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Die Erfindung betrifft einen reversierbaren Seilstarter für einen Verbrennungsmotor.
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Zum Starten eines Verbrennungsmotors muss ein zündfähiges Kraftstoff-LuftGemisch mit Hilfe von wenigstens einem Kolben des Motors verdichtet werden. Um den Kolben translatorisch zu bewegen und damit die Verdichtung zu bewirken, wird ein Zugseil durch einen Bediener mit der Hand ausgezogen. Das Zugseil ist auf einer Seilscheibe aufgewickelt. Durch das Ziehen des Zugseils wird die auf einer Mittelachse gelagerte Seilscheibe in Drehbewegung versetzt. Mit Hilfe einer als Koppel- oder Kupplungsvorrichtung dienenden Klinke wird daraufhin der Kraftfluss zwischen der Seilscheibe und der Kurbel- bzw. Motorwelle, insbesondere einem auf der Motorwelle befestigten Lüfterrad hergestellt. Das Lüfterrad ist z.B. mit Hilfe einer Passfeder auf der Motorwelle befestigt, die auch die Kurbelwelle bildet. Die Kurbelwelle wandelt die rotatorische Bewegung über ein Pleuel in eine translatorische Bewegung des Kolbens.
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Somit kann erreicht werden, dass durch das Ausziehen des Zugseils und das Zusammenwirken von Seilscheibe, Klinke, Lüfterrad und Kurbelwelle eine translatorische Bewegung des Kolbens erreicht werden kann.
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Die bestimmungsgemäß erforderliche, durch den Kolben erzeugte Kompression und Dekompression des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer des Zylinders bewirkt einen ungleichmäßigen Drehmomentverlauf auf der Kurbelwelle, der zu einer ungleichmäßigen Kraftwirkung am Zugseil führt. Der das Zugseil ausziehende Benutzer spürt das daran, dass der Zugwiderstand (Zugkraft) erheblich variiert. Diese stark unterschiedliche ungleichmäßige Kraftwirkung wird vom Bediener als unangenehm empfunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Seilstarter für einen Verbrennungsmotor anzugeben, bei dem der eingeschränkte Komfort für den Bediener aufgrund der ungleichmäßigen Kraftwirkung im Zugseil verbessert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Seilstarter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Es wird ein Seilstarter für einen Verbrennungsmotor angegeben, mit einer um eine Mittelachse drehbaren Seilscheibe, und mit einem die Seilscheibe in einem Ausgangszustand wenigstens teilweise umschließenden Zugseil, wobei die Seilscheibe eine die Mittelachse umschließende Kurvenkontur aufweist, an der in dem Ausgangszustand das Zugseil wenigstens teilweise anliegt, und wobei die Seilscheibe Seitenwangen aufweist, die die Nockenkontur axial begrenzen. Der Seilstarter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelkontur eine Nockenkontur aufweist und die Nockenkontur in ihrem Verlauf um die Mittelachse unterschiedliche Abstände zur Mittelachse aufweist.
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Der genannte Ausgangszustand ist ein Zustand, in dem sich der Seilstarter in Ruhe befindet, also in dem ein Bediener nicht an dem Zugseil zieht. Erst durch Ziehen am Zugseil wird ein Startvorgang eingeleitet, um den Verbrennungsmotor in an sich bekannter Weise zu starten.
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Die Kurvenkontur der Seilscheibe ist bei bekannten Seilstartern in Bezug auf die Mittelachse kreisförmig, so dass der Abstand der Kurvenkontur zur Mittelachse konstant ist und einen konstanten Radius aufweist.
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Erfindungsgemäß soll der Abstand der Nockenkontur zur Mittelachse jedoch veränderlich sein, so dass sich der Radius der Nockenkontur ändert. Damit kann erreicht werden, dass sich der für die Übertragung der Zugkraft relevante Hebel auf die Mittelachse ändert. Bei geeigneter Gestaltung der Nockenkontur kann erreicht werden, dass das vom Motor aufgrund der auf das Zugseil eingeleiteten Zugkraft zurückwirkende Drehmoment (actio gleich reactio) nicht direkt proportional, sondern in abgemilderter Form in das Zugseil wirkt. Damit kann erreicht werden, dass es beim Starten des Motors zu einem wenigstens annähernd konstanten Kraftverlauf im Zugseil kommt. Der Bediener spürt das daran, dass die beim Stand der Technik üblichen starken Kraftänderungen deutlich gemildert sind. Vielmehr kann der Bediener durch gleichmäßiges Aufbringen der Zugkraft den Motor komfortabel starten, ohne dass die im Motor herrschenden starken Kraft- bzw. Drehmomentschwankungen auf das Zugseil einwirken.
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Der stark unterschiedliche Kraftverlauf bzw. Drehmomentverlauf an der Motorwelle/Kurbelwelle wird durch die Vorgänge im Motor bewirkt. Aufgrund der geometrischen Abmessungen des Brennraums entstehen je nach Kolbenstellung verschiedene Kräfte.
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Insbesondere entstehen hohe Kräfte und damit Drehmomente in der Kurbelwelle in der Phase der Kompression im Verbrennungsmotor, also z.B. in einem Bereich von 240° bis oberem Totpunkt (OT; 0°). Die Winkelangaben beziehen sich auf die Kurbelwellenstellung. Ebenfalls hohe Kräfte entstehen bei Zweitaktmotoren durch eine Kompression im Kurbelraum bis zum Öffnen der im Zweitaktmotor vorhandenen Überströmkanäle. Dies erfolgt insbesondere in einem Bereich vom oberen Totpunkt (0°) bis ca. 120° nach dem oberen Totpunkt.
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Niedrige Kräfte wirken durch Kolben und Pleuel auf die Kurbelwelle in einer Phase mit geöffnetem Auslasskanal, z.B. in einem Bereich von 120° nach dem oberen Totpunkt bis 240°.
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Bei einem konstanten Durchmesser der Seilscheibe bzw. der Kurvenkontur der Seilscheibe, wie dies im Stand der Technik üblich ist, wirkt die Zugkraft über eine im Wesentlichen konstante Hebellänge auf die Motorwelle, wenn man von einer geringfügigen Verminderung des Hebels aufgrund des Abwickelns des im Ausgangszustand auf die Seilscheibe aufgewickelten Zugseils absieht. Dadurch werden die im Motor entstehenden, stark unterschiedlichen Kräfte proportional bzw. linear auf das Seil übertragen. Das führt zu der bereits beschriebenen ungleichmäßigen Bewegung am Seil und wird vom Benutzer als negativ empfunden.
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Mit Hilfe der Nockenkontur der Seilscheibe kann der ungleichmäßige Kraftverlauf des Motors in eine gleichmäßige Kraft am Zugseil umgewandelt werden. Bei hohen Kräften am Motor wird mittels großer Hebellänge in der Seilscheibe die auftretende Kraft auf das Seil reduziert. Bei geringen Kräften am Motor hingegen wird die Seilkraft mittels reduzierter Hebellänge erhöht. Die jeweiligen Hebellängen, ob größere oder kleinere Hebellänge, bilden sich in den sich ändernden Abständen der Nockenkontur zur Mittelachse der Seilscheibe ab.
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Insbesondere können die unterschiedlichen Abstände der Nockenkontur zur Mittelachse derart gewählt sein, dass bei einem je nach Drehstellung der Seilscheibe wirkenden Drehmoment bei einem größeren Drehmoment ein größerer Hebel und damit ein größerer Abstand vorgesehen ist, während bei einem geringer wirkenden Drehmoment ein kürzerer Hebel und damit geringerer Abstand zur Mittelachse vorgesehen ist.
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Die Nockenkontur kann einen Verlauf um die Mittelachse aufweisen, bei dem wenigstens ein Winkelbereich erster Art einen konstanten Abstand zur Mittelachse aufweist.
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Die Bezeichnung „Winkelbereich erster Art“ kann auch nachfolgend durch die Bezeichnung „erster Winkelbereich“ ersetzt werden. Sie dient lediglich der Benennung der Winkelbereiche, nicht ihrer Nummerierung.
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Ein konstanter Abstand zur Mittelachse bedeutet, dass sich der Hebel, mit dem die durch das Zugseil auf die Seilscheibe an der betreffenden Stelle eingebrachten Zugkraft auf die Mittelachse (Motorwelle) wirkt, nicht ändert. Beim Stand der Technik erstreckt sich dieser konstante Abstand über den kompletten Umfang bzw. Winkelbereich von 360°. Im vorliegenden Fall soll aber der Winkelbereich kleiner als 360° sein und z.B. in einem Bereich zwischen 80 und 190°, insbesondere zwischen 90 und 180° liegen.
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Ebenso ist es möglich, mehrere voneinander getrennte erste Winkelbereiche am Umfang der Nockenkontur vorzusehen, die einen konstanten Abstand aufweisen. Diese Winkelbereiche erster Art folgen dann jedoch nicht aufeinander, sondern sollten durch andere Winkelbereiche unterbrochen sein.
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Die Nockenkontur kann einen Verlauf um die Mittelachse aufweisen, bei dem wenigstens ein Winkelbereich zweiter Art einen veränderlichen Abstand zur Mittelachse aufweist. Auch hier dient die Bezeichnung „Winkelbereich zweiter Art“ bzw. „zweiter Winkelbereich“ nur der Benennung, nicht der Nummerierung. Im Winkelbereich zweiter Art ändert sich der Abstand der Nockenkontur von der Mittelachse je nach Drehwinkel, also Drehstellung der Seilscheibe. Damit ändert sich auch der für die Übertragung der Zugkraft wirksame Hebel und das Drehmoment.
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Die Nockenkontur kann einen Verlauf über einen Winkel von 360° aufweisen, bei dem sich ein Winkelbereich erster Art mit konstantem Abstand und ein Winkelbereich zweiter Art mit veränderlichem Abstand aneinander anschließen. Insbesondere können dabei nur genau ein erster Winkelbereich und ein zweiter Winkelbereich vorhanden sein, die die volle Drehung von 360° abdecken.
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In Kombination mit dem Winkelbereich erster Art wird über den Winkelbereich zweiter Art ein Nocken gebildet, bei dem sich der Abstand zur Mittelachse und damit der für die Zugkraft wirksame Hebel ändert.
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Geht man davon aus, dass über den Winkelbereich erster Art ein Minimalabstand und durch den über den Winkelbereich zweiter Art gebildeten Nocken ein Maximalabstand und damit ein Minimalhebel und ein Maximalhebel bereitgestellt werden, kann das Verhältnis von Maximalabstand zu Minimalabstand z.B. in einem Bereich von 3 bis 6, insbesondere in einem Bereich von 3,5 bis 4,5 liegen, insbesondere bei etwa 4.
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Die Nockenkontur kann einen Verlauf über einen Winkel von 360° aufweisen, bei dem sich ein Winkelbereich erster Art mit konstantem Abstand und ein Winkelbereich zweiter Art mit veränderlichem Abstand aneinander anschließen, wobei in dem Winkelbereich zweiter Art wenigstens zwei Nocken ausgebildet sind. Dementsprechend können z.B. drei verschiedene Abstandskategorien vorhanden sein, ein kürzester Abstand (Minimalabstand) in dem Winkelbereich erster Art sowie ein mittlerer Abstand und ein maximaler Abstand in dem Winkelbereich zweiter Art.
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Die beiden Nocken können identische Abstände oder auch unterschiedliche Abstände zur Mittelachse aufweisen. Insbesondere können die beiden Nocken jeweilige lokale Maximalabstände bilden.
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Als geeignete Verhältnisse haben sich folgende Wertebereiche als sinnvoll erwiesen:
- Für das Verhältnis zwischen dem mittleren Abstand und dem Minimalabstand ein Bereich von 1,5 bis 5, insbesondere von 1,8 bis 3, insbesondere von 1,9 bis 2,5, insbesondere bei etwa 2.
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Für das Verhältnis des Maximalabstands zum Minimalabstand ein Bereich von 3 bis 7, insbesondere von 3 bis 5, insbesondere bei etwa 4.
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Für das Verhältnis von Maximalabstand zu mittlerem Abstand ein Bereich von 1,6 bis 2,2, insbesondere von 1,8 bis 2,0.
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Zwischen den beiden Nocken an der Seilscheibe kann ein Winkel in einem Bereich von 70 bis 130°, insbesondere von 80 bis 130°, insbesondere von 90 bis 120°, insbesondere bei etwa 115° am Umfang der Seilscheibe gebildet werden.
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Die Nockenkontur kann einen Verlauf über einen Winkel von 360° aufweisen, bei dem ein Winkelbereich erster Art mit konstantem Abstand vorgesehen ist, an den sich ein Winkelbereich zweiter Art mit zunehmendem Abstand anschließt, an den sich ein Winkelbereich zweiter Art mit abnehmendem Abstand anschließt, an den sich ein Winkelbereich zweiter Art mit zunehmendem Abstand anschließt, an den sich ein Winkelbereich zweiter Art mit abnehmendem Abstand anschließt, an den sich der zuerst genannte Winkelbereich erster Art mit konstantem Abstand anschließt, so dass die Summe der Winkelbereich 360° ergeben kann.
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Auch bei dieser Ausführungsform können somit zwei Nocken gebildet werden, da bei den Übergängen von zunehmendem Abstand zu abnehmendem Abstand zwangsläufig Nocken gebildet werden, die jeweilige lokale Maximalabstände bilden.
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Es kann eine Koppelvorrichtung vorgesehen sein, zur wenigstens zeitweisen formschlüssigen Kopplung der Seilscheibe mit einer Motorwelle des Verbrennungsmotors. Eine derartige Koppelvorrichtung ist an sich bekannt. Sie kann z.B. durch eine Klinke, eine einseitig wirkende Rastverbindung oder einen Freilauf gebildet werden. Insbesondere eine bei Drehung der Seilscheibe in die Motorwelle eingreifende Klinke hat sich dabei bewährt. Sie schließt den Formschluss während des Startvorgangs, bei dem der Bediener an dem Zugseil zieht.
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Der Begriff „Motorwelle“ ist in diesem Zusammenhang breit zu verstehen. Es kann sich dabei um die Kurbelwelle, aber auch um ein auf der Motorwelle vorgesehenes oder befestigtes Lüfterrad handeln. In der Praxis hat sich vor allem ein zur Motorwelle gehörendes und von dieser als separates Bauteil getragenes Lüfterrad als besonders geeignet erwiesen, in das die Klinke der Koppelvorrichtung eingreifen kann, um die Seilscheibe temporär mit dem Lüfterrad und damit mit der Motorwelle zu koppeln.
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Bei einem Startvorgang kann durch Aufbringen einer Zugkraft auf das Seil durch einen Bediener eine Kopplung der Seilscheibe mit der Motorwelle über die Koppelvorrichtung bewirkt werden, wobei durch die Zugkraft aufgrund einer durch die Nockenkontur gegebenen Hebelgeometrie in Bezug auf die Mittelachse ein auf die Mittelachse wirkendes Drehmoment zum Drehen der Motorwelle erzeugbar ist. Auch dieses Prinzip ist an sich bekannt. Durch die Wechselwirkung mit dem Motor und seinen Komponenten - z.B. Kurbelwelle (Motorwelle), Pleuel und Kolben - wird beim Aufbringen der Zugkraft ein Drehmoment bewirkt, das die Bewegung (Drehung, Linearbewegung) der Komponenten im Motor bewirkt.
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Die Nockenkontur kann derart gestaltet sein, dass beim Startvorgang eine durch die auf die Seilscheibe wirkende Zugkraft ein auf die Motorwelle wirkendes, sich im Zuge einer Drehbewegung der Seilscheibe änderndes Drehmoment bewirkbar ist, das zu der Zugkraft nicht direkt proportional ist. Indem die Zugkraft und das Drehmoment nicht direkt zueinander proportional sind und damit nicht linear zueinander sind, kann bezüglich der Zugkraft ein vergleichmäßigter Kraftverlauf, idealerweise ein nahezu konstanter Kraftverlauf erreicht werden, der durch die geeignete Gestaltung der Nockenkontur erzielt wird. Bei einer kreisförmigen Kurvenkontur hingegen ohne veränderlichen Abstand zur Mittelachse wäre der Hebel für die Zugkraft konstant, so dass die Zugkraft und das Drehmoment zueinander proportional wären. In diesem Fall würde das stark ungleichmäßige Drehmoment entsprechend auch stark ungleichmäßige Zugkräfte bewirken, wie dies bei herkömmlichen Seilstartern der Fall ist.
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Die Amplituden des sich ändernden Drehmoments können dementsprechend erfindungsgemäß zu den Amplituden der Zugkraft im Zugseil nicht proportional sein.
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Dies wird aufgrund der sich durch die Nockenkontur bewirkten Änderungen der Hebelverhältnisse in der Seilscheibe erreicht. Insbesondere können die Zugkraftspitzen deutlich geringer ausfallen als die Drehmomentspitzen, so dass eine Milderung der Zugkraftspitzen erreicht wird.
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Die Amplituden sind nichtlinear zueinander, weil sich der jeweilige Hebel der Zugkraft aufgrund der sich bei der Drehung der Seilscheibe ändernden Nockenkontur ändert. Die Seilkraftamplituden bzw. -ausschläge können insbesondere geringer sein als die Drehmomentamplituden, die durch die Bewegung der Motorkomponenten bewirkt werden.
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Es kann eine Positioniereinrichtung vorgesehen sein, zum eindeutigen Positionieren der Seilscheibe relativ zu der Motorwelle oder einem Starterdeckel, wenn die Seilscheibe durch die Koppelvorrichtung mit der Motorwelle gekoppelt ist. Auf diese Weise kann der Eingriffspunkt der Koppelvorrichtung, in dem die Verbindung zwischen der Seilscheibe und der Motorwelle erreicht wird, präzise definiert werden. Insbesondere kann auf diese Weise ein Klinkeneingriffspunkt definiert werden, bei dem die als Koppelvorrichtung dienende Klinke in das Lüfterrad und damit in die Motorwelle eingreift.
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Ziel ist es dabei, die Position von Seilscheibe und Starterdeckel in Relation zu der Motorwelle bzw. dem Lüfterrad für die Montage des Seilstarters festzulegen, damit später beim Betrieb des Seilstarters während des Startvorgangs die gewünschten Hebelverhältnisse durch die Nockenkontur der Seilscheibe erreicht werden können, um die gewünschte Milderung der Zugkraftspitzen zu erreichen. Diese können nur dann erreicht werden, wenn die Relativpositionen der Komponenten beim Zusammenbau definiert sind.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung und eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Seilscheibe eines erfindungsgemäßen Seilstarters für einen Verbrennungsmotor, mit einem Nocken;
- 2 eine zweite Ausführungsform der Seilscheibe, mit zwei Nocken;
- 3 ein Seilkraft-Zeit-Diagramm zum Testvergleich einer herkömmlichen Seilscheibe im Vergleich zur erfindungsgemäßen Seilscheibe;
- 4 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Seilstarters; und
- 5 eine Ansicht eines mit dem Seilstarter beim Startvorgang zu koppelnden Lüfterrads.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Seilscheibe 1 für einen erfindungsgemäßen Seilstarter in im linken Bildteil in Schnittdarstellung und im rechten Bildteil in Seitenansicht.
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Die Seilscheibe 1 weist eine als Kurvenkontur dienende Nockenkontur 2 auf, die seitlich durch zwei Seitenwangen 3 begrenzt ist, damit ein nur schematisch dargestelltes Zugseil 4 auf der Nockenkontur 2 aufgewickelt werden kann. Das Zugseil 4 ist nur fragmentarisch mit seinem Ende dargestellt, mit dem es in einer Ausnehmung 5 im Kern der Seilscheibe in an sich bekannter Weise gehalten wird. Z.B. kann das Ende des Zugseils 4 einen Knoten aufweisen, um in der Ausnehmung 5 zuverlässig gehalten zu werden. Nach Austreten aus der Ausnehmung 5 knickt das Zugseil 4 entlang der Nockenkontur 2 in 1 nach links ab.
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Die Seilscheibe 1 ist um eine Mittelachse 6 drehbar, die mit einer Motorwelle bzw. Kurbelwelle des zu startenden Verbrennungsmotors zusammenfallen kann.
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Die Nockenkontur 2 weist über den Umfang von 360° zwei Winkelbereiche auf, nämlich einen Winkelbereich erster Art 7 (auch: erster Winkelbereich 7) sowie einen Winkelbereich zweiter Art 8 (auch: zweiter Winkelbereich 8). Über den ersten Winkelbereich 7, der sich in 1 über etwa 180° erstreckt, ist ein Abstand der Nockenkontur 2 zur Mittelachse 6 konstant und weist einen Wert L0 auf. Der Abstand entspricht dabei auch dem Radius der Nockenkontur 2.
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Der zweite Winkelbereich 8 erstreckt sich ebenfalls über etwa 180°, wobei sich über seinen Verlauf der Abstand zur Mittelachse ständig ändert. Ausgehend von dem Abstandswert L0 des ersten Winkelbereichs 7 steigt der Abstand an, bis auf einen Maximalwert von L1 und fällt danach wieder ab, bis bei dem nächsten Übergang zum ersten Winkelbereich 7 wieder der Minimalabstand L0 erreicht ist.
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Die Konturen der Seitenwangen 3 folgen grob der Nockenkontur 2, um ein sicheres Führen des die Nockenkontur 2 umwickelnden Zugseils 4 zwischen den Seitenwangen 3 sicherzustellen.
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Das Verhältnis von Maximalabstand L1 zu Minimalabstand L0 kann in einem Bereich von z.B. 3 bis 6 liegen, insbesondere in einem Bereich von 3,5 bis 4,5, insbesondere bei etwa 4.
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2 zeigt analog zu 1 in Schnittdarstellung und Seitenansicht eine zweite Ausführungsform für eine Seilscheibe 1, bei der ebenfalls die Nockenkontur 2 durch zwei Seitenwangen seitlich begrenzt ist.
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Die Nockenkontur 2 weist dabei mehrere Abschnitte mit Winkelbereichen 7, 8 auf, die sich aneinander anschließen. Ausgehend von dem Winkelbereich 7 mit minimalem Abstand L0 schließt sich ein Winkelbereich zweiter Art 8 an, bei dem der Abstand zur Mittelachse 6 ansteigt, bis zu einem lokalen Maximalabstand L1. Danach, während eines weiteren Winkelbereichs zweiter Art 8, verringert sich der Abstand zunächst etwas und steigt danach wieder an, bis zu einem Maximalabstand L2. Auf diese Weise wird zwischen den Abständen L1 und L2 eine konkave Nockenkontur 2 erreicht, um ein Umlegen des in der Ausnehmung 5 gehaltenen Zugseils 4 und damit eine gute Führung des Zugseils 4 zu ermöglichen.
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Nach dem Maximalabstand L2 reduziert sich der Abstand der Nockenkontur 2 wieder, bis der Ausgangswert, der Minimalabstand L0, erreicht ist.
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Die Nockenkontur 2 bei der Seilscheibe 1 von 2 weist somit zwei Nocken 9 mit den Abständen L1 und L2 auf, die in einem Winkel zueinander stehen, bezogen auf die Mittelachse 6.
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Aufgrund der Brennraumgeometrie und anhand von Versuchen hat sich gezeigt, dass eine Nockengeometrie in Form eines Dreiecks, wie in 2 gezeigt, sinnvoll sein kann. Dabei kann die Hebellänge L2 die Kräfte übertragen, die zum Überwinden der Kompression am oberen Totpunkt (OT) benötigt werden. Die Hebellänge L1 hingegen reduziert die Kräfte, die zum Öffnen der Überströmkanäle in dem Zweitaktmotor benötigt werden.
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Positive Resultate haben sich gezeigt, wenn der Winkel α zwischen den beiden Nocken 9 bzw. zwischen Hebel L1 und Hebel L2 zwischen 70 und 130°, insbesondere zwischen 80 und 130°, insbesondere zwischen 90 und 120°, insbesondere bei etwa 115° liegt.
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Als Wertebereiche für die Verhältnisse zwischen den Abständen L0, L1 und L2 haben sich folgende als besonders geeignet erwiesen:
- Für das Verhältnis zwischen dem mittleren Abstand (lokaler Maximalabstand) L1 und dem Minimalabstand L0 ein Bereich von 1,5 bis 5, insbesondere von 1,8 bis 3, insbesondere von 1,9 bis 2,5, insbesondere bei etwa 2.
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Für das Verhältnis des Maximalabstands L2 zum Minimalabstand L0 ein Bereich von 3 bis 7, insbesondere von 3 bis 5, insbesondere bei etwa 4.
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Für das Verhältnis von Maximalabstand L2 zu mittlerem Abstand L1 ein Bereich von 1,6 bis 2,2, insbesondere von 1,8 bis 2,0.
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3 zeigt ein Beispiel für einen Vergleich der Seilkräfte bei einer herkömmlichen Seilscheibe (Kurve a) gegenüber den Kräften bei einer erfindungsgemäßen Seilscheibe 1 („Nockenseilscheibe“, Kurve b).
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Die auf das Zugseil 4 beispielhaft wirkenden und damit vom Bediener aufzubringenden Zugkräfte sind dabei über der Zeit (in s) aufgetragen. Die in 3 gezeigten drei Maximalwerte der Kurve a entsprechen jeweiligen Überwindungen des oberen Totpunkts. Dementsprechend sind auch die im gleichen Zeitraum möglichen fünf Maximalwerte bei der Kurve b jeweilige Durchgänge des oberen Totpunkts.
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Die Kurve a zeigt den Kraftverlauf bei einer herkömmlichen Seilscheibe, bei der keine Nockenkontur vorhanden ist, sondern lediglich eine Kurvenkontur mit konstantem Abstand, also eine kreisförmige Kurvenkontur.
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Dabei ist bei der Kurve a erkennbar, dass mit Beginn des Erzeugens der Zugkraft durch den Bediener die Zugkraft stark ansteigt auf einen Maximalwert und danach stark abfällt. Die Zugkraft fällt dabei sogar unterhalb von 0 N ab, so dass das Zugseil kurzzeitig völlig kraftlos wird. Mit weiterer Zugbewegung durch den Bediener steigt die Kraft erneut stark an und fällt später wieder ab. Die starken Schwankungen der Zugkraft empfindet der Bediener als unangenehmen, zuckenden Verlauf. Der Grund für die starken Anstiege der Zugkraft wurde bereits oben in der Beschreibungseinleitung erläutert und beruht auf verschiedenen Kompressionsvorgängen im Verbrennungsraum und im Kurbelraum des Verbrennungsmotors.
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Die Kurve b zeigt einen Verlauf der Zugseilkraft bei einem Seilstarter mit einer erfindungsgemäßen Seilscheibe 1 entsprechend der 2.
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Dabei erfolgt zwar ebenfalls ein steiler Anstieg, der jedoch nur bis zu einer geringeren maximalen Seilkraft als Kurve a geht und danach wieder etwas abfällt, jedoch deutlich schwächer als bei Kurve a. Darauf folgen weitere Maximal- und Minimalstellen, die aber ebenfalls ersichtlich „milder“ ausfallen und geringere Ausschläge darstellen, als dies bei der Kurve a mit konventioneller Seilscheibe der Fall ist.
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Im Ergebnis ist erkennbar, dass die erfindungsgemäße Seilscheibe 1 mit Nockenkontur 2 zu deutlich geringeren Kraftausschlägen und damit einem konstanteren Kraftverlauf führt.
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In diesem Zusammenhang sei ein weiterer positiver Effekt erwähnt, der sich beim Startvorgang einstellt. Mit der erfindungsgemäßen Seilscheibe ist es nämlich möglich, die benötigte Seillänge für eine Umdrehung des Motors (360° Drehung der Motor- bzw. Kurbelwelle) zu optimieren. Insbesondere kann die Seillänge pro Umdrehung verkürzt werden. Dies führt bei gleicher Seilauszugsgeschwindigkeit zu einer höheren Motordrehzahl.
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Im Diagramm von 3 ist dies durch die höhere Anzahl von OT-Punkten ersichtlich. Während in dem in 3 gezeigten Zeitraum bei der herkömmlichen Seilscheibe drei OT-Punkte (Oberer Totpunkt) erreicht werden, können mit der erfindungsgemäßen Seilscheibe 1 im gleichen Zeitraum fünf OT-Punkte erreicht werden. Aufgrund der höheren Motordrehzahl steht auch eine höhere Zündenergie zur Verfügung. Zudem erfolgen eine höhere Anzahl an Ladungswechseln und auch höhere Kompressionsdrücke, die die Zündwilligkeit des Kraftstoff-Luft-Gemischs verbessern. Dementsprechend kann die Anzahl der Startzüge zum Starten des Motors reduziert werden.
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4 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Starters mit der erfindungsgemäßen Seilscheibe 1.
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Dabei ist der Starter an einem Starterdeckel 10 befestigt, der an einem nicht dargestellten Motorgehäuse oder Kurbelgehäuse befestigbar ist. Das in der Seilscheibe 1 gehaltene Zugseil 4 wird über eine Öffnung 11 aus dem Starterdeckel 10 herausgeführt und kann dort von einem Bediener mit Hilfe eines Griffs 12 während des Startvorgangs ausgezogen werden.
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An der Seilscheibe 1 ist eine als Koppelvorrichtung dienende Klinke 13 vorgesehen, die während des Startvorgangs in eine Ausnehmung an einem später beschriebenen, in 4 nicht gezeigten Lüfterrad eingreift, um auf diese Weise die Motorwelle in Drehung zu versetzen.
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Beim Ziehen des Zugseils 4 über den Griff 12 verlagert sich die Seilscheibe 1 relativ zu dem Starterdeckel 10 um einen gewissen Winkelbereich. Diese Verlagerung wird durch Führungen 14 ermöglicht.
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Aufgrund der Verlagerung schwenkt die Klinke 13 nach außen und kann in die Ausnehmung am Lüfterrad eingreifen.
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5 zeigt eine Vorderansicht eines Lüfterrads 15, das über eine Welle-Nabe-Verbindung (z.B. Passfederverbindung) auf einer Motorwelle 16 aufgesetzt ist. Das Lüfterrad 15 dient zum Erzeugen eines Luftstroms, um den Verbrennungsmotor zu kühlen.
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In einer Nabe 17 des häufig aus Aluminium gefertigten Lüfterrads 15 ist ein Einsatz 18 aus Kunststoff eingesetzt, in dessen Mitte eine geeignete Ausnehmung für die Welle-Nabe-Verbindung und die Motorwelle 16 ausgebildet ist.
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Die Nabe 17 weist eine Mehrzahl von keilförmigen Ausnehmungen 19 am inneren Umfang auf, von denen alle - bis auf eine - durch entsprechend geformte Fortsätze an dem Einsatz 18 ausgefüllt sind. Lediglich eine Ausnehmung ist als Eingriffspunkt 20 nicht ausgefüllt und liegt somit frei. In diese Ausnehmung bzw. diesen Eingriffspunkt 20 kann die Klinke 13 der Seilscheibe 1 eingreifen, wenn der Bediener durch Ziehen des Zugseils 4 die Startphase eingeleitet hat.
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Auf diese Weise entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen der Seilscheibe 1 und dem Eingriffspunkt 20 und in der Folge auch der Seilscheibe 1 mit dem Lüfterrad 15 und damit der Motorwelle 16.
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Die Gestaltung des Einsatzes 18 im Zentrum des Lüfterrads 15 ermöglicht eine einfache Anpassung an verschiedene Anwendungsformen. So müssen bei unterschiedlichen Motoranwendungen, z.B. bei einem Benzinstampfer oder einem Benzinhammer, unterschiedliche Motorlagen vorgesehen werden. Dies hat zur Folge, dass die jeweilige Position des Starterdeckels 10 relativ zum restlichen Motor unterschiedlich, also anwendungsspezifisch ist.
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Die als Koppelvorrichtung dienende Klinke 13, der Einsatz 18, die Ausnehmungen 19 und der Eingriffspunkt 20 bilden zusammen eine Positioniereinrichtung zum eindeutigen Positionieren der Seilscheibe 1 relativ zu der Motorwelle 16, wenn die Seilscheibe 1 durch die Klinke 13 mit der Motorwelle 16 gekoppelt ist
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Um jeweils den optimalen Kraftverlauf der Seilscheibe 1 zu erreichen, müssen dementsprechend jeweils die Geometrie der Seilscheibe 1, die Position des Starterdeckels 10 und die Stelle des Eingriffs der Klinke 13 aufeinander abgestimmt werden.
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Bei einer Verdrehung des Starterdeckels 10 z.B. aufgrund von anderen Montagebedingungen oder einer anderen Geometrie des Motorgehäuses muss auch der Eingriffspunkt der Klinke 13 ebenfalls verdreht werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Einsatz 18 je nach Einbau unterschiedliche Eingriffspunkte (Ausnehmung 20) im Lüfterrad freigibt.
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Somit kann der Klinkeneingriffspunkt auf die Starterdeckelposition abgestimmt werden, und es werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt.
