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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Anlasser, der dafür ausgelegt ist, um eine Maschine zu starten, und betrifft spezieller einen solchen Anlasser, der mit einer verbesserten Konstruktion einer Freilauf-Kupplung ausgestattet ist.
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2. Stand der Technik
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Es sind Solenoid-Anlasser vom Stoß-Typ bekannt, die dafür ausgelegt sind, um ein Kleinzahnrad in Kämmeingriff mit einem Ringzahnrad einer Brennkraftmaschine zu stoßen. Dieser Typ von Anlassern hält das Kleinzahnrad außer Kämmeingriff von dem Ringzahnrad ausgenommen, wenn die Maschine gestartet wird. Spezifischer gesagt, wenn es erforderlich wird die Maschine zu starten, betätigt der Anlasser im Voraus das Kleinzahnrad, um es in Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad zu bringen, um ein Drehmoment zu übertragen, welches durch einen Elektromotor erzeugt wird, der in dem Anlasser installiert ist, und zwar in Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad, um die Maschine anzukurbeln. Wenn der Zündschalter von der Startposition in die Einschaltposition gedreht wird und zwar nach dem Starten der Maschine, bringt der Anlasser das Kleinzahnrad außer Eingriff von dem Ringzahnrad.
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Während die Maschine sich vor einem Stoppvorgang frei dreht, dreht sich das Ringzahnrad gewöhnlich mit hohen Drehzahlen. Die Solenoid-Anlasser vom Stoß-Typ sind daher mit einer Schwierigkeit behaftet, gemäß welcher das Kleinzahnrad mit dem Ringzahnrad in Kämmeingriff gebracht werden muss, um die Maschine erneut zu starten und zwar bevor die Maschine vollständig gestoppt wird.
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Es sind auch Anlasser mit konstantem Eingriff – im folgenden kurz Konstant-Kämm-Anlasser – bekannt, die dafür ausgelegt sind, dass ein Kleinzahnrad konstant in Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad der Maschine gebracht ist und zwar direkt oder über ein Zwischenzahnrad. Beispielsweise offenbart die japanische Patenterstveröffentlichung Nr.
JP 2004-225 544 A solch einen Anlassertyp.
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Die Anlasser vom Konstant-Kämmtyp sind dafür konstruiert, um das Kleinzahnrad in Eingriff mit dem Ringzahnrad zu halten und zwar selbst nach dem Starten der Maschine und sie können daher die Maschine wieder starten und zwar bevor die Maschine vollständig angehalten worden ist. Die Solenoid-Anlasser vom Stoß-Typ erzeugen mechanische Geräusche und zwar beim Ineingriffbringen des Kleinzahnrades mit dem Ringzahnrad, während jedoch die Anlasser vom Konstant-Kämmtyp mit einem derartigen Problem nicht behaftet sind und hinsichtlich der Geräuschentwicklung ausgezeichnete Eigenschaften haben.
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Wenn die Drehzahl der Maschine die Drehzahl des Anlassers überschritten hat und zwar nach dem Anlassen der Maschine, wird das Kleinzahnrad durch das Ringzahnrad zum Drehen veranlasst. Spezifischer ausgedrückt wird der Anker des Motors, der in dem Anlasser installiert ist, mit einer Drehzahl in Drehung versetzt, die aus dem Produkt aus der Drehzahl der Maschine und dem Übersetzungsverhältnis des Kleinzahnrades zu dem Ringzahnrad besteht (in typischer Weise 1:8–15), was zu einer mechanischen Überbeanspruchung des Ankers aufgrund der wirkenden Zentrifugalkraft führen kann.
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Um das zuvor geschilderte Problem zu vermeiden wird gewöhnlich eine Überlaufkupplung in den Anlassern installiert, oder wird mit dem Ringzahnrad verbunden. Die Überlaufkupplung ist dafür konstruiert, um frei zu drehen, wenn die Drehzahl der Maschine die Drehzahl des Anlassers überschreitet, um die Übertragung des Drehmoments der Maschine auf den Anker des Anlassers zu blockieren.
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Die Überlaufkupplung wird eingekuppelt, wenn die Drehrichtung der Maschine sich im Rahmen von Schwingungen, die nach dem Anhalten derselben auftreten, umgekehrt. Die Anlasser vom Konstant-Kämmtyp sind daher mit dem Problem behaftet, dass ein rückwärts gerichtetes Drehmoment der Maschine in unerwünschter Weise auf den Anlasser übertragen wird, so dass der Anker des Elektromotors gedreht wird, was jedoch zu einer Abnahme in der Lebensdauer der Bürsten des Motors führt oder auch zu einem mechanischen Bruch oder mechanischer Beschädigung des Ankers führt.
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Um die oben erläuterten Probleme zu vermeiden kann eine Freilauf-Kupplung verwendet werden, die dafür ausgelegt ist, um die Ankerwelle an einer Drehung in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen beim Ankurbeln der Maschine festzuhalten. Es wird daher eine Verbesserung der Konstruktion solch einer Freilauf-Kupplung in Betracht gezogen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile zu beseitigen.
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Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin einen Maschinenanlasser zu verbessern, der mit einer verbesserten Konstruktion einer Freilauf-Kupplung ausgestattet ist, die dafür ausgelegt ist, um eine Rückwärtsdrehung eines Ankers eines Elektro-Anlassermotors zu vermeiden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Anlasser für eine Maschine geschaffen, der in automatischen Maschinenstopp/Wiederstart-Systemen für Automobile verwendet werden kann. Der Anlasser umfasst folgendes: (a) einen Elektromotor, der mit einer Ankerwelle ausgerüstet ist, die ein Drehmoment erzeugt, wenn der Motor erregt wird; (b) eine Ausgangswelle; (c) eine Drehzahluntersetzungsvorrichtung, die in solcher Weise arbeitet, um eine Drehzahl der Ankerwelle in einer normalen Richtung zu reduzieren, um ein Drehmoment für die Ausgangswelle zu liefern; (d) ein Kleinzahnrad, welches auf der Ausgangswelle angeordnet ist und sich konstant in Kämmeingriff mit einem Ringzahnrad befindet, welches an die Maschine gekuppelt ist, wobei das Ringzahnrad zusammen mit der Ausgangswelle in Drehung versetzt wird, um das Drehmoment der Ausgangswelle auf das Ringzahnrad zu übertragen, um die Maschine zu starten; und (e) eine Freilauf-Kupplung, die in solcher Weise arbeitet, um es der Ankerwelle zu ermöglichen sich lediglich in der normalen Richtung zu drehen. Die Freilauf-Kupplung enthält ein Kupplungsinneres, ein Kupplungsäußeres und ein Kupplungsteil. Das Kupplungsinnere beziehungsweise das Kupplungsinnenteil ist an der Ankerwelle des Motors angeordnet. Das Kupplungsäußere oder Kupplungsaußenteil ist koaxial zu dem Kupplungsinnenteil angeordnet und wird gegen eine Drehung zurückgehalten und besitzt eine keilförmig gestaltete Nockenkammer, die zwischen dem Kupplungsaußenteil und dem Kupplungsinnenteil festgelegt ist und in welcher ein Nockenteil so angeordnet ist, dass es sich zu dem engeren Einen der Enden der Nockenkammer hin bewegt, um das Kupplungsinnenteil vor einer Drehung festzuhalten, wenn das Drehmoment auf die Freilauf-Kupplung übertragen wird, um die Ankerwelle in einer Richtung entgegengesetzt zur normalen Richtung zu drehen. Das Kupplungsinnenteil ist so ausgelegt, dass es als von der Ankerwelle separates Bauteil ausgeführt ist und seine Drehung relativ zur Ankerwelle verhindert wird.
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Spezifischer ausgedrückt sind das Kupplungsinnenteil und die Ankerwelle, wie dies oben beschrieben wurde, aus getrennten Teilen hergestellt und können somit aus Materialien hergestellt werden, die voneinander verschieden sind. Beispielsweise kann lediglich das Kupplungsinnenteil aus einem hochfesten Material hergestellt sein, um dadurch den Abriebwiderstand und die mechanische Festigkeit desselben zu verbessern, während jedoch die Ankerwelle aus irgendeinem Material hergestellt sein kann, welches einfach geschmiedet werden kann. Die Ankerwelle und das Kupplungsinnenteil können unterschiedlichen thermischen Behandlungen unterworfen werden. Beispielsweise kann die Ankerwelle einer Hochfrequenz-Induktionshärtung unterzogen werden. Das Kupplungsinnenteil kann aufgekohlt sein und abschreck-behandelt sein.
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Das Kupplungsinnenteil und die Ankerwelle können unabhängig bearbeitet werden und man vermeidet dadurch eine physikalische Interferenz zwischen dem Außenumfang des Kupplungsinnenteiles mit der Bearbeitung der Ankerwelle. Spezifischer ausgedrückt kann die Ankerwelle geschmiedet werden, ohne dass sie dabei durch den Außendurchmesser des Kupplungsinnenteiles eingeschränkt wird, was zu einer Reduzierung der gesamten Produktionskosten des Anlassers führt.
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Wenn ein Anker des Motors einer Pulver-Behandlung unterworfen wird, um dadurch die Zentrifugalfestigkeit der Ankerwelle zu verbessern, kann eine solche Behandlung durchgeführt werden, bevor das Kupplungsinnenteil an der Ankerwelle befestigt wird, wonach dann das Kupplungsinnenteil an der Ankerwelle durch einen Presssitz befestigt werden kann. Dies beseitigt einen thermischen Einfluss der Pulver-Behandlung an dem Kupplungsinnenteil, obwohl dieses nahe dem pulverbehandelten Abschnitt gelegen ist, wodurch die mechanische Festigkeit des Kupplungsinnenteils sichergestellt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können das Kupplungsinnenteil der Freilauf-Kupplung mit einem Außenumfang der Ankerwelle des Motors durch einen Presssitz verbunden sein, was zu einer Einfachheit der Sicherstellung der Koaxialität zwischen dem Kupplungsinnenteil und der Ankerwelle führt.
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Der Außenumfang der Ankerwelle, auf welcher das Kupplungsinnenteil durch einen Presssitz befestigt ist, und/oder der Innenumfang des Kupplungsinnenteiles, der auf die Ankerwelle durch einen Presssitz aufgesetzt ist, weisen Riffelungen auf, was zu einer Reduzierung des Druckes führt, der erforderlich ist, um einen Presssitz des Kupplungsinnenteiles auf der Ankerwelle zu erreichen.
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Die Freilauf-Kupplung kann bei einer Planentengetriebe-Drehzahluntersetzungsvorrichtung implementiert sein. Die Ankerwelle kann einen Presssitzabschnitt aufweisen, das ist ein Abschnitt an dem Außenumfang, auf welchem das Kupplungsinnenteil durch einen Presssitz befestigt wird. Die Planetenzahnrad-Drehzahluntersetzungsvorrichtung kann ein Sonnenzahnrad umfassen, welches auf einem Abschnitt des Außenumfangs der Ankerwelle benachbart dem Presssitzabschnitt ausgebildet ist. Dies ermöglicht es dem Kupplungsinnenteil auf dem Presssitzabschnitt von der Seite des Sonnenzahnrades her aufgepasst zu werden, wodurch das Kupplungsinnenteil die Möglichkeit erhält aufgesetzt oder aufgepasst zu werden und zwar nachdem ein Ankerkern, eine Ankerwicklung und ein Kommutator auf der Ankerwelle installiert worden sind.
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Das Kupplunsinnenteil kann in Anlage mit einem Ende des Ankerkernes platziert werden und kann an der Ankerwelle des Motors befestigt werden. Dies ermöglicht es, dass das Kupplungsinnenteil durch einen Presssitz auf der Ankerwelle in eine gewünschte Position angebracht wird und zwar ohne die Verwendung von irgendwelchen Positionierungslehren.
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Das Kupplungsinnenteil besitzt eine Oberflächenhärte, die größer ist als diejenige des Außenumfangs der Ankerwelle, auf welcher das Kupplungsinnenteil durch einen Presssitz aufgesetzt ist. Dies führt zu einem erhöhten zulässigen Kontaktdruck des Kupplungsinnenteiles, so dass das Kupplungsinnenteil die Möglichkeit erhält in der Größe kompakt zu sein, was zu einer Reduzierung der Gesamtgröße des Anlassers führt und zwar verglichen mit einem Fall, wenn das Kupplungsinnenteil die gleiche Härte besitzt wie diejenige der Ankerwelle.
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Das Kupplungsaußenteil der Freilauf-Kupplung kann so konstruiert sein, dass es einen Innenabschnitt enthält, in welchem die Nockenkammer ausgebildet ist, und einen äußeren Abschnitt enthält, der durch ein Anlassergehäuse gegen eine Drehung zurückgehalten wird. Der innere Abschnitt ist mit dem äußeren Abschnitt verbunden oder an diesen angefügt. Dies führt zu einer verbesserten Formbarkeit der Kupplung.
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Der äußere Abschnitt kann eine ringförmige Gestalt haben und zwar mit einem kreisförmigen Loch, in welches der innere Abschnitt durch einen Presssitz eingesetzt ist.
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Das Kupplungsinnenteil kann über einen Presssitz auf dem Außenumfang der Ankerwelle aufgesetzt sein. Eine Außenfläche des inneren Abschnitts, die in das Loch des äußeren Abschnitts durch einen Presssitz eingesetzt wird, ist so ausgelegt, dass diese ein Schlupf-Drehmoment aufweist, welches größer ist als dasjenige einer Innenwand des Kupplungsinnenteiles, welches auf der Ankerwelle durch einen Presssitz aufgesetzt ist, wodurch sichergestellt wird, dass die Innenwand des Kupplungsinnenteiles schlupfen kann, wenn ein übermäßiges Schlag-Drehmoment, welches größer ist als ein zulässiges Drehmoment der Kupplung, in die Kupplung eingespeist wird. Die wünschenswerte Fähigkeit der Kupplung einen Schlag zu absorbieren wird daher ebenfalls realisiert indem man nämlich lediglich das Schlupf-Drehmoment der inneren Wand des Kupplungsinnenteiles steuert. Das Kupplungsinnenteil ist hohlzylindrisch ausgebildet und besitzt eine einfache Struktur, so dass das Schlupf-Drehmoment in einfacher Weise gesteuert werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung kann vollständiger anhand der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen verstanden werden, die jedoch nicht so zu interpretieren sind, dass sie die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich dem Zwecke der Erläuterung und dem Zwecke des Verständnisses dienen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Teil-Querschnittsansicht, welche die Konstruktion eines Konstant-Kämm-Anlassers für eine Maschine wiedergibt und zwar gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2(a) eine Frontansicht, die einen Anker eines Elektromotors darstellt, der in dem Anlasser von 1 installiert ist;
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2(b) eine Teil-Längsschnittansicht eines Ankers eines Elektromotors, der in dem Anlasser von 1 installiert ist;
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3(a) eine vertikale Teil-Schnittansicht, die eine innere Konstruktion der Freilauf-Kupplung veranschaulicht, die in dem Anlasser von 1 installiert ist;
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3(b) eine quer verlaufende Teil-Schnittansicht von 3(a);
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4 eine Teil-Querschnittsansicht, welche die Konstruktion eines Konstant-Kämm-Anlassers für eine Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wiedergibt; und
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5 eine vertikale Teil-Querschnittsansicht, die eine innere Konstruktion einer Freilauf-Kupplung darstellt, die in dem Anlasser von 4 installiert ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß den Figuren, in welchen gleiche Bezugszeichen in allen Ansichten gleiche Teile bezeichnen, speziell in 1 ist ein Konstant-Kämm-Anlasser 1 gezeigt, der in automatischen Maschinenstopp/Wiederstart-Systemen für Automobile verwendet werden kann (auch bei sogenannten Leerlauf-Stopp-Systemen oder Eco-Fahrsystemen), die in solcher Weise arbeiten, dass eine Kraftfahrzeugmaschine automatisch gestoppt wird beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug an einer Kreuzung anhält oder aufgrund eines Verkehrsstaus, wobei dann die Maschine wieder gestartet wird und zwar automatisch, wenn der Fahrer des Fahrzeugs eine gegebene Startoperation durchführt (zum Beispiel nach dem Loslassen oder Abheben des Fußes des Fahrers vom Bremspedal).
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Der Anlasser 1 enthält einen Elektromotor 2, einen elektromagnetischen Schalter 3, eine Drehzahluntersetzungsvorrichtung 4, eine Ausgangswelle 5, ein Kleinzahnrad 6 und eine Freilauf-Kupplung 7. Der Motor 2 arbeitet in solcher Weise, um an einer Ankerwelle (das heißt einer Ausgangswelle) desselben ein Drehmoment zu erzeugen. Der Schalter 3 arbeitet in solcher Weise, um einen Hauptschalter zu öffnen oder zu schließen, der in einem Motor-Treiber (der im Folgenden auch als eine Motorschaltung bezeichnet wird) des Elektromotors 2 installiert ist, um den Motor 2 zu erregen oder zu entregen. Die Drehzahluntersetzungsvorrichtung 4 arbeitet in solcher Weise, um die Drehzahl des Motors 2 zu reduzieren und um diese zu der Ausgangswelle 5 zu übertragen. Das Kleinzahnrad 6 ist an dem Ende der Ausgangswelle 5 installiert und befindet sich konstant in Kämmeingriff mit einem Ringzahnrad 29 der Maschine. Die Freilauf-Kupplung 7 ist dafür konstruiert, um den Motor 2 gegen eine Drehung in einer umgekehrten Richtung festzuhalten.
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Der Motor 2 besteht in typischer Weise aus einem Gleichstrommotor, der mit einer Magnetschaltung beziehungsweise einen Magnetkreis ausgestattet ist, der aus einem Joch 8, und aus Permanentmagneten 9 (oder Feldwicklungen) besteht, die ein Magnetfeld innerhalb eines Innenumfangs des Joches 8 erzeugen, und mit einem Anker 10, welcher der magnetischen Kraft ausgesetzt wird und welcher sich dreht.
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Das Joch 8 besitzt eine zylinderförmige Gestalt und wird zwischen einem Frontgehäuse 11 und einem Endrahmen 12 festgehalten. Das Joch 8 ist an dem Frontgehäuse 11 mit Hilfe einer Befestigung über Bolzen oder Schrauben angebracht (nicht gezeigt) und zwar von der Außenseite eines hinteren Endes des Endrahmens 12 her, um diese in das Frontgehäuse 11 einzuschrauben.
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Die Permanentmagnete 9 sind in regulären Intervallen entlang einem Innenumfang des Joches 8 angeordnet.
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Der Anker 10 enthält eine Ankerwicklung 16, die um einen Ankerkern 15 gewickelt ist, der an einem Außenumfang der Ankerwelle 14 über Riffelungen befestigt ist. Der Anker 10 enthält auch einen Kommutator 17, der an einem Ende der Ankerwelle 14 angeordnet ist.
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Der Kommutator 17 besteht aus einer Vielzahl von Segmenten, die in Form eines Hohlzylinders angeordnet sind und zwar um den Umfang der Ankerwelle 14 herum und zwar über einen Isolator 18. Jedes der Segmente ist mechanisch und elektrisch an die Ankerwicklung 16 angefügt. Eine Vielzahl an Kohlenstoffbürsten 19 reiten auf dem Außenumfang des Kommutators 17.
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Der elektromagnetische Schalter 3 umfasst eine Erregerwicklung (nicht gezeigt), die als ein Elektromagnet dient, wenn eine Erregung durch elektrische Energie erfolgt, die von einer Speicherbatterie her zugeführt wird, und umfasst einen Tauchkolben (nicht gezeigt), der innerhalb der Erregerwicklung angeordnet ist. Wenn eine Erregung auftritt erzeugt die Erregerwicklung eine magnetische Anziehung, um den Tauchkolben anzuziehen, um den Hauptschalter des Motorkreises zu schließen. Wenn alternativ die Erregerwicklung entregt wird, verschwindet die magnetische Anziehung, wodurch dann der Tauchkolben veranlasst wird sich zurück zu bewegen und zwar vermittels einer Rückholfeder (nicht gezeigt), um dadurch den Hauptschalter zu öffnen.
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Der Hauptschalter besteht aus einem Paar von feststehenden Kontakten und einem Paar von beweglichen Kontakten. Die feststehenden Kontakte sind mit der Motorschaltung oder dem Motorkreis über zwei externe Anschlüsse 20 und 21 angeschlossen. Die bewegbaren Kontakte können zusammen mit dem Tauchkolben bewegt werden, um eine elektrische Verbindung mit den feststehenden Kontakten herzustellen oder zu blockieren, wodurch dann der Hauptschalter geschlossen oder geöffnet wird.
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Der externe Anschluss 20 besteht aus einem so genannten B-Anschluss, der mit der Speicherbatterie, die in dem Fahrzeug installiert ist, über ein Batteriekabel verbunden ist. Der externe Anschluss 21 ist ein sogenannter M-Anschluss, an dem ein Motorleiter 22, der sich von dem Motor 2 aus erstreckt, angeschlossen ist. Die externen Anschlüsse 20 und 21 sind an einer Abdeckung 3a des elektromagnetischen Schalters 3 befestigt.
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Die Drehzahluntersetzungsvorrichtung 4 ist durch einen typischen epizyklischen Untersetzungsgetriebestrang implementiert (als ein Planetengetriebe-Drehzahluntersetzer bezeichnet) und besteht aus einem Sonnenzahnrad 23, einem ringförmig gestalteten Innenzahnrad 24 und aus Planetenzahnrädern 25, die mit den Zahnrädern 23 und 24 kämmen. Das Sonnenzahnrad 23 ist an einem Ende der Enden der Ankerwelle 14 des Motors 2 ausgebildet, welches von dem Kommutator 17 weit entfernt gelegen ist. Das innere Zahnrad 24 ist koaxial zu dem Sonnenzahnrad 23 angeordnet und wird in der Drehung durch einen Drehmomentbegrenzer gesteuert, was noch weiter unten in Einzelheiten beschrieben wird.
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Der Drehmomentbegrenzer enthält eine Drehscheibe 26, die durch einen Reibmoment gegen eine Drehung festgehalten wird. Wenn ein übermäßiges Drehmoment, welches größer ist als das Festhaltedrehmoment (das heißt das Einstelldrehmoment), welches die Drehscheibe 26 gegen eine Drehung fest hält, auf das innere Zahnrad 24 wirkt, hat dies zur Folge, dass die Drehscheibe 26 schlupft oder sich gegen den Reibungsdruck dreht, wodurch das innere Zahnrad 24 die Möglichkeit erhält sich zu drehen, um die Übertragung des Überschusses des Drehmoments auf den Motor 2 zu blockieren.
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Die Ausgangswelle 5 erstreckt sich parallel zu der Ankerwelle 24. Die Ausgangswelle 5 ist an einem der Enden derselben mit der Ankerwelle 14 gekuppelt und zwar über die Drehzahluntersetzungsvorrichtung 4, und an dem anderen Ende in einem Frontgehäuse 11 über ein Lager 27 gehaltert, so dass diese drehbar ist.
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Das Kleinzahnrad 6 ist auf die Ausgangswelle 5 über das Lager 28 aufgesetzt und ist in konstantem Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad 29 platziert. Das Kleinzahnrad 6 ist mechanisch mit der Ausgangswelle 5 über einen Stoßabsorber gekuppelt, was weiter unten noch beschrieben wird.
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Der Stoßabsorber besteht aus einer ersten Drehscheibe 30, die mit der Ausgangswelle 5 verbunden ist, einer zweiten Drehscheibe 31, die an das Kleinzahnrad 6 angefügt ist, und aus zwei Sätzen von Kissen 32, die zwischen den Scheiben 30 und 31 angeordnet sind. Jedes der Kissen 32 besteht beispielsweise aus Gummi.
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Die erste Drehscheibe 30 ist mit dem Umfang der Ausgangswelle 5 über Riffelungen gekuppelt, so dass sich diese zusammen mit der Ausgangswelle 5 drehen kann. Die zweite Drehscheibe 31 ist über Riffelungen mit der Peripherie eines zylinderförmigen Abschnitts 6a gekuppelt, der durch das hintere Ende (das heißt ein rechtes Ende, wenn man wie in 1 blickt) des Kleinzahnrades oder Ritzels 6 definiert ist, so dass sich diese zusammen mit dem Kleinzahnrad oder Ritzel 6 drehen kann. Die Kissen 32 sind in zwei (2) Sätze unterteilt, die in Reihen in der axialen Richtung des Anlassers 1 getrennt durch eine mittlere Scheibe 33 angeordnet sind. Eine Gesamtzahl der Kissen 32 beträgt 3 × 2 Sätze = 6 bei dieser Ausführungsform.
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Wenn im Betrieb die Maschine ein großes Trägheitsmoment aufweist und angekurbelt wird, arbeitet die Stoßabsorbiervorrichtung, um das Aufschlagdrehmoment zu absorbieren, welches auf die Maschine wirkt, und zwar über die kompressive Verformung der Kissen 32.
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Die Freilauf-Kupplung 7 ist aus einem Kupplungsinnenteil 34 gebildet, welches auf die Ankerwelle 14 aufgepasst ist, einem Kupplungsaußenteil 36 gebildet, welches koaxial zu dem Kupplungsinnenteil 34 angeordnet ist, und durch keilförmig gestaltete Nockenkammern 35 gebildet, wie dies auch klar in 3(b) gezeigt ist, die in einer inneren Umfangswand des Kupplungsaußenteiles 36 definiert ist, wobei Rollen 37 innerhalb der Nockenkammern 35 zurückgehalten werden.
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Das Kupplungsinnenteil 34 besteht aus einem Hohlzylinder, der über eine Presssitzverbindung auf dem Außenumfang der Ankerwelle 14 aufgesetzt ist. Spezifischer ausgedrückt besitzt die Ankerwelle 14 einen inneren Presssitzabschnitt 14a, wie in 2(b) veranschaulicht ist, der ein Abschnitt der Ankerwelle 14 zwischen dem Ankerkern 15 und dem Sonnenzahnrad 23 ist, der die Riffelungen aufweist, und auf welchem das Kupplungsinnenteil 34 über einen Presssitz befestigt ist. Der innere Presssitzabschnitt 14a besitzt einen Außendurchmesser, der geringfügig größer ist als derjenige des Sonnenzahnrades 23.
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Das Kupplungsaußenteil 36 besteht gemäß den Darstellungen in den 3(a) und 3(b) aus einer hohlzylindrischen inneren Nabe 36a, die auf einer der sich gegenüberliegenden Oberflächen derselben ausgebildet ist, und aus einer ringförmigen äußeren Scheibe 36b, die fest an dem Frontgehäuse 11 befestigt werden muss.
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Die ringförmige Außenscheibe 36b besitzt eine äußere Umfangswand, die so konstruiert ist, um das Ende des Joches 8 montieren zu können und zu befestigen und zwar über eine Sockelverbindung und die auch auf die innere Umfangswand des Frontgehäuses 11 aufgepasst ist. Die äußere Umfangswand besitzt einen daran ausgebildeten Vorsprung 36c, der in die innere Umfangswand des Frontgehäuses 11 eingepasst ist und als ein Anschlag dient, um das Kupplungsaußenteil 36 gegen eine Drehung festzuhalten.
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Jede der Rollen 37 wird gemäß der Darstellung in 3(b) durch eine Feder 38 in einer Richtung gedrückt, in welcher die Nockenkammer 35 schmaler wird.
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Die Kupplung 7 arbeitet in solcher Weise, dass die Ankerwelle 14 die Möglichkeit erhält sich lediglich in einer normalen Richtung zu drehen. Spezifischer ausgedrückt, wenn die Ankerwelle 14 sich in der normalen Richtung zum Ankurbeln der Maschine dreht, wird jede der Rollen 37 zu einem weiteren einen Ende der Enden hin bewegt und zwar von einer entsprechenden einen der Nockenkammern 35, so dass diese schlupft oder leer läuft, wodurch sich dann das Kupplungsinnenteil 34 drehen kann. Wenn alternativ das Drehmoment von der Maschine auf die Kupplung 7 übertragen wird, um die Ankerwelle 14 in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen beim Ankurbeln der Maschine zu drehen, dies hat zur Folge, dass jede der Rollen 37 in das schmälere Ende der Enden der Nockenkammer 35 bewegt wird und zwischen dem Kupplungsaußenteil 36 und dem Kupplungsinnenteil 34 blockiert wird, um das Kupplungsinnenteil 34 gegen eine Drehung festzuhalten. Dies hält auch die Ankerwelle 14 gegen eine Drehung in der Richtung entgegengesetzt zu derjenigen beim Ankurbeln der Maschine fest.
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Wenn es im Betrieb erforderlich wird die Maschine 2 zu starten und wenn der Hauptschalter der Motorschaltung oder des Motorkreises durch den elektromagnetischen Schalter 3 geschlossen wird, hat dies zur Folge, dass die Wicklung 16 durch elektrische Energie erregt wird, die von der Batterie her zugeführt wird, um ein Drehmoment an dem Anker 10 zu erzeugen. Die Drehung des Ankers 10 in der normalen Richtung wird mit Hilfe der Kupplung 7 zugelassen, so dass das Drehmoment des Ankers 10 auf die Ausgangswelle 5 über die Drehzahlreduktionsvorrichtung 4 und das Kleinzahnrad 6 übertragen wird, um das Ringzahnrad oder Hohlzahnrad 29 in Drehung zu versetzen, wodurch dann die Maschine angekurbelt wird. Die Maschine besitzt normalerweise eine hohes Trägheitsmoment. Demzufolge entsteht in dem Moment, bei welchem das Drehmoment des Kleinzahnrades 6 auf das Ringzahnrad 29 ausgeübt wird, ein Schlag und dieser wirkt auf das Kleinzahnrad 6, welches seinerseits durch die Stoßabsorbiervorrichtung absorbiert wird (das heißt die kompressive Deformation der Kissen 32). Wenn der Stoß jedoch zu groß wird, um durch die vollständige Komprimierung der Kissen 32 absorbiert zu werden, wird dieser durch den Drehmomentbegrenzer absorbiert.
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Nach dem Starten der Maschine wird der Hauptschalter der Motorschaltung geöffnet, um den Motor 2 auszuschalten, so dass die Ankerwelle 14 an einer Drehung gehindert wird beziehungsweise angehalten wird. Nach dem Starten der Maschine, wenn die Drehzahl der Maschine die Drehzahl des Anlassers 1 überschritten hat, bewirkt dies, dass eine Freilauf-Kupplung, die in dem Hohlzahnrad oder Ringzahnrad 29 installiert ist, leer läuft, um eine Abtrennung des Ringzahnrades 29 von der Kurbelwelle der Maschine zu erreichen, so dass dadurch die Übertragung des Drehmoments der Kurbelwelle auf das Ringzahnrad 29 blockiert wird. Dies verhindert ein Überholen des Ankers 10.
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Wenn die Maschine umgekehrt worden ist, was durch das Schwingen der Kurbelwelle verursacht wird, wie dies beim Stoppen der Maschine induziert wird, oder bei einer Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs hervorgerufen wird und zwar nach dem Abwürgen der Maschine während eines Anstiegs des Fahrzeugs an einer Steigung, wird eine derartige umgekehrte Drehung der Maschine auf das Kleinzahnrad 6 übertragen, welches in konstantem Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad oder Hohlzahnrad 29 platziert ist, wodurch die Ausgangswelle 5 veranlasst wird sich in einer Richtung zu drehen, die zu derjenigen entgegen gesetzt ist, wenn die Maschine angekurbelt wird. Nach der Übertragung solch eines Drehmoments der Ausgangswelle 5 auf die Ankerwelle 14 über die Drehzahlreduktionsvorrichtung 4, werden die Rollen 37 der Kupplung 7 veranlasst zu blockieren, so dass das Kupplungsinnenteil 34 festgehalten wird, dass heißt die Ankerwelle 14 wird daran gehindert sich in der umgekehrten Richtung zu drehen. Dies verhindert somit ein Rückwärtsdrehen oder Drehen in umgekehrter Richtung des Ankers 10.
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Das Kupplungsinnenteil 34 der Kupplung 7 ist, wie oben dargelegt wurde, so ausgelegt, dass es sich von der Ankerwelle 14 abtrennt und somit die Möglichkeit geschaffen wird, dass dieses aus einem Material hergestellt wird, welches von demjenigen der Ankerwelle 14 verschieden ist. Beispielsweise kann lediglich das Kupplungsinnenteil 34 aus einem hochfesten Material hergestellt werden, um den Abriebwiderstand und die mechanische Festigkeit desselben zu erhöhen oder zu verbessern, während jedoch die Ankerwelle 14 aus irgendeinem Material hergestellt werden kann, welches einfach geschmiedet werden kann. Die Ankerwelle 14 und das Kupplungsinnenteil 34 können auch unterschiedlichen thermischen Behandlungen unterworfen werden. Beispielsweise kann die Ankerwelle 14 einer Hochfrequenz-Induktionsaushärtung unterzogen werden. Das Kupplungsinnenteil 34 kann karbonisiert und abgeschreckt werden.
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Das Kupplungsinnenteil 34 und die Ankerwelle 14 können unabhängig von einander bearbeitet werden und man vermeidet dadurch eine physikalische Interferenz des Außenbereiches des Kupplungsinnenteiles 34 mit dem Bearbeitungsvorgang der Ankerwelle 14. Spezifischer ausgedrückt kann die Ankerwelle 14 geschmiedet werden ohne dass dabei eine Einschränkung auf den Außendurchmesser des Kupplungsinnenteiles 34 realisiert wird, was zu einer Reduzierung der Gesamtproduktionskosten des Anlassers 1 führt.
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Das Kupplungsinnenteil 34 ist, wie dies oben dargelegt wurde, so ausgelegt, dass es auf den Außenumfang der Ankerwelle 14 über einen Presssitz aufgesetzt ist, wodurch die Installation des Kupplungsinnenteiles 34 an der Ankerwelle 14 vereinfacht wird und auch das Ausrichten des Kupplungsinnenteiles 34 mit der Ankerwelle 14 einfach gestaltet wird, wodurch die Qualität der Kupplung 7 verbessert wird.
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Das Kupplungsinnenteil 34 kann auch so ausgebildet werden, dass es eine Oberflächenhärte oder eine Gesamthärte besitzt, die größer ist als diejenige des inneren Presssitzabschnitts 14a der Ankerwelle 14. Dies führt zu einem erhöhten zulässigen Kontaktdruck des Kupplungsinnenteiles 34, so dass das Kupplungsinnenteil 34 die Möglichkeit bietet dieses in einer kompakten Größe auszuführen, was zu einer Reduzierung in der Gesamtgröße des Anlassers 1 führt und zwar verglichen mit einem Fall, wenn das Kupplungsinnenteil 34 die gleiche Oberflächenfestigkeit besitzt wie diejenige der Ankerwelle 14.
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Der innere Presssitzabschnitt 14a der Ankerwelle 14 ist so ausgelegt, dass dieser einen Außendurchmesser besitzt, der größer ist als derjenige des Sonnenzahnrades 23, so dass der Ankerkern 15, die Ankerwicklung 16 und der Kommutator 17 auf der Ankerwelle 14 installiert werden können und dann das Kupplungsinnenteil 34 über einen Presssitz auf den inneren Presssitzabschnitt 14a von der Seite des Sonnenzahnrades 23 der Ankerwelle 14 her gemäß einem Presssitz befestigt werden kann. Wenn somit der Außenumfang der Ankerwicklung 16 einer Pulverbehandlung unterzogen wird, wie dies in 2(b) veranschaulicht ist, und dadurch die Zentrifugalfestigkeit des Ankers 10 zu verbessern, kann diese Behandlung durchgeführt werden bevor das Kupplungsinnenteil 34 an der Ankerwelle 14 befestigt wird, wonach dann das Kupplungsinnenteil 34 über einen Presssitz an der Ankerwelle 14 befestigt werden kann. Die beseitigt auch einen thermischen Einfluss der Pulver-Behandlung an dem Kupplungsinnenteil 34, obwohl dies nahe bei der Ankerwicklung 16 gelegen ist, wodurch dann eine mechanische Festigkeit des Kupplungsinnenteiles 34 sichergestellt wird.
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4 zeigt den Anlasser 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die sich in der Konstruktion der Kupplung 7 von der ersten Ausführungsform unterscheidet.
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Die Kupplung 7 enthält ein Kupplungsaußenteil 36, welches gemäß der klaren Darstellung in 5 aus zwei diskreten Teilen gebildet ist: einer hohlzylindrischen inneren Nabe 39a und einer ringförmigen äußeren Scheibe 39b.
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Die äußere Scheibe 39b ist als Montagevorrichtung ausgelegt, um die Kupplung 7 zwischen dem Joch 2 und dem Frontgehäuse 11 zu befestigen. Die äußere Scheibe 39b besitzt ein kreisförmiges zentrales Loch, in welches die innere Nabe 39a über einen Presssitz eingesetzt ist.
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Es ist gewöhnlich schwierig die innere Nabe 39a zu schmieden und die äußere Scheibe 39b in einem Stück auszubilden, da die Nockenkammern 35 irregulär gestaltet sind oder eine komplizierte Gestalt aufweisen (das heißt keilförmig gestaltet sind) und da die Außendurchmesser der inneren Nabe 39a und der äußeren Scheibe 39b stark von einander verschieden sind. Die innere Nabe 39a und die äußere Scheibe 39b der Kupplung 7 der zweiten Ausführungsform sind gemäß der obigen Beschreibung voneinander getrennt, so dass die innere Nabe 39a, die gewöhnlich schwierig zu schmieden ist, die Möglichkeit erhält durch Schneiden bearbeitet werden zu können und die äußere Scheibe 39b, die eine einfache Gestalt aufweist, geschmiedet werden kann. Dies verbessert die Formbarkeit des Kupplungsaußenteiles 36 und zwar verglichen mit der inneren Nabe 39a und der äußeren Scheibe 39a, die zusammenhängend oder einstückig auszubilden sind.
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Ein Umfangsabschnitt der inneren Nabe 39a, der in das zentrale Loch der äußeren Scheibe 39b über einen Presssitz eingesetzt ist, ist so ausgelegt, dass dieser ein Schlupf-Drehmoment aufweist, welches größer ist als dasjenige einer Innenwand des Kupplungsinnenteiles 34, in welche die Ankerwelle 14 über einen Presssitz eingesetzt ist, wodurch sichergestellt wird, dass die Innenwand des Kupplungsinnenteiles 34 schlupft, wenn ein übermäßig hohes Schlag-Drehmoment, welches größer ist als das zulässige Drehmoment der Kupplung 7, in die Kupplung 7 eingebracht wird. Die wünschenswerte Fähigkeit der Kupplung 7 den Schlag zu absorbieren wird somit dadurch erreicht indem lediglich das Schlupf-Drehmoment der inneren Wand des Kupplungsinnenteils 34 gesteuert wird. Das Kupplungsinnenteil 34 ist hohlzylindrisch ausgebildet und besitzt eine einfache Struktur, so dass das Schlupf-Drehmoment in einfacher Weise gesteuert werden kann.
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Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen dargestellt wurde, um das Verständnis derselben zu verbessern, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch auf vielfältige Arten realisiert werden kann, ohne dadurch das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist daher so zu interpretieren, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und modifizierten Ausführungsformen zu den dargestellten Ausführungsformen mit umfasst, die realisiert werden können, ohne dabei von dem Prinzip der Erfindung, wie es sich aus den anhängenden Ansprüchen ergibt, abzuweichen.
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Beispielsweise kann der Außenumfang der Ankerwelle 14, auf welchem das Kupplungsinnenteil 34 über einen Presssitz aufgesetzt ist oder es kann der Innenumfang des Kupplungsinnenteiles 34 mit Riffelungen ausgestattet sein, um den Druck zu reduzieren, der erforderlich ist, um die Ankerwelle 14 in dem Kupplungsinnenteil 34 zu befestigen, wodurch eine Deformation des Kupplungsinnenteiles 34 minimiert wird, die sich aus der Verbindung beziehungsweise dem Presssitz ergibt.
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Das Kupplungsinnenteil 34 kann so angeordnet sein, dass es an seiner Endfläche mit der Endfläche des Ankerkernes 15 anstößt, wodurch das Kupplungsinnenteil 34 die Möglichkeit erhält über einen Presssitz auf der Ankerwelle befestigt zu werden und zwar in einer gewünschten Position ohne Verwendung von irgendwelchen Positionierungslehren.
