DE3418059A1

DE3418059A1 - Betaetigungsvorrichtung fuer automatische notbremsen bei handbedienten motorwerkzeugen

Info

Publication number: DE3418059A1
Application number: DE3418059A
Authority: DE
Inventors: Bo Christer Göteborg Andreasson
Original assignee: Electrolux AB
Current assignee: Electrolux AB
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1984-05-15
Publication date: 1984-11-29
Also published as: DE3418059C2; US4573556A; SE8302885L; SE436713B; SE8302885D0

Description

Betätigungsvorrichtung für automatische Notbremsen bei

handbedienten Motorwerkzeugen

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und insbesondere eine Betätigungsvorrichtung von automatischen Notbremsen bei handbetriebenen Motorwerkzeugen mit einer sich drehenden Antriebswelle, wie z.B. bei motorbetriebenen Kettensägen, bei der die Notbremse an der Antriebswelle aus einem Bremsmechanismus besteht, der mit Hilfe von gespeicherter Energie ausgelöst wird.

Motorkettensägen sind Werkzeuge, die unter unglücklichen Umständen dem Sägenden oder Personen in dessen Nähe schwere Verletzungen zufügen können. Das Unfallrisiko ist während des Entfernens von Baumästen am größten. Es kann vorkommen, daß die Sägekette sich an der oberen Kante des Sägeschwertes vom Körper löst, sich dann an der Spitze des Sägeschwertes in Ästen verklemmt und dadurch kurzzeitig stoppt. Dieses kurzzeitige Stoppen der Sägekette wird über die Kettenglieder zur Antriebswelle der Kette weitergeleitet, wo ein beachtliches Drehmoment auftritt. Dieses Drehmoment kann bei kurzzeitiger Blockierung der Kette eine schnelle Drehbewegung der Motorsäge bewirken, einen sogenannten Rückstoß, der aufwärts um eine Achse oder einen Drehpunkt aufgrund von Rückschlag- und Trägheitskräften wirkt. Für den Sägenden ist es sehr schwierig, einen gerade beginnenden Rückstoß zu verhindern, da eine Motorsäge an Handgriffen gehalten wird, die in der Nähe oder unmittelbar über dem Schwerpunkt der Säge liegen.

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Es sind einige Notbremsen bekannt, die von einem Rückstoß ausgelöst werden und das Kettenrad abbremsen, wodurch das Drehmoment abgebaut und das Risiko gemindert wird, durch die Kette verletzt zu werden, wenn der gegen den Sägenden gerichtete Rückstoß aufgetreten ist.

Diese Notbremsen sind üblicherweise mit einer Bandbremse ausgestattet, die um einen Kupplungszylinder mit einem Kettenrad gespannt ist und die wiederum über eine Zentrifugalkupplung mit der Antriebswelle des Sägemotors verbunden ist. Die Bandbremse besitzt eine Verriegelung, und in der verriegelten Stellung ist die Bremse gegen ein gespanntes Federelement gelöst. Ist die Verriegelung gelöst, dann bringt das Federelement die Bandbremse in Kontakt mit dem Kupplungszylinder und schaltet beispielsweise gleichzeitig die Zündung des Motors aus.

In Verbindung hiermit war es schwierig, ein Betätigungsglied bzw. einen Auslöser für das Auslösen der Verriegelung zu entwickeln, das bzw. der genügend schnell reagiert und bei dem nicht das Risiko besteht, einem Bruch, Verschmutzung, Korrosion oder Schwingungen und Stoßen ausgesetzt zu sein, wie sie üblicherweise beim Gebrauch von Motorsägen auftreten.

Die Verriegelung kann z.B. bei einem Rückstoß auf folgende Weise ausgelöst werden:

A. Die Hand des Sägenden betätigt einen Hebel bzw. Bügel, der mechanisch mit der Verriegelung verbunden ist, wenn das Sägegehäuse um seine Achse bzw. seinen Drehpunkt schwingt,

B. Der Hebel bzw. Bügel löst die Verriegelung mechanisch durch seine eigene Trägheit, ohne jeglichen Kontakt mit dem Sägenden,

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C. Eine festgelegte Relativbewegung zwischen dem Sägegehäuse und dem Sägeschwert bewirkt die gewünschte Auslösung oder Entriegelung über eine Gelenkverbindung zwischen diesen beiden Teilen,

D. Ein elektrischer Schalter an dem Hebel bzw. Bügel löst die. Verriegelung durch Kontaktgabe,

E. ein elektrischer Schalter, der den Trägheitskräften ausgesetzt ist, löst die Verriegelung direkt, ohne daß die Betätigung irgendeines Hebels oder Bügels durch den Rückstoß nötig wäre, oder

F. ein überdruckventil einer Druckkammer, das über eine Druckfeder mit der Bremse verbunden ist, ist Trägheitskräften ausgesetzt und löst die Verriegelung.

Alle diese Lösungen haben einen oder mehrere Nachteile. Eine mechanische Einrichtung nach A, B und C mit unterschiedlichen Reaktionsgraden ist empfindlich hinsichtlich Bruch bzw. Ausfall durch Schwingungen, Verunreinigung und Korrosion. Ferner ist die Reaktionszeit oft nicht kurz genug, wie es auch bei D der Fall ist. Es muß möglich sein, einen üblichen Rückschlag innerhalb von einer Zehntel Sekunde zu unterbrechen, damit der Sägende nicht von der laufenden Kette getroffen wird. Die Lösung nach E oder F verursacht oft ein sogenanntes Abwürgen aus dem Grund, weil die Handgriffe moderner Motorsägen elastisch befestigt sind, wodurch Schwingbewegungen des Sägegehäuses möglich sind, die wiederum die Verriegelung lösen ..können, wenn die elastischen Elemente zerstört sind oder infolge kalten Wetters nicht die richtige Elastizität haben. Ein Beispiel für das Prinzip einer Ausführung nach E ist in der DE-OS 30 18 9 52 und einer Ausführung nach F in der US-PS 3 974 566 gegeben.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Betätigungsvorrichtung für die Verriegelung in bekannten Bandbremsen bei handbedienten Motorwerkzeugen, wie z.B. Motorsägen, zu schaffen, die unempfindlich gegen übliche Schwingungen und Stöße ist, die an einer geschützten Stelle der Motorsäge angebracht werden kann und die eine sehr kurze Reaktionszeit auf einen Rückstoß aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in vergrößertem Maßstab das Sägegehäuse

in einer Seitenansicht mit gelöstem Betätigungsglied . nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht mit dem Betätigungsglied nach einem Rückstoß,

Fig. 3 ein Betätigungsglied entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV von Fig. 3,

Fig. 5 und 6 entsprechend Fig. 3 und Fig. 4 mit dem Betätigungsglied nach einem Rückstoß und

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bremsmechanismus .

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In Fig. 1 ist in Seitenansicht ein Teil einer mit einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kettensäge zu sehen mit einem Sägegehäuse 1 und diesem vorgelagert einem Sägeschwert 2 für eine Sägekette, die selbst nicht dargestellt ist. Die Sägekette ist um ein Kettenrad gespannt, das an einem Kupplungszylinder 3 befestigt ist, welcher durch eine Fliehkraftkupplung mit der Kurbelwelle der hier nicht sichtbaren antreibenden Maschine im Eingriff steht.

Im Sägegehäuse ist ein an sich bekannter Bremsmechanismus angebracht, bestehend aus einem Band 4, das um den Kupplungszylinder 3 gelegt ist. Ein Ende 4¹ des Bandes 4 ist am Sägegehäuse 1, das andere Ende 4" auf der einen Seite eines Hakens 5 befestigt, dessen andere Seite mit einem Federelement 6 verbunden ist. Dieses wiederum ist am Sägegehäuse 1■gespannt befestigt und versucht das Bremsband 4 in Kontakt mit dem Zylinder 3 zu bringen.

Der Haken 5 steht in Verbindung mit einer Klinke 7 (Fig.1), die um die Achse 7' drehbar gelagert und mit einem weiteren Federelement 8 ausgestattet ist, das die Klinke 7 gegen den Uhrzeigersinn zu drehen versucht (Fig. 1 und 2). Die Kraft des Federelementes 8 auf die Klinke 7 kann durch einen Elektromagneten 9 überwunden werden, der im Sägegehäuse über der Klinke 7 angeordnet ist. Dieser Magnet ist über Leitungen bzw. Anschlußdrähte 10 mit einer elektronischen Einheit 11 verbunden, die wiederum einerseits mit einer Stromquelle 12 im Sägegehäuse 1 und andererseits mit einem Meßfühler bzw. Sensor 13 zur Erfassung bzw. Meldung des Rückstoßes verbunden ist.

Zum Meßfühler gehört ein Betätigungsglied 14, das mit einem geringen Reibungswiderstand auf einer Achse 15 in einem gesonderten, vorzugsweise hermetisch abgeschlossenen Teil des Sägegehäuses 1 gelagert ist. Das Betätigungsglied 14 hat die

Form eines Rades und besteht aus magnetisch leitendem bzw. permeablem Material mit radial vorspringenden Zähnen 14*, die gleichmäßig am Umfang des Betätigungsgliedes 14 verteilt sind. Er ist ausgewuchtet und kann nicht durch Schwingungen oder Stöße auf das Sägegehäuse 1 in Drehung versetzt werden. Er hat gleichwohl eine eigenständige Trägheit, die einen Widerstand gegen eine Drehbewegung verursacht, auch wenn das Sägegehäuse sich um eine Drehachse parallel zur Achse 15 verdrehen oder verdrillen will. Wie oben beschrieben wurde, erzeugt der Rückstoß eine schwingende Bewegung der Säge. Das Betätigungsglied 14 ist an einer geschützten Stelle im Sägegehäuse untergebracht, wobei seine Achse 15 parallel zu dieser Drehachse angeordnet ist.

Unter dem Auslöser 14 befindet sich ein Dauermagnet 16 mit in Richtung zum Betätigungsglied 14 gebogenen Polschuhen 16'. In bestimmten Winkelpositionen des Betätigungsgliedes 14 befindet sich ein Paar der vorgelagerten Zähne 14' genau gegenüber den entsprechenden Polschuhen 16' (Fig.1).

An jedem der magnetischen Pole befindet sich ein ab- und einwärts gerichteter Arm 16" und diese Arme 16" bilden einen Zwischenraum, der wesentlich breiter ist als die Spalte zwischen den Polschuhen 16" des Dauermagneten 16 und den benachbarten Zähnen 14' des Betätigungsglxedes 14. In diesem breiteren Zwischenraum ist ein Hall-Generator 17 montiert und mit Drähten oder Leitungen 18 mit der elektronischen Einheit·11 und der Stromquelle 12 verbunden.

Befindet sich das Betätigungsglied 14 in der Normalstellung (Fig.1), so wird von einem Pol des Dauermagneten 16 ein magnetischer Fluß aufrechterhalten, der, wie es die Pfeile in Fig.1 zeigen, über den Spalt bei Zahn 14' durch das Betätigungsglied 14 zum nächsten Zahn 14' und dann über den entsprechenden Spalt zum anderen Magnetpol fließt. Das Betätigungsglied 14 wird vom magnetischen Fluß mit vorbestimmter

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Stärke in seiner Lage festgehalten. Wenn diese Flußstärke durch einen Rückstoß überschritten wird, wie Fig. 2 zeigt, so wird das Sägegehäuse 1 kurzzeitig gegenüber dem Betätigungsglied 14 etwas in Schwingung versetzt bzw. verdreht. Die Spalte zwischen dem Betätigungsglied 14 und den Polschuhen 16¹ des Dauermagneten 16 werden merklich vergrößert. Der magnetische Fluß durch das Betätigungsglied 14 wird dadurch unterbrochen und über einen der Arme 16" durch den Hall-Generator 17, wie es die Pfeile in Fig. 2 zeigen, und zurück durch den anderen Arm 16" umgeleitet.·Der magnetische Fluß durch den Hall-Generator 17 verursacht ein Signal über die Leitung 18 zur elektronischen Einheit 11, die über die Leitung 10 den Magneten 9 betätigt. Der Motorzündkreis kann möglicherweise gleichzeitig unterbrochen werden. Die Klinke wird dann vom Haken 5 freigegeben, und das Bremsband 4 spannt sich durch das Federelement 6 um den Zylinder 3, so daß der Zylinder 3 zum Stehen kommt. Dieser Vorgang läuft im Bruchteil einer Sekunde ab.

Nach erfolgtem Rückstoß wird das Betätigungsglied 14 vom magnetischen Fluß eingefangen und in seine erste Lage zurückgesetzt, wodurch der Strom zum betätigten Magneten 9 durch einen Schaltvorgang in der elektronischen Einheit 11 über den Hall-Generator 17 unterbrochen wird. Dann übernimmt die Klinke 7 wieder ihre Arbeitsstellung und hält den Bremsmechanismus in Bereitschaftsstellung. Die Verriegelung kann nun in ihre normale Lage, wie sie in Fig.1 zu sehen ist, mit Hilfe eines Hebelarms 19 zurückgesetzt werden, der in an sich bekannter Weise als Schutzhebel oder -bügel ausgebildet werden kann. Der Hebelarm 19 ist mit einer Achse 19' im Sägegehäuse 1 drehbar gelagert und über ein Gelenk 20 mit dem Haken 5 verbunden.

Wenn ein Rückstoß durch die Notbremse in der Weise verhindert wurde, daß die Motorzündung unterbrochen und der Kupplungszylinder 3 angehalten wurde, dann wird das Betätigungsglied 14 automatisch vom magnetischen Fluß eingefangen und in

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seine Bereitschaftsstellung zurückgesetzt. Zuerst wird dann der Zündstromkreis wieder geschlossen. Bevor der Motor gestartet werden kann, muß der Hebelarm 19 in die Arbeitsstellung bewegt werden. Die Klinke 7 fällt infolge der Wirkung von der Feder 8 bereits, wenn der Motor infolge der Auslösung des Mechanismus anhält, da nämlich die Stromversorgung für den Magneten 9 aus dem Versorgungssystem des Motors unterbrochen wurde. Deshalb kann die Verriegelung sofort betätigt werden, sobald der Motor angehalten hat; der Kurzschluß des Zündsystems über die elektronische Einheit 11 bleibt jedoch erhalten, bis das Betätigungsglied 14 wieder seine Bereitschaftsstellung im Magnetfeld eingenommen hat.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen das Betätigungsglied 14 entsprechend einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung. Der Dauermagnet 16 ist nicht mit Armen ausgestattet, und der Hall-Generator ist durch einen optischen Sensor ersetzt, und zwar durch eine Leuchtdiode (LED) 21 und einen lichtempfindlichen Phototransistor 22, die an beiden Seiten des Betätigungsgliedes angeordnet sind. Der Lichtstrahl der LED 21 ist normalerweise durch das Betätigungsglied 14 unterbrochen, wenn dieses sich mit einem Zähnepaar 14' im Magnetfeld, wie es Fig.3 zeigt, befindet. Beim Auftreten eines Rückstoßes schwingt bzv?. dreht sich das Sägegehäuse 1 relativ zum Betätigungsglied 14, und eine oder mehrere öffnungen 23 in diesem lassen den Lichtstrahl von der LED 21 auf den Phototransistor 22 fallen. Dadurch wird ein Signal zur elektronischen Einheit 11 gesendet, die mit Hilfe des Magneten 9.die Klinke 7 löst.

Das Betätigungsglied 14 ermöglicht es erfindungsgemäß, schnell zu reagieren und zuverlässig eine Notbremse auf eine billige und einfache Weise auszulösen. Die Empfindlichkeit des Betätgungsgliedes 14 kann leicht durch die Stärke des Magnetfeldes oder die Luftspalte zwischen dem Magnet 16 und dem Betätigungsglied 14 geändert werden. Die Ausführung des Betätigungsgliedes 14 macht dieses gegenüber Schwingungen und üblichen direkten

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Stößen gegen das Sägegehäuse 1 gänzlich unempfindlich.

Fig. 7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Bremsmechanismus. Das Bremsband 4 ist an einem Ende 4¹ am Sägegehäuse 1 befestigt, umschlingt den Kupplungszylinder 3, durchdringt eine Druckfeder 24 und ist am anderen Ende 4" schwing- bzw. drehbar mit einem Ende einer Kniegelenkverriegelung verbunden. Diese besteht aus zwei einen Drehpunkt 25 bildenden Gelenkgliedern 26 und 27. Das andere Ende der Kniegelenkverriegelung ist schwenkbar am Sägegehäuse 1 befestigt. Die Druckfeder 24 befindet sich gespannt in einem Loch 28 im Sägegehäuse 1, und sie wird an einem Ende durch eine Wand und am anderen Ende durch eine geschlitzte Unterlegscheibe 29 abgestützt. Das Ende des Gelenkgliedes 26 stützt die Unterlegscheibe 29.

Die Kraftwirkung der Feder 24 ist über die Unterlegscheibe 29 zur Kniegelenkverriegelung gerichtet und versucht das Ende 4" des Bandes in Fig. 7 nach rechts zu ziehen. Aber die Gelenkglieder 26 und 27 halten es in der dargestellten Lage, da sich deren gemeinsamer Drehpunkt 2 5 etwas oberhalb der verlängerten Federachse befindet, die mit einer gedachten Linie zwischen den Befestigungspunkten der Kniegelenkverriegelung am Bandende 4" bzw. am Sägegehäuse 1 zusammenfällt.

In dieser Lage liegt das Gelenkglied 27 an einer Nase 30 am Sägegehäuse 1. Eine Magnetspule 9' sitzt im Sägegehäuse 1 über dem Gelenkglied 26 in der Nähe des Drehpunktes 25. Ein axial beweglicher Kern 31 in der Magnetspule 9' bewegt sich abwärts zum Gelenkglied 26, wenn die Magnetspule erregt wird/ um dieses Glied bis zu einem Punkt unterhalb der verlängerten Federachse zu stoßen. Dann kann die Feder 24 so wirksam werden, daß der Kniegelenkmechanismus nach unten nachgibt und das Band 4 um den Kupplungszylinder 3 gespannt wird.

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Der Kniegelenkmechanismus ist aufwärts in seine Verriegelungslage mit Hilfe eines Schutzhebels 32 verschwenkbar bzw. drehbar, der wiederum um eine Achse 33 im Sägegehäuse 1 verschwenkbar bzw. drehbar gelagert ist und einen Mitnehmer 34 trägt, der bei einer Bewegung gegen den Uhrzeigersinn in Fig.7 auf das Gelenkglied 27 einwirkt. Nach dieser Rückstellung des Verriegelungsmechanismus wird der Schutzhebel 32 im Uhrzeigersinn zurück in die in Fig. 7 gezeigte Lage bewegt.

Die Erfindung kann auch für andere handbediente Werkzeuge mit sich drehenden Teilen angewendet werden, die bei einem Blockieren gefährliche Drehbewegungen ausführen können. Andere Bremsmechanismen sind denkbar, und die Verriegelung der Bremse kann anders entworfen sein. Das Betätigungsglied 14 kann ein oder mehrere Magnetglieder aufweisen, die in jeder beliebigen Winkellage auf ein magnetisch leitendes Stück im Sägegehäuse wirken. Auch der optische Sensor nach Fig. 3 bis 5 kann anders aufgebaut sein, z.B. als eine kombinierte Licht-Sende- und Empfangseinheit, die mit reflektierenden Teilen auf dem Betätigungsglied 14 zusammenwirkt.

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Claims

Patentansprüche

1.) Betätigungsvorrichtung zur Auslösung von automatischen Notbremsen bei handbedienten Motorwerkzeugen, wie Motorsägen mit einer .Antriebswelle für das Werkzeug, bei der die Notbremse an der Antriebswelle aus einem Bremsmechanismus (4-7) besteht, der mit Hilfe von gespeicherter Energie auslösbar ist.
dadurch gekennzeichnet, daß

ein Betätigungsglied (14) ein drehbarer, ausgewuchteter Körper mit geringer Reibung auf einer im wesentlichen parallel zur Antriebswelle verlaufenden Achse (15) ist und aus magnetisch leitendem Material besteht, das eine Masse mit großer Trägheit gegen ein Mitdrehen auf der Achse (15) aufweist,

das Betätigungsglied (14) zuerst mit einem Magneten (16), der das Betätigungsglied (14) mit einer vorher festgelegten magnetischen Kraft gegen Verdrehen in einer Winkel-

stellung des Betätigungsgliedes (14) festhält, und dann mit einem Sensor (17; 21,22) zusammenwirkt, der so gestaltet ist, daß er einen Auslöseimpuls für den Bremsmechanismus (4-7) abgibt, sobald das Betätigungsglied (14)
aus dieser Winkelstellung auswandert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

der Magnet (16) mit zwei Polschuhen (16¹) zum Betätigungsglied (14) gerichtet ist und mit je einem von jedem von diesen vorspringenden Arm (16") einen Zwischenraum bildet, in dem sich der'Sensor (17) befindet,

das Betätigungsglied (14) mit mindestens zwei Zähnen (14*) ausgestattet ist, die in einer Winkelposition des Betätigungsgliedes (14) zusammen mit den entsprechenden Polschuhen (16¹) einen Spalt bilden, der schmaler als der
Zwischenraum zwischen den Armen (16") ist und durch den in der Winkelstellung der magnetische Fluß fließt, die
jedoch in anderer Winkelstellung einen Abstand zwischen dem Betätigungsglied (14) und den Polschuhen (16¹) bilden, der größer als der Zwischenraum zwischen den Armen (16") ist, durch den dann der magnetische Fluß fließt,
der den Sensor (17) zur Abgabe von Impulsen zur Auslösung des Bremsmechanismus (4-7) veranlaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch

eine lichtaussendende Einrichtung (21), die einen Lichtstrahl auf das Betätigungsglied (14) richtet, das so ausgerüstet ist, daß der Lichtstrahl auf eine lichtempfindliche Einrichtung (22) fällt, wenn das Betätigungsglied (14) aus der Winkelstellung kommt, wodurch die lichtempfindliche Einrichtung (22) die Impulse zur Auslösung des Bremsmechanismus (4-7) liefert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

eine lichtaussendende Einrichtung (21), die einen Lichtstrahl auf eine lichtempfindliche Einrichtung (22) richtet, die so ausgerüstet ist, daß sie die Impulse zur Auslösung des Bremsmechanismus (4-7) liefert, wenn das Betätigungsglied (14) den Lichtstrahl unterbricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch.gekennzeichnet, daß

der Zündstrom zur Antriebsmaschine gleichzeitig mit der Auslösung des Bremsmechanismus (4-7) unterbrechbar ist.

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