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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinenanlassersystem, welches einen Anlasser verwendet.
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DE 198 11 176 A1 offenbart eine Anordnung und ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Maschine, insbesondere zur Steuerung eines elektrischen Starters zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, mit einem Schaltmittel zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einer Spannungsquelle und dem elektrischen Starter, wobei der elektrische Starter bei einer Betätigung des Schaltmittels über eine einspurbare Übersetzung mit einem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine koppelbar ist. Es ist vorgesehen, dass in der Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem elektrischen Starter ein elektronisches Steuergerät angeordnet ist, über das eine Spannung und/oder ein Strom und/oder eine Einschaltzeit für den elektrischen Starter steuerbar ist.
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DE 692 06 572 T2 offenbart eine Vorrichtung, bei der in der Wicklung oder der Zylinderspule keine Umpolung des Gleichstroms in einen gepulsten Strom erfolgt, wenn der zugeordnete Schalter geschlossen ist, sondern dann, wenn einmal sichergestellt ist, daß sich der Zahnring des Motors tatsächlich zu drehen begonnen hat. Der Schwellwert für die Minimaldrehzahl, der im Anspruch 1 erwähnt ist, kann beispielsweise 30–40 UpM betragen. Dadurch wird die Verkleinerung jener Kraft, die das Ritzel gegen den Zahnring drückt (wobei diese Verkleinerung vom Übergang des Gleichstroms in einen gepulsten Strom in der Zylinderspule herrührt), sicher nur auftreten, nachdem das Ritzel tatsächlich in den Zahnring eingegriffen hat und der Ring in Drehung versetzt wurde.
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Im allgemeinen wird während des Anlassen bei einem herkömmlichen Anlasser vom Typ eines eintretenden Kleinzahnrades ein Kleinzahnrad nach außen gestoßen und gelangt in Eingriff mit einem Ringzahnrad. Danach werden die Drehkraft und das Drehmoment des Anlassermotors auf das Kleinzahnrad übertragen und von dem Kleinzahnrad auf das Ringzahnrad, wodurch die Maschine angelassen wird.
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Da bei einem derartigen Anlasser jedoch ein toter Gang zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad vorhanden ist, wird das Drehmoment intermittierend in Einklang mit einer Lastschwankung übertragen. Das heißt, die Drehzahl der Maschine nimmt zu, wenn sich ein Kolben von der oberen Todpunktlage bzw. Todpunktzentrum zur unteren Todpunktlage bzw. Bodentodpunktzentrum bewegt, es wird jedoch die Drehzahl vermindert, wenn sich der Kolben von dem Bodentodpunktzentrum zu dem oberen Todpunktzentrum bewegt. Wenn daher das Drehmoment von dem Kleinzahnrad auf das Ringzahnrad in einem Prozeß übertragen wird, bei dem die Drehzahl reduziert wird, kollidiert das Kleinzahnrad wiederholt mit dem Ringzahnrad auf Grund des toten Spiels. Als ein Ergebnis werden die Kleinzahnräder und die Ringzahnräder beschädigt und es werden Zahnradkollisionsgeräusche erzeugt. Das heißt, die Maschinenanlaßgeräusche werden verstärkt, und zwar auf Grund der Kollisionen zwischen den Zahnrädern.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erläuterten Probleme entwickelt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Maschinenanlassersystem zu schaffen, welches nicht nur die Zahnradkollisionsgeräusche reduzieren kann, sondern auch verhindern kann, daß Zahnräder, spezifisch ein Kleinzahnrad und ein Ringzahnrad, beschädigt werden, indem die Aufschlagkräfte, die während der Drehmomentübertragung von dem Kleinzahnrad auf das Ringzahnrad erzeugt werden, gemindert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand des weiteren Anspruchs 3.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird bei einem Prozeß, bei dem ein Kolben einer Maschine durch das untere Todpunktzentrum verläuft und eine Drehzahl der Maschine reduziert wird und bevor eine Zahnflanke eines Kleinzahnrades mit einer Zahnflanke eines Ringzahnrades auf Grund einer Drehzahldifferenz zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad kollidiert, die folgende Steuerung durchgeführt. Eine Spannungssteuereinheit zum Steuern einer Spannung, die an einen Anlassermotor angelegt wird, reduziert die Spannung, die an den Anlassermotor angelegt wird, um dadurch die Drehzahldifferenz zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad zu reduzieren.
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Da demzufolge die Drehzahldifferenz zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad reduziert wird, schlägt die Zahnflanke des Kleinzahnrades nur sanft gegen die Zahnflanke des Ringzahnrades. Daher wird die Aufschlagkraft an dem Kollisionspunkt vermindert, wodurch die Kollisionsgeräusche der Zahnräder reduziert werden und verhindert wird, daß das Kleinzahnrad und das Ringzahnrad beschädigt werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird dann, wenn ein Kolben einer Maschine durch das obere Todpunktzentrum verläuft und eine Drehzahl der Maschine zunimmt, die folgende Steuerung ausgeführt. Eine Spannungssteuereinheit zum Steuern einer Spannung, die an einen Anlassermotor angelegt wird, erhöht die Spannung, die an den Anlassermotor angelegt wird, um die Drehzahldifferenz zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad zu vermindern.
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Da in diesem Fall die Drehzahl des Anlassermotors zunimmt, um zu bewirken, daß die Drehzahl des Anlassermotors der Drehzahl der Maschine folgt, wird die Drehzahldifferenz zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad reduziert. Als ein Ergebnis werden die Aufschlagkräfte vermindert, wenn eine Zahnflanke des Kleinzahnrades mit einer Zahnflanke des Ringzahnrades kollidiert, wodurch auch die Kollisionsgeräusche der Zahnräder reduziert werden. Darüber hinaus verhindert die Reduzierung der Aufschlagkräfte, daß das Kleinzahnrad und das Ringzahnrad beschädigt werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt bestimmt die Spannungssteuereinheit die Steuerstartzeitlagen, zu denen die Steuerung der Spannung, die an den Anlassermotor angelegt wird, gestartet wird, was in der folgenden Weise geschieht. Die Spannungssteuereinheit bestimmt die Steuerstartzeitlagen basierend auf irgendeiner Fluktuationszeitsteuerung des Stromes, der dem Anlassermotor zugeführt wird, bestimmt die Zeitlagen eines Maschinensteuersignals, wie beispielsweise eines Zündsignals, eines Brennstoffeinspritzsignals, eines Zündsignals, eines Brennstoffeinspritzsignals und eines Kurbelwinkelsignals.
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Wenn beispielsweise die Zahnflanke des Kleinzahnrades mit der Zahnflanke des Ringzahnrades kollidiert, kann die Zeitsteuerung als eine Zeit angenommen werden, die verstreicht, nachdem der Kolben der Maschine das obere Todpunktzentrum oder das untere Todpunktzentrum passiert hat. Demzufolge können die Steuerstartzeitlagen basierend auf dem Maschinensteuersignal bestimmt werden, um das obere Todpunktzentrum oder das untere Todpunktzentrum anzuzeigen, oder basierend auf den Fluktuationszeitlagen des Stromes, welcher dem Anlassermotor zugeführt wird. Hier ändert sich der dem Anlassermotor zugeführte Strom in Einklang mit der Schwankung der Maschinenlast. Daher können die obere Todpunktzentrums- und die untere Todpunktzentrumspositionen der Maschine dadurch bestimmt werden, indem ein Zeitpunkt detektiert wird (entsprechend dem oberen Todpunktzentrum), wenn sich der Strom von einer Zunahmetendenz zu einer Abnahmetendenz hin ändert, oder Detektieren eines Zeitpunktes (entsprechend dem unteren Todpunktzentrum), wenn sich der Strom von einer abnehmenden Tendenz nach einer zunehmenden Tendenz hin ändert.
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Weitere Anwendungsbereiche der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung kann vollständiger anhand der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen verstanden werden. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein elektrisches Schaltungsdiagramm, welches ein Maschinenanlassersystem wiedergibt;
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2 ein Flußdiagramm, welches eine Betriebsprozedur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 ein Zeitdiagramm, welches ein externes Signal und eine Steuerstartzeitsteuerung wiedergibt;
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4 einen Graphen, der Drehzahländerungen einer Maschine und eines Anlassers bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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5 einen Graphen, der Drehzahländerungen einer Maschine und eines Anlassers bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Als nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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1 zeigt ein elektrisches Schaltungsdiagramm eines Maschinenanlassersystems. Das Maschinenanlassersystem gemäß der ersten Ausführungsform enthält einen Anlasser (wird noch später beschrieben) zum Anlassen einer Maschine (nicht gezeigt) und eine ECU 2 (Spannungssteuereinheit bei der vorliegenden Erfindung) zum Steuern der Spannung, die an den Anlassermotor 1 angelegt wird, der für den Anlasser verwendet wird.
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Der Anlasser besteht aus einem Anlasser vom Kleinzahnradeintrittstyp, der mit Hilfe des Anlassermotors 1 zum Erzeugen einer Drehkraft, eines elektromagnetischen Schalters 3 zum Ein- und Ausschalten eines Stromes, der dem Anlassermotor 1 zugeführt wird, einem Kleinzahnrad (nicht gezeigt) zum Übertragen der Drehkraft des Anlassermotors 1 auf ein Ringzahnrad (nicht gezeigt) der Maschine konstruiert ist, indem das Kleinzahnrad in Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad gelangt, und enthält weitere Elemente.
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Der Anlassermotor 1 besteht beispielsweise aus einem elektrischen Gleichstrommotor. Wenn eine Erregerschaltung (siehe 1) mit Hilfe des elektromagnetischen Schalters 3 geschlossen wird, wird ein Anker 1a von einer Batterie 4 her erregt, um eine Drehkraft zu erzeugen.
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Der elektromagnetische Schalter 3 enthält eine Erregerwicklung 3a zum Erzeugen einer magnetischen Kraft während der Erregung und einen Kolben 3b, der in einem Innenumfang der Erregerwicklung 3a eingesetzt ist und in dem Innenumfang derselben gleiten kann. Der Kolben 3b empfängt eine magnetische Kraft, die von der Erregerwicklung 3a erzeugt wird, und bewegt sich, so daß ein bewegbarer Kontaktpunkt 3c, der an dem Kolben 3b vorgesehen ist, ein Paar von feststehenden Kontaktpunkten 3d kontaktiert. Es werden somit beide feststehenden Kontaktpunkte 3d geschlossen und die Erregerschaltung für den Anlassermotor 1 wird geschlossen.
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Das Kleinzahnrad ist an einer Ausgangswelle (nicht gezeigt) angeordnet, welches durch den Anlassermotor 1 gedreht und angetrieben wird. Wenn die Maschine gestartet wird, wird das Kleinzahnrad entlang der Ausgangswelle nach vorne gestoßen und gelangt in Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad. Wenn die Zeitschaltung (IG) 5 eingeschaltet wird, wird die ECU 2 durch die Batterie 4 erregt. Wenn dann die Erregung des Anlassermotors 1 begonnen hat, steuert die ECU 2 die Impulsbreitenmodulation (PWM) einer Batteriespannung, die an den Anlassermotor 1 angelegt wird, und zwar mit Hilfe oder über eine Steuervorrichtung 6.
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Die Steuervorrichtung 6 besteht aus einer Schaltervorrichtung, wie beispielsweise einem Transistor, und ist zwischen der Batterie 4 und dem feststehenden Kontaktpunkt 3d an einer Seite angeschlossen, der in dem elektromagnetischen Schalter 3 vorhanden ist. Als nächstes wird eine Betriebsprozedur des Maschinenanlassersystems unter Hinweis auf das Flußdiagramm beschrieben, welches in 2 gezeigt ist.
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Bei einem Schritt 10 wird, wenn der IG-Schalter 5 zu einem ST-Anschluß 5a geschaltet wird, ein Startsignal in die ECU 2 eingespeist, um die ECU 2 zu starten. Bei einem Schritt 20 wird ein Anlasserrelais 7 eingeschaltet. Das Anlasserrelais 7 ist durch eine Relaiswicklung 7a, die mit dem ST-Anschluß 5a verbunden ist, und aus einem Relaisschalter 7b konstruiert, der zwischen der Batterie 4 und der Erregerwicklung 3a vorgesehen ist. Wenn die Relaiswicklung 7a erregt wird, wird der Relaisschalter 7b eingeschaltet. Wenn bei einem Schritt 30 der Relaisschalter 7b eingeschaltet wird, wird die Erregerwicklung 3a des elektromagnetischen Schalters 3 durch die Batterie 4 erregt und der Kolben 3b wird in Bewegung gesetzt.
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Bei einem Schritt 40 bewegt sich der Kolben 3b und der bewegbare Kontaktpunkt 3c, der an dem Kolben 3b vorgesehen ist, kontaktiert das Paar der feststehenden Kontaktpunkte 3d, so daß die Erregerschaltung für den Anlassermotor 1 geschlossen wird. Als ein Ergebnis beginnt die Erregung des Anlassermotors 1 bei der Batterie 4 und setzt sich über die Steuervorrichtung 6 fort. Bei einem Schritt 50 wird die Steuerstartzeitsteuerung basierend auf einem externen Signal bestimmt, die dann in Aktion tritt, wenn die Steuerung für eine Spannung, die an den Anlassermotor 1 angelegt wird, beginnt. Es wird beispielsweise, wie in 3 dargestellt ist, bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit Δt verstrichen ist, nachdem ein Maschinensteuersignal (Zündsignal, Brennstoffeinspritzsignal, Kurbelwinkelsignal und ähnliches) oder die Fluktuationszeitsteuerung des Stromes, der an den Anlassermotor 1 angelegt wird (Zeitsteuerung des Strommaximums oder Zeitsteuerung des Stromminimums) detektiert worden ist. Wenn die Bestimmung JA lautet, verläuft der Prozeß zu einem Schritt 60. Wenn die Bestimmung NEIN lautet, wird die Operation bei dem Schritt 50 solange wiederholt bis die vorbestimmte Zeit Δt verstrichen ist.
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Wenn die Drehzahl der Maschine aufgrund der Maschinenlastschwankung reduziert wird (wenn sich der Kolben von dem unteren Todpunktzentrum zu dem oberen Todpunktzentrum bewegt), wird die Steuerstartzeitsteuerung in der folgenden Weise eingestellt. Wie in 4 gezeigt ist, wird die Steuerstartzeitsteuerung eingestellt, und zwar geringfügig, bevor eine Zahnflanke des Kleinzahnrades mit einer Zahnflanke des Ringzahnrades kollidiert, und zwar auf Grund einer Drehzahldifferenz zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad (Punkte A, an denen die gekrümmten Linien, welche die Drehzahlen der Maschine und des Anlassers wiedergeben, sich in der Zeichnung kreuzen). Hierbei können die Zeitlagen (timing), wenn die Zahnflanke des Kleinzahnrades mit der Zahnflanke des Ringzahnrades kollidiert, so angenommen werden, daß sie von dem Maschinensteuersignal stammen oder von der Fluktuationszeitsteuerung eines Stromes stammen, welcher dem Anlassermotor 1 zugeführt wird. Es kann daher die Steuerung geringfügig oder kurz vor der Zahnradkollision gestartet werden, indem die vorbestimmte Zeit Δt in geeigneter Weise eingestellt wird.
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Bei dem Schritt 60 wird eine Spannung, die an den Anlassermotor 1 angelegt wird, gesteuert. Spezifischer ausgedrückt, wird die an den Anlassermotor 1 angelegte Spannung reduziert, so daß die Drehzahldifferenz zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad reduziert wird. Bei dem Schritt 70 wird unter Verwendung des externen Signales bestimmt, ob die Maschine gestartet hat. Wenn die Bestimmung JA lautet, verläuft der Prozeß zu dem Schritt 80. Wenn die Bestimmung NEIN lautet, wird die Operation bei dem Schritt 70 solange wiederholt, bis bestimmt werden kann, daß die Maschine gestartet hat. Bei dem Schritt 80 wird die Erregung des elektromagnetischen Schalters 3 gestoppt, indem das Starterrelais 7 ausgeschaltet wird. Bei einem Schritt 90 wird der Kolben 3b in seine Ursprungsposition zurückgestoßen, indem nämlich die Erregung des elektromagnetischen Schalters 3 gestoppt wird. Daher wird der bewegbare Kontaktpunkt 3c von dem Paar der feststehenden Kontaktpunkte 3d getrennt und die Erregerschaltung für den Anlassermotor 1 wird geöffnet, wodurch die Erregung des Anlassermotors 1 angehalten wird.
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(Wirkung der ersten Ausführungsform)
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Bei dem Maschinenanlassersystem gemäß der ersten Ausführungsform wird die an den Anlassermotor 1 angelegte Spannung reduziert, bevor die Zahnflanke des Kleinzahnrades mit der Zahnflanke des Ringzahnrades kollidiert. Da somit die Drehzahl des Anlassers reduziert wird, wie dies durch eine unterbrochene gekrümmte Linie in 4 angezeigt ist, wird die Drehzahldifferenz zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad reduziert. Als ein Ergebnis wird, da die Zahnflanke des Kleinzahnrades sanft oder weich mit der Zahnflanke des Ringzahnrades kollidiert, die Aufschlagkraft bei der Kollision vermindert, wodurch die Kollisionsgeräusche reduziert werden und verhindert wird, daß das Kleinzahnrad und das Ringzahnrad beschädigt werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Steuerstartzeitsteuerung des Anlassermotors 1 bei einem Anfangszeitpunkt einer Periode eingestellt, wenn die Drehzahl der Maschine zunimmt (direkt nachdem der Kolben die obere Todpunktlage bzw. das obere Todpunktzentrum passiert hat). Es wird somit die an den Anlassermotor 1 angelegte Spannung gesteuert, um zu bewirken, daß die Drehzahl des Anlassers derjenigen der Maschine folgt.
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Spezifischer ausgedrückt, wird die an den Anlassermotor 1 angelegte Spannung zu dem Anfangszeitpunkt der Periode erhöht, wenn die Drehzahl der Maschine ansteigt.
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Wie daher mit Hilfe einer unterbrochenen Kurvenlinie in 5 gezeigt ist, wird die Drehzahl des Anlassers erhöht, um derjenigen der Maschine zu folgen, wodurch die Drehzahldifferenz zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad reduziert wird. Wenn als Ergebnis die Zahnflanke des Kleinzahnrades mit der Zahnflanke des Ringzahnrades in einem Prozeß kollidiert, bei dem die Drehzahl der Maschine reduziert ist (die Punkte A in der Zeichnung), ist deren Aufschlagskraft vermindert. Es können daher die Kollisionsgeräusche der Zahnräder reduziert werden und es kann verhindert werden, daß die Kleinzahnräder und die Ringzahnräder beschädigt oder zerstört werden.
