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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Anlasser-Riemenscheibenanordnung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Anordnung eine Seiltrommel, die so konfiguriert ist, dass sie ein darauf gewickeltes Starterseil aufnimmt, einen Mitnehmer, der so konfiguriert ist, dass er mit einem Schwungrad oder einem anderen mit einer Motorkurbelwelle verbundenen Teil zusammenwirkt, und eine Torsionsfeder umfasst, die die Seiltrommel mit dem Mitnehmer verbindet, so dass die Seiltrommel die Motorkurbelwelle über den Mitnehmer elastisch antreiben kann.
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Hintergrund
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Ein Beispiel für eine solche Anlasser-Riemenscheibenanordnung ist in
WO-2014/137261-A1 dargestellt. Durch die Verwendung von zwei separaten Teilen zwischen dem Starterseil und der Kurbelwelle und die zusätzliche Torsionsfeder wird der Widerstand beim Ziehen des Starterseils ausgeglichen, so dass der Benutzer den Motor leichter starten kann. Ein Problem bei dieser Art von Anlasser-Riemenscheiben ist ihre Haltbarkeit, da sich die Teile unter dem Einfluss der beim Betrieb des Motors entstehenden Vibrationen gegenseitig abnutzen.
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Zusammenfassung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es daher, eine Anlasser-Riemenscheibenanordnung mit verbesserter Haltbarkeit bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Anlasser-Riemenscheibenanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Genauer gesagt, in einer Anlasser-Riemenscheibenanordnung der eingangs erwähnten Art, ist die Torsionsfeder in einer Ruheposition, in welcher der Mitnehmer die Kurbelwelle nicht beeinflusst, gespannt. Es hat sich gezeigt, dass dies den Verschleiß der Seiltrommel und des Mitnehmers im Langzeitbetrieb verringert und somit die Haltbarkeit der Anordnung insgesamt verbessert.
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Die Torsionsfeder kann in der Ruhestellung mit einem Drehmoment von mehr als 300 Nm vorgespannt werden. Es hat sich gezeigt, dass dies mit einem gewissen Spielraum wirksam Verschleiß verhindert.
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Der Mitnehmer kann mit einem Mitnehmervorsprung versehen sein, der der Seiltrommel zugewandt ist, und die Seiltrommel kann einen Begrenzungsvorsprung und einen Vorspannvorsprung aufweisen, zwischen denen sich der Mitnehmervorsprung bewegen kann, wenn die Seiltrommel und der Mitnehmer gegenseitig gedreht werden, wobei der Vorspannvorsprung in der Ruhestellung anliegt. Beide Teile können effizient im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
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An dem Vorspannvorsprung und/oder dem Mitnehmervorsprung ist mindestens eine Schrägfläche vorgesehen, so dass der Mitnehmervorsprung während des Zusammenbaus beim Vorspannen der Torsionsfeder auf den Vorspannvorsprung aufsteigen kann. Dies erleichtert den Zusammenbau der Teile, da das Vorspannen erfolgen kann, wenn die Seiltrommel und der Mitnehmer bereits im Eingriff sind.
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Der Mitnehmer und/oder die Seiltrommel können aus einem Polyamid (PA) hergestellt werden. Typischerweise können sowohl die Seiltrommel als auch der Mitnehmer aus einem glasfaserverstärkten aliphatischen Polyamid hergestellt sein.
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Es kann vorteilhaft sein, den Mitnehmer und die Seiltrommel aus unterschiedlichen Polyamidmaterialien herzustellen. Zum Beispiel kann die Seiltrommel aus PA66 und der Mitnehmer aus PA6 gefertigt sein.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf ein handgehaltenes angetriebenes Werkzeug mit einer Anlasser-Riemenscheibenanordnung wie oben angegeben. Ein spezifisches Beispiel für ein handgehaltenes angetriebenes Werkzeug ist eine Kettensäge.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Anlasser-Riemenscheibenanordnung für einen Verbrennungsmotor.
- 2A und 2B zeigen zwei Ansichten eines Mitnehmers für eine Anlasser-Riemenscheibenanordnung.
- 3A und 3B zeigen zwei Ansichten einer Seiltrommel für eine Anlasser-Riemenscheibenanordnung.
- 4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Seiltrommel.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt die Anordnung der Anlasser-Riemenscheibe für einen Verbrennungsmotor. Im dargestellten Fall gehört die Anordnung zu einem Zweitaktmotor einer Kettensäge. Die zu offenbarende elastische Anlasseranordnung wäre auf jeden Motor anwendbar, der von Hand gestartet werden kann. Das Problem, mit dem sich die vorliegende Offenbarung befasst, ist jedoch bei Zweitaktmotoren besonders ausgeprägt, bei denen der beim Anlassen des Motors auftretende Widerstand stark schwankt, und bei Anwendungen, bei denen Vibrationen einen erheblichen Verschleiß an den enthaltenen Teilen verursachen könnten. Dies ist der Fall bei Kettensägen und anderen angetriebenen Werkzeugen mit Verbrennungsmotoren mit einem oder mehreren Zylindern und Kurbelgehäuse.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst die Anlasser-Riemenscheibenanordnung eine Seiltrommel 1, die so gestaltet ist, dass sie ein darauf aufgewickeltes Starterseil 9 aufnehmen kann. Wenn am Starterseil 9 gezogen wird, dreht die Seiltrommel 1 einen Mitnehmer 3, der wiederum die Motorkurbelwelle dreht, um den Motor zu starten. Im dargestellten Fall umfasst der Mitnehmer 3 Zähne 11, die in federbelastete Sperrklinken 13 eingreifen, die schwenkbar an einem Schwungrad/Lüfter 5 befestigt sind, das mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist und koaxial zu dieser verläuft. Sobald der Motor anspringt, schwingen die federbelasteten Sperrklinken 13 jeweils gegen die Kraft einer schwachen Sperrklinkenfeder (nicht abgebildet) aus dem Eingriff mit den Zähnen 11, so dass der Motor frei von der Anlasser-Riemenscheibenanordnung läuft. Dann dreht eine Seilrückzugsfeder (nicht abgebildet) die Seiltrommel 1 entgegen der Zugrichtung, um das Starterseil 9 in seine Ausgangsposition zurückzuziehen. Der Mitnehmer kann die Verbindung zur Kurbelwelle auch auf andere Weise herstellen, z. B. mit einem speziellen Anlassrad, wie der Fachmann erkennt.
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Eine Torsionsfeder 7 verbindet die Seiltrommel 1 mit dem Mitnehmer 3. Dabei treibt die Seiltrommel die Motorkurbelwelle elastisch über den Mitnehmer 3 an.
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Die Torsionsfeder 7 besteht aus einem schraubenförmig gewickelten Federdraht. Grundsätzlich sind auch andere Federtypen denkbar. Die der Seiltrommel 1 zugewandte Seite des Mitnehmers 3 weist eine Öffnung (17, vgl. 2A, 2B) für ein Ende 15A der Torsionsfeder 7 auf und das gegenüberliegende Ende 15B der Torsionsfeder 7 passt in eine entsprechende Öffnung (19, vgl. 3A, 3B) in der Seiltrommel 1. Diese Enden 15A, 15B der Torsionsfeder stehen somit vom Schraubenkörper der Torsionsfeder 7 ab. Da die Seiltrommel 1 und der Mitnehmer 3 drehbar auf einer gemeinsamen Achse befestigt und entlang dieser Achse gegenseitig fixiert sind, ist die Torsionsfeder in der Lage, ein Drehmoment von der Seiltrommel 1 auf den Mitnehmer 3 zu übertragen.
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Die schraubenförmige Torsionsfeder 7 verbessert den Startvorgang und macht ihn benutzerfreundlicher, indem sie die Stöße dämpft, die beim Überwinden des Startwiderstands beim Ziehen des Starterseils 9 auftreten. Außerdem hilft die in der Torsionsfeder 7 gespeicherte Energie bis zu einem gewissen Grad, den Drehmomentwiderstand des Motors zu überwinden. Die Anordnung der Anlasser-Riemenscheibe ähnelt derjenigen, die in dem vorgenannten Dokument dargestellt ist, und ihre Anwendung ist ähnlich.
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Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit einer Verbesserung der Schnittstelle zwischen der Seiltrommel 1 und dem Mitnehmer 3, hauptsächlich um die Haltbarkeit dieser Komponenten bei täglichem Gebrauch über mehrere Jahre zu verbessern. Diese Schnittstelle wird nun unter Bezugnahme auf die 2A und 2B, die den Mitnehmer 3 zeigen, und die 3A und 3B, die die Seiltrommel 1 zeigen, beschrieben.
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Auch wenn das Drehmoment von der Seiltrommel 1 über die Torsionsfeder 7 auf den Mitnehmer 3 übertragen werden soll, kann dieses Drehmoment begrenzt werden, um sicherzustellen, dass die Torsionsfeder 7 durch das Ziehen des Starterseils 9 nicht wesentlich plastisch verformt wird. Zu diesem Zweck ist die Seite des Mitnehmers 3, die der Seiltrommel 1 zugewandt ist, mit einem Vorsprung 21 versehen, wie in 2B am besten zu sehen ist. Der Begrenzungsvorsprung 23, der als Mitnehmer wirkt, umfasst eine Anschlagfläche 25, die an einer begrenzenden Anschlagfläche 27 des Vorsprungs 21 des Mitnehmers in einer maximalen Position anliegt, wenn ein maximal zulässiges Drehmoment von der Torsionsfeder 7 übertragen wird, wenn das Starterseil 9 gezogen wird, wodurch eine plastische, d. h. dauerhafte Verformung der Torsionsfeder 7 vermieden wird. Dadurch wird die Drehung der Seiltrommel 1 gegenüber dem Mitnehmer 3 in Zugrichtung auf etwa 30 Grad begrenzt.
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In der vorliegenden Offenbarung umfasst die Seiltrommel 1 außerdem einen Vorspannvorsprung 29. Dieser Vorsprung begrenzt die Drehung der Seiltrommel 1 in Bezug auf den Mitnehmer 3 entgegen der Zugrichtung. Das bedeutet, dass im Ruhezustand, wenn das Starterseil 9 nicht gezogen wird, eine gewisse Vorspannung der Torsionsfeder 7 vorhanden ist.
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Der Vorsprung 21 des Mitnehmers 3 weist somit auch eine vorgespannte Anschlagfläche 31 auf, die gegen eine Anschlagfläche 33 des vorgespannten Vorsprungs 29 vorgespannt wird, wodurch ebenfalls ein Mindestdrehmoment für die Torsionsfeder 7 definiert wird.
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Es hat sich gezeigt, dass diese Vorspannung die Haltbarkeit der Seiltrommel 1 und des Mitnehmers 3 im Langzeiteinsatz verbessert, insbesondere in Kombination mit der zu diskutierenden Materialauswahl. Ein weiterer Vorteil ist, dass beim Ziehen des Starterseils 9 bereits zu Beginn ein gewisses Widerstandsmoment durch die Torsionsfeder 7 erzeugt wird. Dadurch kann der sonst auftretende unwirksame Zugbereich reduziert werden, bei dem der Benutzer am Starterseil 9 zieht, ohne die Motorwelle überhaupt zu beeinflussen.
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In der Regel wird die Torsionsfeder 7 also in der Ruheposition gespannt, in der der Mitnehmer 3 keinen Einfluss auf die Kurbelwelle hat. Ein Vorspannmoment von mehr als 300 Nm, insbesondere von mehr als 400 Nm, wird als sinnvoll erachtet. Im dargestellten Fall wird eine Vorspannung von 455 Nm verwendet, was z.B. einer Vorspannung von 20° bei einer handelsüblichen Feder entspricht.
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Bei der Herstellung werden also die Seiltrommel 1 und der Mitnehmer so zusammengesetzt, dass die Torsionsfeder 7 vorgespannt ist und der Vorsprung 21 des Mitnehmers 3 zwischen dem Begrenzungsvorsprung 23 und dem Vorspannvorsprung 29 der Seiltrommel 1 liegt. Dieser Fertigungsschritt kann wesentlich erleichtert werden, indem der Vorspannvorsprung 29 mit einer Schrägfläche 35 oder der Vorsprung des Mitnehmers 3 mit einer Schrägfläche 37 oder, wie dargestellt, mit beiden versehen wird.
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Dadurch ist es möglich, die Seiltrommel 1 und den Mitnehmer 3 mit der dazwischen befestigten Torsionsfeder 7 im entspannten Zustand koaxial auszurichten. Der Mitnehmer 3 wird dann gegen die Kraft der Torsionsfeder 7 so gedreht, dass der Mitnehmervorsprung 21 auf die Schrägfläche 35 des Vorspannvorsprungs 29 klettert, bis der Mitnehmervorsprung zwischen dem Vorspann- und dem Begrenzungsvorsprung 29, 23 einrastet. Dies ist wesentlich einfacher als die Montage des Mitnehmers 3 und der Seiltrommel 1 bei bereits vorgespannter Torsionsfeder 7. Dies ist jedoch auch möglich, und eine Ausführungsform der Seiltrommel 1' ohne die schrägen Flächen ist in 4 dargestellt.
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Eine Kettensäge wird z. B. schnell gestartet und kann dann eine gewisse Zeit laufen, bis ihr der Kraftstoff ausgeht und sie nachgefüllt und neu gestartet werden muss. Daher verbleibt die Anlasser-Rollenscheibenanordnung fast während der gesamten Zeit, in der die Kettensäge verwendet wird und die enthaltenen Teile erheblichen Vibrationen ausgesetzt sind, in der Ruheposition, in der das Starterseil nicht verwendet wird, und die Torsionsfeder 7 drückt den Mitnehmer 3 wie oben beschrieben gegen die Seiltrommel 1. Dadurch wird der durch die Vibrationen bedingte Verschleiß verringert. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Effekt durch die folgende Materialwahl bei der Seiltrommel 1 und dem Mitnehmer 3 noch verbessert wird. Anstatt wie bisher Polyoxymethylen zu verwenden, wird für beide Teile Polyamid gewählt. Genauer gesagt wird ein aliphatisches Polyamid wie PA6 und PA66 in Betracht gezogen, das durch Glasfasern verstärkt wird.
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In einem konkreten Beispiel besteht die Seiltrommel 1 aus PA66 mit einem Glasfaseranteil von 30 Gewichtsprozent und gegebenenfalls zusätzlichem Graphit. Für den Mitnehmer 3 wird PA6 mit einem Glasfaseranteil von 30 % in Betracht gezogen. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von leicht unterschiedlichen Materialien in den beiden Teilen den Verschleiß zusätzlich verringern kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche auf verschiedene Weise variiert und verändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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