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Die Erfindung bezieht sich auf einen Starter für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 102 58 908 A1 ist ein elektrisch betätigbarer Starter für eine Brennkraftmaschine bekannt, der ein Starterritzel umfasst, welches zum Starten in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt wird. Das Starterritzel ist mit einer Ritzelwelle drehfest gekoppelt, jedoch gegenüber der Ritzelwelle axial verstellbar gehalten, wobei das Starterritzel gegenüber der Ritzelwelle über eine Einspurfeder axial abgestützt ist. Die Einspurfeder ist als Schraubenfeder ausgeführt, welche im Innern der hülsenförmigen Ritzelwelle angeordnet ist.
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Zur Montage muss das Starterritzel durch die Ritzelwelle hindurchgeschoben werden, bis ein radial überstehender Absatz am Starterritzel in Anschlag mit einem radial nach innen gebogenen, stirnseitigen Kragen an der Ritzelwelle gelangt. Die Ritzelwelle steht axial über die Stirnseite des Starterritzels über und wird von einem Mitnehmer angetrieben, der über Rollen an einem Rollenbund der Ritzelwelle abrollt.
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Der Starter ist in Achsrichtung verhältnismäßig groß bauend ausgebildet. Da bei der Montage das Starterritzel durch die Ritzelwelle hindurchgeschoben werden muss, darf der Durchmesser der Ritzelwelle ein definiertes Mindestmaß nicht unterschreiten.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Starter für eine Brennkraftmaschine klein bauend auszuführen. Gemäß eines Aspektes der Erfindung soll der Durchmesser der Ritzelwelle im Bereich der Verbindung mit einem Mitnehmer innerhalb weiter Grenzen frei wählbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der erfindungsgemäße Starter für eine Brennkraftmaschine umfasst ein gegenüber einer Antriebswelle verschiebbar gelagertes Starter- bzw. Andrehritzel, das mit einer als separates Bauteil ausgeführten Ritzelwelle drehfest gekoppelt ist. Die Ritzelwelle ist auf einen Bund des Starterritzels aufgesteckt, wobei der kleinste Durchmesser der Ritzelwelle zumindest dem Außendurchmesser des Bundes des Starterritzels entspricht, so dass die Ritzelwelle radial außerhalb des Innenraums des Starterritzels, welcher die Antriebswelle aufnimmt, auf das Starterritzel aufgesteckt ist.
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Des Weiteren ist ein Aufnahmedorn vorgesehen, welcher Bestandteil des Starters ist und auf der Antriebswelle aufsitzt. Der Aufnahmedorn ist drehfest mit der Ritzelwelle verbunden.
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Mit dieser Dreiteilung – Starterritzel, Ritzelwelle und Aufnahmedorn – kann ein modulares, flexibel einsetzbares Baugruppensystem erreicht werden. Das Starterritzel und die Ritzelwelle bilden eine vormontierbare Unterbaugruppe, die für verschiedene Anwendungen identisch eingesetzt werden kann. Über unterschiedliche Auslegungen des Aufnahmedorns ist eine fahrzeugindividuelle Anpassung im Hinblick auf die axiale Gesamtlänge sowie den Rollenbunddurchmesser möglich, der sich auf dem Aufnahmedorn befindet. Da die Montage von Starterritzel und Ritzelwelle unabhängig vom Aufnahmedorn erfolgt, bestehen im Hinblick auf den Durchmesser des Aufnahmedorns keine prinzipiellen Beschränkungen. Somit ist es auch möglich, einen Rollenbunddurchmesser am Aufnahmedorn vorzusehen, der ggf. kleiner ist als der Innendurchmesser des Starterritzels.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ragt die Ritzelwelle im montierten Zustand nicht über die Stirnseite des Bundes des Starterritzels hinaus, so dass die axiale Länge der aus Starterritzel und Ritzelwelle gebildeten Unterbaugruppe vom Starterritzel bestimmt ist.
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Das Starterritzel ist zweckmäßigerweise axial gegenüber der Ritzelwelle verstellbar, wobei ein Federelement zur Ausübung einer axialen Federkraft zwischen einem Absatz oder einer Stirnseite der Ritzelwelle und einem Absatz an dem Starterritzel angeordnet ist. Das Federelement ist ringförmig ausgebildet und beispielsweise als eine Wellenfeder ausgeführt und sitzt ebenso wie die Ritzelwelle auf dem Bund des Starterritzels auf, so dass auch das Federelement einen größeren Innendurchmesser als das Starterritzel aufweist. Dem Federelement kommt eine Impuls dämpfende Funktion zu für den Fall, dass beim axialen Vorrücken der Ritzelwelle das Starterritzel Zahn auf Zahn auf den Zahnkranz der Brennkraftmaschine anschlägt. Über das Federelement und die axiale Relativverstellmöglichkeit zwischen Starterritzel und Ritzelwelle wird der Anschlagsimpuls gemindert, zugleich drückt das Federelement das Starterritzel in seine endgültige Einspurposition, in der die Verzahnung des Starterritzels mit der Verzahnung des Zahnkranzes kämmt.
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Auf Grund der axialen Relativverstellmöglichkeit zwischen Ritzelwelle und Starterritzel ist es zweckmäßig, die Ritzelwelle über ein Sicherungselement auf dem Bund des Starterritzels axial zu sichern. Dieses Sicherungselement kann als ein Sicherungsring ausgeführt sein, beispielsweise ein Sprengring, der in einer umlaufenden Ringnut an der Mantelfläche des Bundes am Starterritzel aufgenommen ist. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung übergreift der Aufnahmedorn das Sicherungselement radial und fixiert in dieser Weise das Sicherungselement in der axialen Position auf dem Bund des Starterritzels. Der Aufnahmedorn verhindert, dass sich das Sicherungselement bei Überschreiten der Grenzdrehzahl des Sicherungselements radial aufweitet und vom Bund des Starterritzels löst.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass das Federelement zwischen Starterritzel und Ritzelwelle von einem Abdeckteil übergriffen ist, welches insbesondere ringförmig ausgebildet ist und eine L-förmige Querschnittsgestalt aufweist. Durch das Abdeckteil ist das Federelement von äußeren Einflüssen, insbesondere von Verschmutzung geschützt.
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In das Starterritzel, welches als Hohlkörper ausgeführt ist, sowie in den Aufnahmedorn, welcher ebenfalls einen Hohlkörper bildet, können jeweils Taschenbuchsen zur Aufnahme der Antriebswelle eingesetzt sein.
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Die drehfeste Verbindung zwischen dem Aufnahmedorn und der Ritzelwelle, welche vorzugsweise zugleich auch in Achsrichtung fest ausgebildet ist, kann auf verschiedene Art und Weise realisiert sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist der Aufnahmedorn stoffschlüssig mit der Ritzelwelle verbunden, beispielsweise durch Verschweißen. In Betracht kommt aber auch eine reib- bzw. kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Aufpressen des Aufnahmedorns auf die Ritzelwelle, oder eine allgemeine formschlüssige Verbindung, beispielsweise über eine Verschraubung zwischen dem Aufnahmedorn und der Ritzelwelle. Bei stoffschlüssigen Verbindungen kommt auch Löten und Kleben in Betracht.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Starter für eine Brennkraftmaschine im Längsschnitt,
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2 in Explosionsdarstellung verschiedene Bestandteile eines Starters mit einem Starterritzel, einer Ritzelwelle, einem Federelement sowie einem Aufnahmedorn,
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3 Starterritzel und Ritzelwelle im montierten Zustand einschließlich eines von einem Abdeckblech übergriffenen Federelementes,
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4 die Vorrichtung gemäß 3 in einem Längsschnitt,
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5 das Starterritzel, die Ritzelwelle sowie ein Aufnahmedorn, der mit der Ritzelwelle verbunden ist, im montierten Zustand,
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6 die Vorrichtung gemäß 5 in einem Längsschnitt,
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7 einen Schnitt quer zur Längsachse in Höhe des Federelementes bzw. des Abdeckteils.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Startvorrichtung 10 im Längsschnitt dargestellt. Die Startvorrichtung 10 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und ein Einrückrelais 16 auf. Der Startermotor 13 und das Einrückrelais 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andreh- bzw. Starterritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist.
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Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Ankerwelle 44 aufgepresst. An dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Ankerwelle 44 ist des weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine zwischen dem Einspurrelais 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzuführung 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Ankerwelle 44 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatordeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielsweise 2, 3 oder 4 Stück) im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab, und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
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In Antriebsrichtung schließt sich an den Anker 37 ein sogenanntes Sonnenrad 80 an, das Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise drei Planetenräder 86, die mittels Wälzlager 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98, als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Desweiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Ankerwelle 44 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist, ab. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Antriebswelle 116 verbunden. Diese Antriebswelle 116 ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt. Die Antriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer sogenannten Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer sogenannten Wellen-Nabe-Verbindung ist, wobei alternativ auch eine Schrägverzahnung möglich ist. Diese Welle-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Dieser Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Diese Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring eine Relativdrehung zwischen dem Außenring und dem Innenring in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 132 nur in eine Richtung.
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Im Ausführungsbeispiel bildet der Innenring 140 einen als separates Bauteil ausgeführten Aufnahmedorn, der mit einer Ritzelwelle 300 drehfest verbunden ist, welche auf einem Bund des Starterritzels 22 drehfest, jedoch mit axialer Stellmöglichkeit aufsitzt. Das Starterritzel 22, das die Schrägverzahnung 143 (Außenschrägverzahnung) aufweist, ist axial über ein Federelement 301 an der Ritzelwelle 300 abgestützt. Das Starterritzel 22 kann alternativ auch als geradverzahntes Ritzel ausgeführt sein. Statt elektromagnetisch erregter Polschuhe 31 mit Erregerwicklung 34 können auch permanentmagnetisch erregte Pole verwendet werden.
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Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus eingegangen. Das Einrückrelais 16 weist einen Bolzen 150 auf, der ein elektrischer Kontakt ist und der an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Dieser Bolzen 150 ist durch einen Relaisdeckel 153 hindurchgeführt. Dieser Relaisdeckel 153 schließt ein Relaisgehäuse 156 ab, das mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. Im Einrückrelais 16 ist weiterhin eine Einzugswicklung 162 und eine sogenannte Haltewicklung 165 angeordnet. Die Einzugswicklung 162 und die Haltewicklung 165 bewirken beide jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches sowohl das Relaisgehäuse 156 (aus elektromagnetisch leitfähigem Material), einen linear beweglichen Anker 168 und einen Ankerrückschluss 171 durchströmt. Der Anker 168 trägt eine Schubstange 174, die beim linearen Einzug des Ankers 168 in Richtung zu einem Schaltbolzen 177 bewegt wird. Mit dieser Bewegung der Schubstange 174 zum Schaltbolzen 177 wird dieser aus seiner Ruhelage in Richtung zu zwei Kontakten 180 und 181 bewegt, so dass eine am zu den Kontakten 180 und 181 Ende des Schaltbolzens 177 angebrachte Kontaktbrücke 184 beide Kontakte 180 und 181 elektrisch miteinander verbindet. Dadurch wird vom Bolzen 150 elektrische Leistung über die Kontaktbrücke 184 hinweg zur Stromzuführung 61 und damit zu den Kohlebürsten 58 geführt. Der Startermotor 13 wird dabei bestromt.
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Das Einrückrelais 16 bzw. der Anker 168 hat darüber hinaus die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen dem Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Dieser Hebel 190, üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, umgreift mit zwei hier nicht dargestellten Zinken an ihrem Außenumfang zwei Scheiben 193 und 194, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 einzuspuren.
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2 zeigt das Starterritzel sowie mit dem Starterritzel verbundene Bauteile. Das Starterritzel 22 ist mit einer Außenverzahnung versehen, die im eingespurten Zustand mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine kämmt. Einteilig am Starterritzel 22 ist ein axial überstehender Bund 22a ausgebildet, welcher eine Außenverzahnung aufweist, auf die die Ritzelwelle 300 aufsteckbar ist. Die Ritzelwelle 300 ist ringförmig ausgebildet und besitzt an ihrer Innenseite eine Verzahnung, die mit der Verzahnung am Bund 22a in kämmenden Eingriff zu bringen ist. Somit sind im montierten Zustand das Starterritzel 22 und die Ritzelwelle 300 drehfest gekoppelt, zugleich ist eine axiale Relativverschiebung zwischen Ritzelwelle und Starterritzel möglich.
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Zur axialen Sicherung der Ritzelwelle 300 auf dem Starterritzel 22 ist am Bund 22a benachbart zur freien Stirnseite einen umlaufende Ringnut 22b eingebracht, in die ein Sicherungsring 303 einsetzbar ist. Der Sicherungsring 303 verhindert, dass die Ritzelwelle 300 sich vom Bund 22a des Starterritzels 22 axial lösen kann.
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Die Ritzelwelle 300 weist eine Ringschulter 300a mit reduziertem Außendurchmesser auf, auf der ein ringförmiges Federelement 301 aufsitzt, das als Wellenfeder ausgebildet ist und in Achsrichtung eine Federkraft zwischen der Ritzelwelle 300 und dem Starterritzel 22 überträgt. Das Federelement 301 hat die Funktion einer Einspurfeder und bewirkt eine Impulsdämpfung im Falle eines Auftreffens des Starterritzels Zahn auf Zahn auf den Zahnkranz der Brennkraftmaschine.
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Im montierten Zustand ist das Federelement 301 von einem ringförmigen Abdeckteil 302 überdeckt, das ebenfalls auf den Bund 22a des Starterritzels 22 aufsteckbar ist und sich an der Stirnseite der Verzahnung des Starterritzels abstützt. Das Abdeckteil 302 weist einen L-förmigen Querschnitt auf.
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Des Weiteren ist ein Aufnahmedorn 140 mit einem Rollenbund 140a vorgesehen, welcher im montierten Zustand fest mit der Ritzelwelle 300 verbunden ist. Der Aufnahmedorn 140 ist als hülsenförmiges Bauteil ausgebildet und weist in dem mit der Ritzelwelle 300 zu verbindenden Abschnitt einen Innendurchmesser auf, der ein Aufschieben auf die Ritzelwelle 300 ermöglicht. Im Bereich des Rollenbundes 140a ist der Außendurchmesser des Aufnahmedorns 140 reduziert, wobei der Außendurchmesser des Rollenbundes 140a lediglich durch den Innendurchmesser sowie durch eine Mindestwandstärke bestimmt ist. Der Innendurchmesser ist so bemessen, dass ein Aufschieben auf die Antriebswelle möglich ist.
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Wie 2 des Weiteren zu entnehmen, sind Taschenbuchsen 304 und 305 zur Aufnahme der Antriebswelle in das Starterritzel 22 bzw. den Aufnahmedorn 140 einsetzbar.
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In den 3 und 4 ist das Starterritzel 22 und die Ritzelwelle 300 im montierten Zustand einschließlich zwischenliegendem Federelement 301 sowie Abdeckteil 302 gezeigt. Diese Bauteile bilden eine vormontierte Baugruppe, die für verschiedene Anwendungssituationen einsetzbar ist. Individuelle Anpassungen erfolgen über unterschiedlich ausgebildete Aufnahmedorne 140, welche mit der Ritzelwelle 300 zu verbinden sind (5).
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Wie den Schnittdarstellungen gemäß 4 und 6 zu entnehmen, weist der Bund 22a am Starterritzel 22 eine größere axiale Erstreckung als die Ritzelwelle 300 auf. Im montierten Zustand ist die Ritzelwelle 300 vollständig auf den Bund 22a aufgeschoben, so dass die freie Stirnseite der Ritzelwelle 300 axial auf Abstand zur freien Stirnseite des Bundes 22a liegt. Die Ritzelwelle 300 wird über den Sicherungsring 303, der in der Nut am Bund 22a aufgenommen ist, axial in seiner montierten Lage auf dem Bund 22a gesichert.
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Der Aufnahmedorn 140 ist, wie 6 zu entnehmen, ausschließlich mit der Ritzelwelle 300 verbunden. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere über Verschweißen, Löten oder Kleben.
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Der mit der Ritzelwelle 300 verbundene, ringförmige oder hülsenförmige Abschnitt des Aufnahmedorns 140 weist einen. Innendurchmesser auf, der den Außendurchmesser des Bundes 22a am Starterritzel 22 übersteigt, so dass ein Ringraum zwischen der Mantelfläche benachbart zur Stirnseite des Bundes 22a und der Innenseite des Aufnahmedorns 140 gebildet ist. Dieser Ringraum ermöglicht es, den Aufnahmedorn 140 über den Sicherungsring 303 aufzuschieben. Zugleich ist der Ringraum in Radialrichtung so klein bemessen, dass ein Aufweiten und Lösen des Sicherungsrings 303 bei Überschreiten der Grenzdrehzahl des Sicherungsrings verhindert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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