 19 durch den Verbrennungsluftkanal 30 unterstützt. Die Gestaltung des hinteren Abschlussabschnittes 27 der Leitwand 22 ist so vorgesehen, dass die Strömung der Kühlluft 34 wenig gestört wird, so dass die Wirkung des Kühlluftgebläses durch die abzweigende Verbrennungsluft 19 nicht beeinträchtigt ist.
Die Auslegung ist so getroffen, dass das notwendige Volumen an Verbrennungsluft 19 und zusätzlich ein Überschussvolumen mit einem entsprechenden Staudruck zur Verfügung steht, damit einem Verbrennungsmotor 2 – auch bei maximaler Ansaugleistung – eine ausreichende Menge an Verbrennungsluft zuströmt. Das Verhältnis der abgezweigten Verbrennungsluft 19 zur geförderten Kühlluft 34 ist etwa 10% zu 90%.
Um das Volumen der abgezweigten Verbrennungsluft 19 zu erhöhen, ohne die Baugröße der Abzweigvorrichtung 21 zu vergrößern und damit die Kühlluftströmung in der Kühlluftspirale 6 zu beeinträchtigen, ist zunächst vorgesehen, den Durchtrittsquerschnitt des Luftaustrittsfensters 20 groß auszuführen, wobei der Durchtrittsquerschnitt von einer ersten Durchtrittsfläche 29 auf eine in Strömungsrichtung nachfolgende zweite Durchtrittsfläche 31 verringert ist, wodurch die Baugröße der Abzweigvorrichtung 21 unverändert klein bleibt. Geometrisch ergibt sich dadurch ein Bauteil als Abzweigvorrichtung 21, dessen Verbrennungsluftkanal 30 sich von einem Einströmabschnitt des vorgesehenen Luftaustrittsfensters 20 von der äußeren Ebene 26 des Bodens 28 in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft 19 auf einen kleineren Durchschnittsquerschnitt des abführenden Abschnitts des Verbrennungsluftkanals 30 verjüngt. Die Größe des Luft einfangenden Durchtrittsquerschnitts 29 der Luftaustrittsöffnung 20 ist somit erhöht.
Die Baugröße der Abzweigvorrichtung 21 ist maßgeblich von der Durchtrittsfläche 31 bzw. dem Maß b (5) des Verbrennungsluftkanals 30 bestimmt. Um die Baugröße nicht zu verändern bzw. klein zu halten, verjüngt sich der Einströmabschnitt von der Durchtrittsfläche 29 des Luftaustrittsfensters 20 zur Durchtrittsfläche 31 des abführenden Verbrennungsluftkanals 30.
Zweckmäßig ist die Verjüngung des Einströmabschnitts kontinuierlich ausgebildet, wozu in einem Ausführungsbeispiel zumindest eine Kante 35 des Luftaustrittsfensters 20 als in den Luftkanal 30 abfallende Fläche 40 ausgebildet ist. Andere Gestaltungen wie eine Rundung oder eine mehrstufige Fläche können zweckmäßig sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die abfallende Fläche 40 im Wesentlichen eine Ebene 42, die unter einem Winkel 41 von etwa 40° bis 50° zur Längsochse 32 des abführenden Verbrennungsluftkanals 30 liegt.
Die Grundform des Luftaustrittsfensters 20 ist in Draufsicht gesehen etwa rechteckig, wobei sich die große Längsachse 33 des Rechtecks etwa in Hauptströmungsrichtung 13 der Kühlluft 34 erstreckt, die kleine Achse des Rechtecks somit etwa radial zum Lüfterrad 5 liegt. Die Leitwand 22 bildet dabei – wie 4 und 5 zeigt – die eine Längskante des Luftaustrittsfensters 20, während die der Leitwand 22 gegenüberliegende Längskante 35 derart geformt wird, dass sich der Durchtrittsquerschnitt des Luftaustrittsfensters 20 in Strömungsrichtung der abgezweigten Verbrennungsluft 19 von einer ersten Durchtrittsfläche 29 auf eine zweite Durchtrittsfläche 31 verjüngt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 5 hat das rechteckige Luftaustrittsfenster 20 in der Ebene 26 des Bodens 28 der Abzweigvorrichtung eine Breite B und verjüngt sich auf eine quer zur Längsachse 33 des Luftaustrittsfensters 20 gemessene Breite b am Übergang zum Verbrennungsluftkanal 30.
Durch die Verjüngung des an das Luftaustrittsfenster 20 anschließenden Einströmabschnittes kann im Eintrittsbereich in der Ebene des Bodens 28 ein großer Durchströmquerschnitt ausgebildet werden, was zu einem größeren Volumen an abgezweigter Verbrennungsluft führt. Der in Strömungsrichtung abnehmende Durchtrittsquerschnitt führt zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. Die Gesamtabstimmung ist so vorgesehen, dass die ausgebildete Einlaufschräge bzw. die in das Luftaustrittsfenster 20 abfallende Schrägfläche 40 die durchströmende Verbrennungsluft 19 beschleunigt, um eine Drosselwirkung zu minimieren.

Claims

Arbeitsgerät mit einem luftgekühlten Verbrennungsmotor, insbesondere tragbares, handgeführtes Arbeitsgerät wie eine Motorkettensäge, ein Trennschleifer, ein Freischneider oder dgl., mit einem aus einer Kühlluftspirale (6) und einem Lüfterrad (5) bestehenden Kühlluftgebläse (4) zur Förderung eines Kühlluftstroms (13), sowie mit einem aus dem Kühlluftgebläse (4) zum Verbrennungsmotor (2) führenden Verbrennungsluftkanal (30), der von einem im Boden (14) der Kühlluftspirale (6) vorgesehenen Luftaustrittsfenster abzweigt, und mit einer in die Kühlluftspirale (6) einragenden Leitwand (22), die sich zwischen dem Lüfterrad (5) und dem Luftaustrittsfenster (20) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchtrittsquerschnitt des Luftaustrittsfensters (20) in Strömungsrichtung der abgezweigten Verbrennungsluft (19) von einer ersten Durchtrittsfläche (29) auf eine zweite Durchtrittsfläche (31) verjüngt.
Arbeitsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchtrittsquerschnitt kontinuierlich verjüngt.
Arbeitsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kante (35) des Luftaustrittsfensters (20) als in den Luftkanal (30) abfallende Fläche (40) ausgebildet ist.
Arbeitsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die abfallende Fläche (40) im Wesentlichen eine gerade Ebene (42) bildet.
Arbeitsgerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die abfallende Fläche (40) an einer Längskante (35) des Luftaustrittsfensters (20) ausgebildet ist.
Arbeitsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längskante (35) der Leitwand (22) gegenüberliegt.
Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitwand (22) einen das Austrittsfenster (20) mit Abstand (a) übergreifenden Dachabschnitt (24) aufweist.
Arbeitsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das in Strömungsrichtung der Kühlluft (13) hintere Ende der Leitwand (22) einen radialen Abschlussabschnitt (27) aufweist, der sich etwa längs einer radialen, hinteren Kante des Luftaustrittsfensters (20) erstreckt.