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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Anlasser und Startsysteme
für Maschinen.
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Spezieller
betrifft die Erfindung ein Startsystem für eine Brennkraftmaschine eines
Automobils, welches sowohl einen Anlasser vom Konstant-Kämmeigriff-Typ
als auch einen Anlasser vom Typ eines elektromagnetischen Stoß-Kämmeingriffs enthält.
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Anlasser
vom Stoß-Kämmeingriff
wurden weit verbreitet als eine Startvorrichtung für Kraftfahrzeugmaschinen
verwendet. Anlasser dieses Typs sind allgemein so konfiguriert,
dass sie ein Kleinzahnrad in Kämmeingriff
mit einem Ringzahnrad einer Maschine mit Hilfe einer elektromagnetischen Kraft
stoßen,
die durch einen Solenoid-Schalter
erzeugt wird und zwar vor einem Start der Maschine und in dem das
Kleinzahnrad aus dem Kämmeingriff mit
dem Ringzahnrad nach dem Start der Maschine freigegeben wird. Es
ist jedoch für
Anlasser dieses Typs schwierig in zuverlässiger Weise das Kleinzahnrad
in einen Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad zu stoßen,
wenn sich das Ringzahnrad dreht. Selbst wenn sich darüber hinaus
die Möglichkeit
ergibt das Kleinzahnrad in Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad zu stoßen,
wenn sich das Ringzahnrad dreht, wird eine beträchtliche Geräuschentwicklung
während
der Herstellung des Kämmeingriffes
zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad verursacht.
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Im
Vergleich dazu sind Anlasser vom Konstant-Kämmeingrifftyp wie beispielsweise
dem Anlasser, der in der japanischen Patenterstveröffentlichung
Nummer 2004-324448
offenbart ist, allgemein so konfiguriert, dass ein Kleinzahnrad
konstant in Kämmeingriff
mit einem Ringzahnrad der Maschine gehalten wird. Es ist daher für Anlasser
dieses Typs möglich
die Maschine erneut zu starten bevor die Maschine vollständig angehalten
wird oder mit anderen Worten kann die Maschine selbst dann wieder
gestartet werden, wenn sich das Ringzahnrad noch dreht. Da darüber hinaus
kein Geräusch
zur Herstellung des Kämmeingriffes
zwischen dem Kleinzahnrad und dem Ringzahnrad verursacht wird, ist
es möglich,
dass Anlasser dieses Typs ruhig bleiben und zwar während der
Wiederstartoperation.
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Ferner
wurden in den letzten Jahren Maschinen-Automatik-Stopp/Wiederstart-Systeme für Automobile
entwickelt, die auch als Eco-Fahrsysteme bezeichnet werden, und
zwar zu dem Zweck der Umweltschonung und Energieeinsparung. Die
Eco-Fahrsysteme sind allgemein so konfiguriert, dass die Maschine
automatisch angehalten wird, wenn das Automobil anhält, um auf
die Änderung
eines Verkehrampellichtes zu warten oder aufgrund eines Verkehrsstaus
anhält
(solch ein Anhalten wird auch als Leerlauf-Stopp bezeichnet), wobei dann die Maschine
im Ansprechen auf eine vorbestimmte Wiederstart-Manipulation wieder
gestartet wird.
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Beispielsweise
offenbart die japanische Patenterstveröffentlichung Nummer 2000-145493 ein Eco-Fahrsystem,
bei dem ein Motor-Generator verwendet wird. Bei diesem Eco-Fahrsystem
ist es jedoch erforderlich einen ausreichenden Raum für die Installation
des Motor-Generators sicherzustellen, der einen großen Gesamtrahmen
aufweist; somit ist dieses System lediglich bei Automobilen spezifischer Typen
anwendbar, bei denen solch ein ausreichender Raum vorgesehen werden
kann. Darüber
hinaus wird bei diesem Eco-Fahrsystem das Gesamtgewicht des Automobils
erhöht,
was zu einer Erhöhung
des Brennstoffverbrauches während
der Fahrt führt.
Zusätzlich
ist der Motor-Generator auch sehr kostspielig.
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Die
japanischen Patenterstveröffentlichung Nummer
2003-328907 offenbart ein anderes Beispiel eines Eco-Fahrsystems,
bei dem ein Anlasser vom Riementyp verwendet wird. Es ist jedoch
bei diesem Eco-Fahrsystem erforderlich den Anlasser vom Riementyp
auf der Riemenscheibenseite der Maschine anzuordnen, auf der viele
Maschinenzubehöreinrichtungen
bereits dicht angeordnet sind. Ferner ist es bei der kürzlichen
Entwicklung hinsichtlich der Vielfältigkeit von Automobilsystemen
und der Miniaturisierung und Gewichtseinsparung von Maschinen schwierig
und zwar in Verbindung mit allen Arten von Automobilen und Maschinen
den Anlasser vom Riementyp in den begrenzten Raum auf der Riemenscheibenseite
der Maschine anzuordnen. Zusätzlich kann
es in einigen Fällen
erforderlich sein das gesamte Riemenscheiben-Layout um die Maschine
herum zu ändern
und zwar aufgrund der Verwendung des Anlassers vom Riementyp.
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Ferner
ist es allgemein für
eine Startvorrichtung, die in einem Eco-Fahrsystem verwendet wird, erforderlich
eine Kapazität
zu besitzen, um die Maschine nach einem Leerlauf-Stopp schnell wieder
zu starten, um für
die Passagiere keine Unbequemlichkeiten zu verursachen. Um solch
einer Forderung zu genügen
ist es erforderlich die Getriebe- oder Riemenscheiben-Übersetzungs-
oder Untersetzungsverhältnisse
zwischen der Startvorrichtung und der Maschine basierend auf dem
Drehmoment einzustellen, welches für einen schnellen Wiederstart
der Maschine erforderlich ist und zwar nach einem Leerlauf-Stopp,
um es der Startvorrichtung zu ermöglichen bei einer Spitzenleistung
zu arbeiten und somit zu verhindern, dass die Startvorrichtung zu
groß ausgelegt
wird. Es kann jedoch bei einem Getriebe- oder Riemenscheiben-Verhältnis, welches
basierend auf den Drehmoment eingestellt wird, das für einen schnellen
Wiederstart der Maschine nach einem Leerlauf-Stopp gefordert wird,
unmöglich
sein, dass die Startvorrichtung die Maschine startet, wenn das erforderliche
Drehmoment zum Starten der Maschine hoch ist wie beispielsweise
bei einem Kaltstartzustand der Maschine aufgrund des Fehlens von
Energie.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die oben beschriebenen
Umstände
entwickelt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Maschinenstartsystem
zu schaffen, welches eine Maschine schnell starten kann, wenn das
zum Starten der Maschine erforderliche Drehmoment niedrig ist, ohne
dabei Geräusche
zu erzeugen und mit der Fähigkeit
in zuverlässiger
Weise die Maschine zu starten, wenn das Drehmoment, welches zum Starten
der Maschine erforderlich ist, hoch ist.
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Ein
anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines Maschinenstartsystems, welches eine hohe Flexibilität bei der
Installation besitzt und kostengünstig
ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Maschinenstartsystem geschaffen, welches einen ersten
Anlasser, einen zweiten Anlasser und einen Controller enthält.
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Der
erste Anlasser enthält
einen ersten Motor und eine erste Ausgangswelle. Die erste Ausgangswelle
ist konstant mit einer Drehwelle einer Maschine verbunden, so dass
dann, wenn der erste Anlasser aktiviert wird, durch den ersten Motor
ein Drehmoment erzeugt wird, welches auf die Drehwelle der Maschine über die
erste Ausgangswelle zum Starten der Maschine übertragen wird.
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Der
zweite Anlasser enthält
einen zweiten Motor und eine zweite Ausgangswelle. Der zweite Anlasser
ist in solcher Weise konfiguriert, dass dann, wenn der zweite Anlasser
aktiviert wird, die zweite Ausgangswelle in Verbindung mit der Drehwelle
der Maschine gebracht wird und ein Drehmoment, welches von dem zweiten
Motor erzeugt wird, dadurch auf die Drehwelle der Maschine über die
zweite Ausgangswelle zum Starten der Maschine übertragen wird.
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Der
Controller arbeitet in solcher Weise, dass er den Start der Maschine
steuert, und zwar durch selektives Aktivieren von entweder einem
der Anlasser oder von beiden Anlassern gemäß dem ersten und dem zweiten
Anlasser gemäß einem
Startzustand der Maschine.
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Bei
der zuvor erläuterten
Konfiguration ist es für
das Maschinenstartsystem möglich
ein Drehmoment zu liefern, welches zum Starten der Maschine erforderlich
ist, und zwar in einem weiten Bereich, so dass dadurch ein zuverlässiger Start
der Maschine bei verschiedenen Startbedingungen der Maschine ermöglicht wird.
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Wenn
ferner das zum Starten der Maschine erforderliche Drehmoment niedrig
ist, ist es für
das Maschinenstartsystem möglich
schnell die Maschine zu starten und zwar durch Aktivieren von lediglich dem
ersten Anlasser, da die erste Ausgangswelle konstant mit der Drehwelle
der Maschine verbunden ist. Darüber
hinaus wird es für
das Maschinenstartsystem möglich
ruhig zu bleiben und zwar während der
Startoperation, da keine Geräusche
erzeugt werden, um die Verbindung zwischen der ersten Ausgangswelle
und der Drehwelle der Maschine herzustellen. Zusätzlich überträgt der zweite Anlasser keine
Last auf den ersten Anlasser, da die zweite Ausgangswelle nicht
mit der Drehwelle der Maschine verbunden ist. Wenn auf der anderen
Seite das Drehmoment, welches zum Starten der Maschine erforderlich ist,
hoch ist, wird es für
das Maschinenstartsystem möglich
in zuverlässiger
Weise die Maschine durch Aktivieren von wenigstens dem zweiten Anlasser
zu starten.
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Ferner
besitzt das Maschinenstartsystem eine geringere Größe und ist
weniger kostspielig und zwar im Vergleich mit einem Motor-Generator,
wie dieser in der japanischen Patenterstveröffentlichung Nummer 2000-145493
offenbart ist. Darüber
hinaus kann das Maschinenstartsystem eine größere Flexibilität aufweisen
und zwar bei der Installation im Vergleich zu einem Anlasser vom
Riementyp, wie dieser in der japanischen Patenterstveröffentlichung
Nummer 2003-328907 offenbart ist.
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In
bevorzugter Weise ist bei dem Maschinenstartsystem ein erstes Drehzahluntersetzungsverhältnis, welches
ein Drehzahlgeschwindigkeitsverhältnis
des ersten Motors zur Drehwelle der Maschine ist, kleiner als ein
zweites Drehzahluntersetzungsverhältnis, welches ein Drehzahlgeschwindigkeitsverhältnis des
zweiten Motors zur Drehwelle der Maschine darstellt.
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In
bevorzugterer Weise liegt das erste Drehzahluntersetzungsverhältnis in
dem Bereich von 15 bis 30 und das zweite Drehzahluntersetzungsverhältnis ist
größer als
oder gleich mit 35.
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Gemäß einer
weiteren Implementierung der vorliegenden Erfindung enthält der erste
Anlasser ferner ein erstes Kleinzahnrad, welches auf der ersten
Ausgangswelle montiert ist und welches konstant in Kämmeingriff
mit einem Ringzahnrad steht, welches auf der Drehwelle der Maschine
montiert ist, und der zweite Anlasser enthält ferner ein zweites Kleinzahnrad,
welches auf der zweiten Ausgangswelle montiert ist und in Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad bringbar ist, und enthält eine Betätigungsvorrichtung, die so
konfiguriert ist, um das zweite Kleinzahnrad in Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad zu bringen, wenn der zweite Anlasser aktiviert
wird.
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Ferner
kann die Betätigungsvorrichtung
des zweiten Anlassers mit einem Solenoid-Schalter und einem Schiebehebel
konfiguriert sein.
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In
bevorzugter Weise enthält
der erste Anlasser eine erste Einwegkupplung, die zwischen dem ersten
Motor und dem ersten Kleinzahnrad vorgesehen ist, um das von dem
ersten Motor erzeugte Drehmoment auf das erste Kleinzahnrad zu übertragen und
um zu verhindern, dass jegliches umgekehrte Drehmoment von dem ersten
Kleinzahnrad auf den ersten Motor übertragen wird.
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Es
ist auch zu bevorzugen, dass der zweite Anlasser ferner eine zweite
Einwegkupplung enthält, die
zwischen dem zweiten Motor und dem zweiten Kleinzahnrad vorgesehen
ist, um das von dem zweiten Motor erzeugte Drehmoment auf das zweite Kleinzahnrad
zu übertragen
und um zu verhindern, dass ein gegenläufiges Drehmoment von dem zweiten
Kleinzahnrad auf den zweiten Motor übertragen wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Maschinenstartsystem zum Starten
einer Maschine eines Automobils ausgelegt.
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Wenn
es erforderlich wird die Maschine nach einem Leerlauf-Stopp der
Maschine wieder zu starten, aktiviert der Controller lediglich den
ersten Anlasser, um die Maschine wieder zu starten.
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Wenn
ein Zündschalter
des Automobils von aus nach ein geschaltet wird, aktiviert der Controller lediglich
den zweiten Anlasser, um die Maschine zu starten. Der Controller
kann sowohl den ersten als auch den zweiten Anlasser aktivieren,
um die Maschine zu starten, wenn der Zündschalter des Automobils von
aus nach ein geschaltet wird.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung ist der Controller so konfiguriert, um zuerst ein
Drehmoment festzulegen, welches zum Starten der Maschine erforderlich
ist, und um dann einen oder beide Anlasser gemäß dem ersten und dem zweiten
Anlasser basierend auf dem bestimmten Drehmoment zu aktivieren.
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Wenn
das ermittelte Drehmoment kleiner ist als ein erster Bezugswert,
aktiviert der Controller lediglich den ersten Anlasser, um die Maschine
zu starten.
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Wenn
das ermittelte Drehmoment größer ist als
oder gleich ist mit dem ersten Bezugswert und kleiner ist als ein
zweiter Bezugswert, aktiviert der Controller lediglich den zweiten
Anlasser, um die Maschine zu starten.
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Wenn
das ermittelte Drehmoment größer ist als
oder gleich ist mit dem zweiten Bezugswert, aktiviert der Controller
sowohl den ersten als auch den zweiten Anlasser zum Starten der
Maschine.
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Bei
dem Maschinenstartsystem kann der erste Motor eine Nennleistung
besitzen, die niedriger ist als diejenige des zweiten Motors.
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In
bevorzugter Weise wird das Maschinenstartsystem an einer Maschine
installiert und zwar in solcher Weise, dass dann, wenn man entlang
einer axialen Richtung der Drehwelle der Maschine blickt, der erste
und der zweite Anlasser jeweils auf beiden Seiten einer Zentrumslinie
der Maschine positioniert ist, die durch ein Zentrum der Drehwelle
der Maschine hindurch verläuft.
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Noch
bevorzugter kann das Maschinenstartsystem so an einer Maschine installiert
sein, dass dann, wenn man entlang der axialen Richtung der Drehwelle
der Maschine blickt, der erste und der zweite Anlasser symmetrisch
in Bezug auf die Zentrumslinie der Maschine positioniert sind, welche durch
das Zentrum der Drehwelle der Maschine verläuft.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung kann vollständiger anhand der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung und anhand der beigefügten Zeichnungen von bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung verstanden werden, wobei jedoch darauf hingewiesen sei,
dass diese nicht im Sinne einer Einschränkung der Erfindung auf die
spezifischen Ausführungsformen
zu interpretieren sind, sondern lediglich dem Zwecke der Erläuterung
und des Verständnisses
dienen.
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In
den beigefügten
Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Maschinenstartsystems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wiedergibt; und
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2 eine
schematische Ansicht, welche die Installation des Maschinenstartsystems
von 1 an einer Maschine veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun im Folgenden unter Hinweis
auf die 1 bis 2 beschrieben.
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[Erste Ausführungsform]
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1 zeigt
die Gesamtkonfiguration eines Maschinenstartsystems S1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung, welche so ausgelegt ist, um eine Brennkraftmaschine 1 eines
Automobils zu starten.
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Wie
in 1 gezeigt ist, enthält das Maschinenstartsystem
S1 einen ersten Anlasser 2, einen zweiten Anlasser 3 und
eine elektronische Steuereinheit (ECU) 4.
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Der
erste Anlasser 2 besteht aus einem Konstant-Kämmeingriff-Typ.
Der erste Anlasser 2 enthält hauptsächlich eine Ausgangswelle 2a,
ein Kleinzahnrad 7, einen Motor 8, eine Drehzahluntersetzungsvorrichtung 9,
eine Kupplung 10 und ein Relais 11.
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Das
Kleinzahnrad 7 ist auf der Ausgangswelle 2a montiert
und befindet sich konstant in Kämmeingriff
mit einem Ringzahnrad 6, welches auf einer Drehwelle 5 der
Maschine 1 montiert ist.
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Der
Motor 8, der aus einem gewöhnlichen Gleichstrommotor besteht,
ist so konfiguriert, um ein Drehmoment über eine Ankerwelle 8a desselben auszugeben,
wenn elektrische Energie von einer Batterie 12 aus zugeführt wird.
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Die
Drehzahluntersetzungsvorrichtung 9, die von einem epizyklischen
Typ sein kann, ist zwischen dem Motor 8 und die Kupplung 10 eingefügt, um das Drehmoment, welches
von der Ankerwelle 8a des Motors 8 ausgegeben
wird, auf das Kleinzahnrad 7 zu übertragen, wobei eine Hochgeschwindigkeitsumdrehung
der Ankerwelle 8a in eine niedrige Drehzahl des Kleinzahnrades 7 umgewandelt
wird.
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Die
Kupplung 10 ist zwischen der Drehzahluntersetzungsvorrichtung 9 und
dem Kleinzahnrad 7 eingefügt. Die Kupplung 10 besteht
aus einer Einwegkupplung, so dass diese das Drehmoment, welches
von der Ankerwelle 8a des Motors 8 ausgegeben
wird, auf das Kleinzahnrad 7 übertragen kann, jedoch verhindern
kann, dass ein entgegengesetztes oder gegenläufiges Drehmoment von dem Kleinzahnrad 7 auf
die Ankerwelle 8a übertragen
wird.
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Das
Relais 11 ist elektrisch zwischen dem Motor 8 und
der Batterie 12 geschaltet, so dass die ECU 4 die
elektrische Energie steuern kann, die von der Batterie 12 zu
dem Motor 8 übertragen
wird und zwar durch Steuern des Ein/Aus-Betriebes des Relais 11.
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Auf
der anderen Seite besteht der zweite Anlasser 3 aus einem
elektromagnetischen Stoß-Eingrifftyp.
Der zweite Anlasser 3 enthält hauptsächlich eine Ausgangswelle 3a,
ein Kleinzahnrad 13, einen Motor 14, eine Drehzahluntersetzungsvorrichtung 15,
eine Kupplung 16, einen Schiebehebel 17 und einen
Solenoid-Schalter 18.
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Das
Kleinzahnrad 13 ist auf der Ausgangswelle 3a montiert
und kann in Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad 6 gebracht werden, welches auf der Drehwelle 5 der
Maschine 1 montiert ist.
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Der
Motor 14, welcher identisch mit dem Motor 8 des
ersten Anlassers 2 sein kann, ist so konfiguriert, dass
dieser ein Drehmoment über
eine Ankerwelle 14a desselben ausgibt, wenn elektrische
Energie von der Batterie 12 diesem zugeführt wird.
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Die
Drehzahluntersetzungsvorrichtung 15, die von einem epizyklischen
Typ sein kann, ist zwischen dem Motor 14 und der Kupplung 16 eingefügt, um das
Drehmoment, welches von der Ankerwelle 14a des Motors 14 ausgegeben
wird, auf das Kleinzahnrad 13 zu übertragen, wobei eine Hochdrehzahlumdrehung
der Ankerwelle 14a in eine Niedrigdrehzahlumdrehung des
Kleinzahnrades 13 umgewandelt wird.
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Die
Kupplung 16 ist zwischen der Drehzahluntersetzungsvorrichtung 15 und
dem Kleinzahnrad 13 eingefügt. Die Kupplung 16 besteht
aus einer Einwegkupplung, die ein Drehmoment, welches von der Ankerwelle 14a des
Motors 14 ausgegeben wird, auf das Kleinzahnrad 13 übertragen
kann, jedoch die Fähigkeit
hat zu verhindern, dass ein umgekehrtes Drehmoment von dem Kleinzahnrad 13 auf
die Ankerwelle 14a übertragen
wird.
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Der
Solenoid-Schalter 18 enthält einen Solenoid, einen Tauchkolben,
einen Satz von Hauptkontakten und eine Rückholfeder, die alle in 1 nicht dargestellt
sind. Der Solenoid ist so konfiguriert, um einen Elektromagneten
zu bilden, wenn diesem elektrische Energie von der Batterie 12 unter
der Steuerung der ECU 4 zugeführt wird. Der Elektromagnet zieht
den Tauchkolben an, so dass sich dieser bewegt um die Hauptkontakte
zu schließen,
die zwischen dem Motor 14 und der Batterie 12 angeordnet sind,
wodurch dann elektrische Energie dem Motor 14 zugeführt wird.
Die Rückholfeder
holt den Tauchkolben in seine Anfangsposition zurück, wenn
die elektrische Energie, die dem Solenoid zugeführt wird, unterbrochen oder
angehalten wird.
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Der
Schiebehebel 17 besitzt ein Ende, welches mit dem Tauchkolben
des Solenoid-Schalters 18 verbunden ist, und besitzt ein
anderes Ende, welches mit der Kupplung 16 verbunden ist,
so dass die Bewegung des Tauchkolbens auf die Kupplung 16 und
das Kleinzahnrad 13 über
den Schiebehebel 17 übertragen
wird. Spezifischer ausgedrückt,
wenn der Tauchkolben sich in 1 in einer
Richtung nach rechts hin bewegt, um die Hauptkontakte zu schließen, werden
die Kupplung 16 und das Kleinzahnrad 13 durch
den Schiebehebel 17 angestoßen, um sich in einer Richtung
nach links in 1 zu bewegen, wodurch dann das
Kleinzahnrad 13 in Kämmeingriff mit
dem Ringzahnrad 6 gebracht wird. Wenn sich im Gegensatz
dazu der Tauchkolben in einer Richtung nach links in 1 bewegt,
um die Hauptkontakte zu öffnen,
werden die Kupplung 12 und das Kleinzahnrad 13 durch
den Schiebehebel 17 gezogen, um sich in einer Richtung nach
rechts in 1 zu bewegen, wodurch dann das
Kleinzahnrad 13 aus dem Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad 6 freigegeben wird.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
sind der Motor 8 des ersten Anlassers 2 und der
Motor 14 des zweiten Anlassers 3 zueinander identisch
und haben somit die gleichen Performance-Eigenschaften. Jedoch ist
ein erstes Drehzahluntersetzungsverhältnis, welches ein Drehzahluntersetzungsverhältnis der
Ankerwelle 8a des Motors 8 zu dem Ringzahnrad 6 wiedergibt,
so eingestellt, dass es kleiner ist als ein zweites Drehzahluntersetzungsverhältnis, welches
ein Drehzahluntersetzungsverhältnis
der Ankerwelle 14a des Motors 14 zu dem Ringzahnrad 6 darstellt.
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Spezifischer
ausgedrückt
kann das erste Drehzahluntersetzungsverhältnis berechnet werden durch
R9 X Nt6/Nt7, worin R9 das Drehzahluntersetzungsverhältnis der
Drehzahluntersetzungsvorrichtung 9 ist, Nt6 die Anzahl
der Zähne
des Ringzahnrades 6 bedeutet und Nt7 die Zahl der Zähne des
Kleinzahnrades 7 bedeutet. Das erste Drehzahluntersetzungsverhältnis wird
in einem Bereich von 15 bis 30 eingestellt, so dass der Motor 8 des
ersten Anlassers 2 die Möglichkeit erhält bei einer
Spitzenleistung zu arbeiten, wenn das zum Starten der Maschine 1 erforderliche
Drehmoment niedrig ist, also in einem Fall gemäß einem Wiederstart der Maschine 1 nach
einem Leerlauf-Stopp.
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Auf
der anderen Seite kann das zweite Drehzahluntersetzungsverhältnis berechnet
werden durch R15 X Nt6/Nt13, wobei R15 das Drehzahluntersetzungsverhältnis der
Drehzahluntersetzungsvorrichtung 15 ist und Nt13 die Zahl
der Zähne
an dem Kleinzahnrad 13 bedeutet. Das zweite Drehzahluntersetzungsverhältnis wird
so eingestellt, dass es größer ist
als oder gleich ist 35, so dass der Motor 14 des
zweiten Anlassers 3 die Möglichkeit erhält bei einer
Spitzenleistung zu arbeiten, wenn das zum Starten der Maschine 1 erforderliche
Drehmoment hoch ist, was bei einem Kaltstartzustand der Maschine 1 der
Fall ist.
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Die
ECU 4 ist so konfiguriert, um den Start der Maschine 1 durch
selektives Aktivieren von einem der Anlasser oder von beiden der
Anlasser gemäß dem ersten
und dem zweiten Anlasser 2 und 4 basierend auf
dem Drehmoment, welches zum Starten der Maschine 1 erforderlich
ist, zu steuern.
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Spezifischer
ausgedrückt
bestimmt bei der vorliegenden Ausführungsform die ECU 4 das
Drehmoment, welches zum Starten der Maschine 1 erforderlich
ist, basierend auf einem Kühlwassertemperatur-Signal
und einem Öltemperatursignal,
die jeweils von einem Kühlwassertemperatursensor
(nicht gezeigt) und einem Öltemperatursensor
(nicht gezeigt) geliefert werden. Wenn das vorbestimmte Drehmoment
kleiner ist als ein erster Bezugswert wie beispielsweise im Falle
eines Wiederstarts der Maschine 1 nach einem Leerlauf-Stopp,
aktiviert die ECU lediglich den ersten Anlasser 2 zum Starten
der Maschine 1. Wenn ansonsten das ermittelte Drehmoment
größer ist
als oder gleich ist mit dem ersten Bezugswert, jedoch kleiner ist
als ein zweiter Bezugswert, aktiviert die ECU 4 lediglich
den zweiten Anlasser 3 zum Starten der Maschine 1.
Wenn ferner das ermittelte Drehmoment größer ist als oder gleich ist mit
dem zweiten Bezugswert wie beispielsweise bei einem Kaltstartzustand,
bei dem die Umgebungstemperatur sehr niedrig ist und somit die Reibung
in der Maschine sehr hoch ist, und in einem Heißstartzustand, bei welchem
die Öltemperatur
sehr hoch ist und somit der Riemenwiderstand (sling resistance) sehr
hoch ist, aktiviert ECU 4 sowohl den ersten als auch den
zweiten Anlasser 2 und 3 zum Starten der Maschine 1.
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Nachdem
die Gesamtkonfiguration des Maschinenstartsystems S1 beschrieben
wurde, wird im Folgenden die Betriebsweise desselben beschrieben.
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Wie
oben dargelegt wurde, ermittelt die ECU 4 zuerst das Drehmoment,
welches zum Starten der Maschine 1 erforderlich ist. Dann
verläuft
der Betrieb abhängig
von dem ermittelten Drehmoment zu einem der folgenden Schritte A
bis B.
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A)
Wenn das ermittelte Drehmoment kleiner ist als der erste Bezugswert,
aktiviert die ECU 4 lediglich den ersten Anlasser 2 zum
Starten der Maschine 1.
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Spezifischer
ausgedrückt
schließt
die ECU das Relais 11, so dass elektrische Energie von
der Batterie 12 zu dem Motor 8 zum Erzeugen des
Drehmoments zugeführt
wird. Das von der Ankerwelle 8a ausgegebene Drehmoment
des Motors 8 wird dann auf das Kleinzahnrad 7 über die
Drehzahluntersetzungsvorrichtung 9 und die Kupplung 10 übertragen. Da
das Kleinzahnrad 7 konstant in Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad 6 steht,
wird das Drehmoment weiter auf das Ringzahnrad 6 übertragen,
wodurch dann die Maschine 1 gestartet wird.
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Da
in diesem Fall das Kleinzahnrad 13 des zweiten Anlassers 3 nicht
in Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad 6 steht, erfolgt auch keine Drehmomentübertragung
von dem Ringzahnrad 6 auf das Kleinzahnrad 13.
Mit anderen Worten überträgt der zweite
Anlasser 3 keinerlei Last auf ersten Anlasser 2.
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B)
Wenn das ermittelte Drehmoment größer ist als oder gleich ist
mit dem ersten Bezugswert, jedoch kleiner ist als der zweite Bezugswert,
aktiviert die ECU 4 lediglich den zweiten Anlasser 3 zum
Starten der Maschine 1.
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Spezifischer
ausgedrückt
schließt
die ECU 4 einen Schalter (nicht gezeigt), der elektrisch
zwischen dem Solenoid des Solenoid-Schalters 18 und der
Batterie 12 geschaltet ist, so dass elektrische Energie
von der Batterie 12 zu dem Solenoid zugeführt wird,
um den Elektromagneten zu bilden. Der Elektromagnet zieht dann den
Tauchkolben des Solenoid-Schalters 18 an, um die Hauptkontakte
zu schließen,
wodurch dann elektrische Energie von der Batterie 12 zu
dem Motor 14 zugeführt
wird. Zur gleichen Zeit mit der Bewegung des Tauchkolbens wird das Kleinzahnrad 13 in
Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad 6 gebracht. Demzufolge wird das Drehmoment, welches
von der Ankerwelle 14a des Motors 14 ausgegeben
wird, auf das Ringzahnrad 6 über das Kleinzahnrad 13 übertragen,
wodurch dann die Maschine 1 gestartet wird.
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Da
in diesem Fall das Kleinzahnrad 7 des ersten Anlassers 2 konstant
in Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad 6 steht, dreht sich das Kleinzahnrad 7 zusammen
mit dem Ringzahnrad 6; mit anderen Worten erfolgt hier
eine Drehmomentübertragung von
dem Ringzahnrad 6 auf das Kleinzahnrad 7. Da jedoch
die Einwegkupplung 10 zwischen dem Kleinzahnrad 7 und
der Drehzahluntersetzungsvorrichtung 9 vorgesehen ist,
erfolgt keine weitere Drehmomentübertragung
von dem Kleinzahnrad 7 auf die Drehzahluntersetzungsvorrichtung 9.
Demzufolge ist das Drehmoment, welches von dem Ringzahnrad 6 auf
das Kleinzahnrad 7 übertragen
wird, sehr niedrig; mit anderen Worten überträgt der erste Anlasser 2 auf
den zweiten Anlasser 3 nur eine sehr kleine Last, die kaum
den Startvorgang beeinflussen kann.
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C)
Wenn das ermittelte Drehmoment größer ist als oder gleich ist
mit dem zweiten Bezugswert, aktiviert die ECU 4 sowohl
den ersten als auch den zweiten Anlasser 2 und 3,
um die Maschine 1 zu starten.
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Spezifischer
ausgedrückt
schließt
die ECU 4 sowohl das Relais 11 des ersten Anlassers 2 als
auch den Schalter, der zwischen dem Solenoid des Solenoid-Schalters 18 und
dem zweiten Anlasser 3 und der Batterie 12 vorgesehen
ist, so dass elektrische Energie sowohl dem Motor 8 als
auch dem Solenoid des Solenoid-Schalters 18 zugeführt wird.
Die dem Solenoid des Solenoid-Schalters 18 zugeführte elektrische
Energie veranlasst ferner den Motor 14, dass dieser elektrische
Energie erhält
und dass das Kleinzahnrad 13 in Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad 6 gebracht
wird. Demzufolge werden die Drehmomente, die von den Motoren 8 und 14 ausgegeben
werden, auf das Ringzahnrad 6 jeweils über die Kleinzahnräder 7 und 13 übertragen,
wodurch dann die Maschine 1 gestartet wird.
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Das
zuvor beschriebene Maschinenstartsystem S1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat
die folgenden Vorteile.
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Bei
dem Maschinenstartsystem S1 sind zwei Anlasser unterschiedlichen
Typs vorgesehen. Der erste Anlasser 2 besteht aus einem
Konstant-Kämmeingriff-7yp
und der zweite Anlasser 3 besteht aus einem elektromagnetischen Stoß-in-Kämmeingriff-Typ. Die ECU 4 steuert
den Start der Maschine 1 indem sie selektiv einen oder beide Anlasser
gemäß dem ersten
und dem zweiten Anlasser 2 und 3 basierend auf
dem Drehmoment aktiviert, welches zum Starten der Maschine 1 erforderlich
ist.
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Bei
solch einer Konfiguration ist es für das Maschinenstartsystem
S1 möglich
ein Drehmoment zu liefern, welches zum Starten der Maschine 1 erforderlich
ist, und zwar in einem weiten Bereich, so dass dadurch der Start
der Maschine 1 bei verschiedenen Startbedingungen der Maschine 1 zuverlässig erfolgen
kann.
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Da
ferner der erste Anlasser 2 vom Konstant-Kämmeingriff-Typ
ist, ist es für
das Maschinenstartsystem S1 möglich
die Maschine 1 nach einem Leerlauf-Stopp durch Aktivieren
des ersten Anlassers 2 schnell wieder zu starten, und zwar
selbst dann, wenn die Maschine 1 nicht vollständig angehalten
wurde und somit das Ringzahnrad 6 sich noch dreht. Da darüber hinaus
keine Geräuschentwicklung in
Verbindung mit der Herstellung des Kämmeingriffes zwischen dem Kleinzahnrad 7 und
dem Ringzahnrad 6 auftritt, ist es für das Maschinenstartsystem
S1 möglich
während
der Wiederstartoperation ruhig zu bleiben. Da zusätzlich der
zweite Anlasser 3 von einem elektromagnetischen Stoß-in-Kämmeingriff-Typ
ist, überträgt dieser
keine Last auf den ersten Anlasser 2, wenn lediglich der
erste Anlasser 2 zum Starten der Maschine 1 aktiviert
wird.
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Das
Maschinenstartsystem S1 besitzt eine geringere Größe und ist
auch weniger kostspielig und zwar im Vergleich mit einem Motor-Generator,
wie er beispielsweise in der japanischen Patenterstveröffentlichung
Nummer 2000-145493 offenbart ist. Da darüber hinaus das Ringzahnrad 6 an
irgendeiner Position auf der Drehwelle 5 der Maschine 1 montiert ist,
besitzt das Maschinenstartsystem S1 eine größere Flexibilität hinsichtlich
der Installation und zwar im Vergleich zu einem Anlasser vom Riementyp,
wie er in der japanischen Patenterstveröffentlichung Nummer 2003-328907
offenbart ist.
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Bei
dem Maschinenstartsystem S1 wird das erste Drehzahluntersetzungsverhältnis so
eingestellt, dass es kleiner ist als das zweite Drehzahluntersetzungsverhältnis, um
es sowohl dem Motor 8 als auch dem Motor 14 zu
ermöglichen
bei einer Spitzenleistung zu arbeiten.
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Spezifischer
ausgedrückt
wird das erste Drehzahluntersetzungsverhältnis, welches das Drehzahlverhältnis des
Motors 8 des ersten Anlassers 2 zu dem Ringzahnrad 6 wiedergibt,
so eingestellt, dass es in dem Bereich von 15 bis 30 liegt, so dass dann,
wenn das zum Starten der Maschine 1 erforderliche Drehmoment
niedrig ist und somit lediglich der erste Anlasser 2 aktiviert
wird, der Motor 8 bei einer Spitzenleistung arbeiten kann.
Demzufolge wird es möglich
die Fähigkeit
des ersten Anlassers 2 zum Starten der Maschine 1 sicherzustellen
und zwar bei gleichzeitiger Minimierung der Größe des Motors 8.
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Anderseits
wird das zweite Drehzahluntersetzungsverhältnis, welches das Drehzahlverhältnis des
Motors 14 des zweiten Anlassers 3 zu dem Ringzahnrad 6 wiedergibt,
so eingestellt, dass es größer ist
als oder gleich ist mit 35, so dass dann, wenn das zum
Starten der Maschine 1 erforderliche Drehmoment hoch ist
und somit der zweite Anlasser 3 aktiviert wird, der Motor 14 bei
einer Spitzenleistung arbeiten kann. Es wird demzufolge möglich die
Fähigkeit
des zweiten Anlassers 3 zum Starten der Maschine 1 sicher
zu stellen und zwar gleichzeitig unter Minimierung der Größe des Motors 14.
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Bei
dem Maschinenstartsystem S1 ist die Einwegkupplung 10 zwischen
dem Kleinzahnrad 7 und dem Motor 8 des ersten
Anlassers 2 vorgesehen.
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Mit
Hilfe der Einwegkupplung 10 ist es möglich die Drehmomentübertragung
von dem zweiten Anlasser 3 auf den ersten Anlasser 2 über das
Ringzahnrad 6 zu minimieren, wenn lediglich der zweite Anlasser 3 zum
Starten der Maschine 1 aktiviert wird. Es wird demzufolge
möglich
die Fähigkeit
des zweiten Anlassers 2 zum Starten der Maschine 1 sicherzustellen
und zwar ohne eine Erhöhung
der Energiekapazität
und somit der Kosten des Motors 14 des zweiten Anlassers 3.
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[Zweite Ausführungsform]
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Diese
Ausführungsform
veranschaulicht einen Betrieb des Maschinenstartsystems S1, der
von dem Betrieb gemäß der ersten
Ausführungsform
verschieden ist.
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Wie
bereits an früherer
Stelle beschrieben wurde ist bei der ersten Ausführungsform ECU 4 so konfiguriert,
um zuerst das Drehmoment zu bestimmen, welches zum Starten der Maschine 1 erforderlich
ist und um dann selektiv einen oder beide der Anlasser gemäß dem ersten
und dem zweiten Anlasser 2 und 3 basierend auf
dem ermittelten Drehmoment zu aktivieren.
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Im
Vergleich zur ersten Ausführungsform
ist die ECU 4 so konfiguriert, um einen oder mehrere Anlasser
gemäß dem ersten
und dem zweiten Anlasser 2 und 3 zu aktivieren
und zwar ohne Ermittlung des Drehmoments, welches zum Starten der
Maschine 1 erforderlich ist.
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Spezifischer
ausgedrückt,
wenn es erforderlich wird die Maschine 1 nach einem Leerlauf-Stopp wieder
zu starten, aktiviert die ECU 4 lediglich den ersten Anlasser 2 im
Ansprechen auf eine vorbestimmte Wiederstart-Manipulation. In diesem
Fall interpretiert die ECU 4 die vorbestimmte Wiederstart-Manipulation
so als ob das momentan zum Starten der Maschine 1 erforderliche
Drehmoment niedrig ist, basierend auf der Tatsache, dass das zum Wiederstarten
der Maschine 1 erforderliche Drehmoment nach einem Leerlauf-Stopp
im Allgemeinen niedrig ist.
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Da,
wie bereits an früherer
Stelle beschrieben wurde, in diesem Fall das Kleinzahnrad 7 des ersten
Anlassers 2 konstant in Kämmeingriff mit dem Ringzahnrad 6 steht,
wird es für
den ersten Anlasser 2 möglich
die Maschine 1 nach dem Leerlauf-Stopp schnell wieder zu starten. Da
darüber
hinaus keine Geräuschentwicklung
bei der Herstellung des Kämmeingriffes
zwischen dem Kleinzahnrad 7 und dem Ringzahnrad 6 auftritt,
wird es für
den ersten Anlasser 2 möglich
und damit auch für
das gesamte Maschinenstartsystem S1 während der Wiederstartoperation
ruhig zu bleiben.
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Wenn
auf der anderen Seite die Zündung des
Automobils von aus nach ein geschaltet wird, aktiviert die ECU 4 lediglich
den zweiten Anlasser 3. In diesem Fall interpretiert die
ECU 4 die Einschaltoperation des Zündschalters in solcher Weise,
dass das momentan zum Starten der Maschine 1 erforderliche Drehmoment
hoch ist, basierend auf der Tatsache, dass das zum Starten der Maschine 1 erforderliche Drehmoment
im Ansprechen auf eine Einschaltoperation des Zündschalters im Allgemeinen
hoch ist.
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Im
Allgemeinen wird ein Start der Maschine 1 im Ansprechen auf eine
Einschaltoperation des Zündschalters
lediglich einmal beim Beginn oder Antritt einer Reise durchgeführt und
es ist nicht erforderlich diesen Start so schnell wie bei dem Wiederstart der
Maschine 1 nach dem Leerlauf-Stopp durchzuführen. Es
ist daher in diesem Fall möglich,
dass das Maschinenstartsystem S1 in zuverlässiger Weise die Maschine 1 startet
und zwar lediglich durch Aktivieren des zweiten Anlassers 3.
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Zusätzlich kann
die ECU 4 auch so konfiguriert werden, um sowohl den ersten
als auch den zweiten Anlasser 2 und 3 im Ansprechen
auf eine Einschaltoperation des Zündschalters zu aktivieren. In
diesem Fall liefert der erste Anlasser 2 Energie zum Unterstützen des
zweiten Anlassers 3, wodurch noch zuverlässiger die
Maschine 1 gestartet wird und zwar ohne Erhöhen der
Leistungskapazität
und somit der Kosten des zweiten Anlassers 3.
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[Dritte Ausführungsform]
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Diese
Ausführungsform
veranschaulicht eine Installation des Maschinenstartsystems S1 an
der Maschine 1.
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Gemäß 2 wird
bei dieser Ausführungsform
das Maschinenstartsystem S1 an der Maschine 1 in solcher
Weise installiert, dass dann, wenn man entlang einer axialen Richtung
der Drehwelle 5 der Maschine 1 blickt, der erste
und der zweite Anlasser 2 und 3 symmetrisch in
Bezug auf eine Zentrumslinie A-A der Maschine 1 positioniert
sind, welche Linie durch das Zentrum O der Drehwelle 5 der
Maschine 1 verläuft.
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Da
in diesem Fall der erste und der zweite Anlasser 2 und 3 mit
einer guten Abgeglichenheit in Bezug auf die Maschine 1 angeordnet
sind, ergibt sich keine unnötige
Last, die auf die Maschine 1 aufgebracht wird. Demzufolge
wird es möglich
die Maschine 1 stabil zu halten, wodurch effektiv Vibrationen
der Maschine 1 unterdrückt
werden.
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Obwohl
die obigen speziellen Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, sei für Fachleute,
welche den Gegenstand der Erfindung praktizieren und für Fachleute
darauf hingewiesen, dass vielfältige
Abwandlungen, Änderungen
und auch Verbesserungen beim Gegenstand der Erfindung vorgenommen
werden können,
ohne jedoch dadurch den Rahmen des offenbarten Erfindungskonzeptes
zu verlassen.
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Beispielsweise
ist bei der ersten Ausführungsform
das Drehzahluntersetzungsverhältnis
so eingestellt, dass es kleiner ist als das zweite Drehzahluntersetzungsverhältnis, während der
Motor 8 des ersten Anlassers 2 und der Motor 14 des
zweiten Anlassers 3 die gleiche Leistungskapazität aufweisen
(zum Beispiel in Ausdrucken der Nennleistung), wodurch beide Motoren
gemäß dem Motor 8 und 14 auf
einer Spitzenleistung arbeiten können.
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Jedoch
kann der Motor 8 des ersten Anlassers 2 eine geringere
Leistungskapazität
aufweisen als der Motor 14 des zweiten Anlassers 3,
wobei das erste und das zweite Drehzahluntersetzungsverhältnis so
eingestellt sein können,
dass sie untereinander gleich sind, wodurch diese dann bei einer
Spitzenleistung arbeiten können.
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Ferner
ist bei der dritten Ausführungsform das
Maschinenstartsystem S1 an der Maschine 1 installiert,
wobei der erste und der zweite Anlasser 2 und 3 symmetrisch
in Bezug auf eine Zentrumslinie A-A der Maschine 1 positioniert
sind.
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Jedoch
kann das Maschinenstartsystem S1 auch an der Maschine 1 in
solcher Weise installiert sein, dass dann, wenn man entlang der
axialen Richtung der Drehwelle 5 der Maschine 1 blickt,
der erste und der zweite Anlasser 2 und 3 auf
beiden Seiten der Zentrumslinie A-A der Maschine 1 jeweils
positioniert sind und zwar nicht symmetrisch in Bezug auf die Zentrumslinie
A-A.
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Derartige
Abwandlungen, Änderungen
und Verbesserungen sind möglich
und diese fallen in den Rahmen der anhängenden Ansprüche.