Abstrakt

Benzinmotoren werden in Elektrowerkzeugen wie Kettensägen und Schneefräsen sowie in Fahrzeugen wie Schneemobilen, Jetskis und Quads eingesetzt. Viele dieser Geräte und Fahrzeuge verfügen über einen manuellen Starter mit Seilzug, der den Motor startet. Der Starterseilzug ist um eine Starterscheibe gewickelt, die mit dem Schwungrad und der Kurbelwelle des Motors verbunden ist. Zum Starten des Motors zieht der Benutzer am Starterseil, wodurch es sich von der Scheibe abwickelt und Schwungrad und Kurbelwelle in Rotation versetzt werden.

Anlasserseile bestehen üblicherweise aus Nylonfasern. Nylonseile liefern mitunter nicht genügend Kraft, um den Motor beim ersten Zug oder auch bei wiederholten Versuchen zu starten. Diese Nylonseile verschleißen und reißen, wodurch der Motor und somit das Gerät oder Fahrzeug funktionsunfähig werden. Bei manchen Anwendungen, beispielsweise bei Außenbordmotoren, Geländefahrzeugen und insbesondere Schneemobilen, kann ein Motorausfall lebensbedrohlich sein.

Diese Arbeit beschreibt ein verbessertes Anlasserseil aus Diamond Performance-Fasern. Diamond Performance-Fasern sind deutlich steifer als Nylon und andere herkömmliche Fasern. Sie sind zudem wesentlich fester und deutlich verschleißfester.

In Laborabriebtests versagte eine typische Nylon-Startschnur nach durchschnittlich 22.677 Zügen. DiamondCord versagte nach durchschnittlich 1.431.852 Zügen.

In Feldversuchen mit Elektrowerkzeugmotoren, die mit dem diamondcord™ Verbesserte Starter-Zugseile wurden von erfahrenen Anwendern als leichter zu starten beschrieben als bei demselben Motor mit einem herkömmlichen Nylon-Zugseil.

Der Grund, warum der Motor leichter zu starten ist, liegt darin, dass sich das Schwungrad des Motors mit einem viel schneller dreht. diamondcord™ Anreißseil. Eine Analyse zeigt, dass sich ein typisches Schwungrad eines Elektrowerkzeugs mit dem Zugseil etwa 451 TP21T schneller drehen kann. diamondcord™ als mit einer Nylon-Zugschnur.

Einführung

Benzinbetriebene Kolbenmotoren werden in motorbetriebenen Geräten wie Kettensägen, Rasenmähern und Schneefräsen sowie in Fahrzeugen wie Schneemobilen, Außenbordmotorbooten und Geländefahrzeugen eingesetzt.

Viele dieser Werkzeuge und Fahrzeuge verfügen über einen manuellen Anlasser mit Seilzug. Abbildung 1 zeigt schematisch einen typischen kleinen Einzylinder-Benzinmotor mit Seilzugstarter. Der Seilzug ist um eine Riemenscheibe gewickelt, die über eine Kupplung (nicht abgebildet) mit einem Schwungrad verbunden ist. Das Schwungrad ist mit der Kurbelwelle des Motors verbunden. Die Drehung der Kurbelwelle treibt den Kolben über eine Pleuelstange an. Wird der Seilzug gezogen, dreht sich die Kurbelwelle und bewegt den Kolben im Zylinder hin und her. Die Kolbenbewegung verdichtet das Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder. Ein Zündfunke entzündet das Gemisch nahe dem oberen Totpunkt und drückt den Kolben nach unten.

Das Schwungrad muss sich schnell genug drehen, um den Motor zu starten. Dreht es sich nicht schnell genug, kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch am Kolben vorbeiströmen, und die Kompression reicht nicht für eine Zündung aus. In diesem Fall zündet der Funke, bevor die Kompression ausreichend ist, und das Gemisch entzündet sich nicht. Dreht sich das Schwungrad zu langsam, kann die Zündung erfolgen, bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Die Explosion wirkt der Kolbenbewegung entgegen und erzeugt nicht genügend Schwung, um den Motor durch einen zweiten Kompressionszyklus zu treiben. Anlasserseile bestehen üblicherweise aus Nylonfasern. Nylonseile liefern oft nicht genügend Kraft, um den Motor beim ersten oder auch bei späteren Versuchen zu starten. Sie verschleißen und reißen häufig im ungünstigsten Moment – wodurch der Motor und somit das Gerät oder Fahrzeug funktionsunfähig werden. Bei manchen Fahrzeugen, insbesondere bei Bootsmotoren, Geländefahrzeugen und Schneemobilen, kann ein Startproblem lebensbedrohlich sein.

Die Forschung hat nun zur Entwicklung eines verbesserten hochfesten Materials geführt., diamondcord™ Faser-Startseil. Ursprünglich war die Entwicklung eines Starterseils geplant, das stärker und verschleißfester als Nylon-Startseile ist. Ein unerwarteter Vorteil ist die Dehnungsfreiheit. diamondcord™ Das Starterseil bietet einen größeren Impuls und ist daher eher geeignet, den Motor beim ersten Zug zu starten.

Abbildung 1

Schematische Darstellung des Anlasserseils und der Motorkomponenten

Beschreibung des verbesserten Starterkabels

In diesem Programm wurden zwei Arten von Starterzugschnüren getestet und verglichen, eine typische Nylonschnur und diamondcord™.

Die Nylon-Zugschnur war eine handelsübliche, 4,5 mm (0,4 Zoll) dicke Kernmantelschnur, die als Ersatzteil für Anlasser verkauft wurde. Die neue Bruchfestigkeit dieser Schnur wurde getestet und mit etwa 3 kN (700 lb) bestimmt. diamondcord™ weist hohe Festigkeit, Abriebfestigkeit und Steifigkeit auf.

Der diamondcord™ Es handelte sich um ein 3,2 mm dickes, 12-litziges Hohlgeflechtseil. Seine neue Bruchfestigkeit beträgt etwa 9,6 kN (2.000 lb).

Abbildung 2 vergleicht die Last-Dehnungs-Kennlinien für die diamondcord™ Kordel und Nylonkordel mit der gleichen Größe, 3,2 mm Durchmesser.

Der diamondcord™ Das Seil dehnt sich bei einer Bruchfestigkeit von 9,6 kN um etwa 5,51 TP21 T seiner ursprünglichen Länge. Das Nylonseil dehnt sich bei einer Bruchfestigkeit von 3 kN um etwa 37,51 TP21 T. Bei einer Zugkraft von 1 kN (225 lb) … diamondcord™ Das beschichtete Material dehnt sich um etwa 21 TP21T, und die Nylonschnur dehnt sich um etwa 17,5 TP21T. Die Nylonschnur dehnt sich fast neunmal stärker als das beschichtete Material. diamondcord™ bei dieser Spannung.

Dauerhaftigkeitsprüfung

Testaufbau

Proben des Nylons und diamondcord™ Die Anreißseile der Anlasser wurden von Dr. Nichols im Testlabor von Tension Technology International in Arbroath, Schottland, auf Abriebfestigkeit geprüft.

Für diese Tests wurde ein spezieller Drei-Stationen-Kordelabriebprüfer verwendet. Dieser Prüfer ist im Wesentlichen eine vergrößerte Version des Garn-auf-Garn-Abriebprüfers, der im Garnabriebtest des Cordage Institute verwendet wird.

Bei diesen Tests wurde die Schnur nicht wie in den Normen beschrieben verdrillt. Stattdessen wurde sie in einem Winkel von 20 Grad durch die Öse geführt.

An das Ende der Probe wurde eine Zugkraft von 4,4 kg (10 lb) angebracht. Die Probe wurde mit einem Hub von 38 mm (1,5 in.) und etwa 50 Zyklen pro Minute durch die Öse hin und her bewegt.

Um die im Einsatz auftretenden Bedingungen zu simulieren, wurde die Probe während des Streichens mit Wasser benetzt. Die Abriebfestigkeit von Nylongarn verringert sich im nassen Zustand.² Nässe tritt häufig beim Einsatz von Elektrowerkzeugen und insbesondere bei Außenbordmotorbooten auf.

Im Motorbetrieb herrscht beim Ziehen des Starterseils eine hohe Spannung, beim Einziehen hingegen ist diese beim Einziehen gering oder gar nicht vorhanden. Da das Seil während beider Hübe eines Zyklus in der Abriebprüfmaschine unter hoher Spannung steht, entspricht jeder Prüfzyklus zwei Zügen am Starterseil im Motorbetrieb.

Abbildung 2

Vergleich von diamondcord™ vs. Erweiterungsvergleich

Testergebnisse

Die Testergebnisse sind in Abbildung 3 dargestellt.

Drei diamondcord™ Die Zugseilproben wurden bis zum Bruch getestet. Sie brachen nach 1.205.894, 1.356.800 bzw. 1.732.862 Zügen. Die durchschnittliche Anzahl der Züge bis zum Bruch (1.431.852) ist in der Abbildung dargestellt.

Drei Nylon-Zugschnüre wurden auf die gleiche Weise geprüft. Die Zugschnüre galten als versagt, sobald der Mantel der Kernmantelkonstruktion vollständig riss, selbst wenn einige innere Fäden noch intakt waren. Diese Versagenspunkte lagen bei 4.400, 27.000 bzw. 42.000 Zugzyklen. Die durchschnittliche Anzahl der Zugzyklen bis zum Versagen (22.677) ist in der Abbildung dargestellt.

Abbildung 4 zeigt das Aussehen eines diamondcord™ nach 60.000 Zugzyklen, mehr als doppelt so vielen wie die durchschnittliche Anzahl an Zugzyklen bis zum Versagen der Nylonschnüre. diamondcord™ hielt mehr als 50 Mal länger als die Nylon-Zugschnüre.

Bei einigen verbesserten Starterseiltests wurde der Schaltvorgang nach einer festgelegten Anzahl von Zügen unterbrochen. Das Seil wurde anschließend in seine zwölf Einzelstränge zerlegt, und jeder Strang wurde auf seine Restfestigkeit geprüft. Die Gesamtrestfestigkeit des Seils wurde berechnet, indem die Einzelstrangfestigkeiten addiert und mit dem Seilwirkungsgrad multipliziert wurden. (Der Seilwirkungsgrad ist das Verhältnis der neuen Gesamtfestigkeit zur Summe der neuen Einzelstrangfestigkeiten.) Diese Restfestigkeiten sind in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4

diamondcord™ Die Starter-Zugschnur hielt nur 60.000 Betätigungen (30.000 Zyklen). Die Nylonschnur versagte im Durchschnitt nach 22.677 Betätigungen.

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Ein verbesserter Starterzug für kleine Benzinmotoren, genannt diamondcord™,wurde entwickelt.

Der diamondcord™ Die Zugschnur ist wesentlich haltbarer als herkömmliche Nylon-Zugschnüre. In Laborabriebtests hat sie sich bewährt. diamondcord™ Die Zugschnur hielt durchschnittlich mehr als 1.400.000 Betätigungen, während eine Nylon-Zugschnur durchschnittlich etwa 25.000 Betätigungen überstand. diamondcord™ Die Zugschnur hielt mehr als 50 Mal länger.

Nutzer berichten, dass es einfacher ist, einen Motor mit dem diamondcord™ Anziehen am Startseil. Eine dynamische Analyse ergab, dass die Schwungraddrehzahl am Ende des Zugvorgangs um etwa 451 T/21 U/min höher ist. diamondcord™ als mit einer Nylon-Zugschnur.

Abbildung 5

Dynamische Analyse der erreichten Schwungraddrehzahl mit diamondcord™ und Nylon-Zugstarterschnüre.

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