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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Starter zum Ankurbeln einer
internen Verbrennungsmaschine, wobei der Starter eine Absorptionsvorrichtung
für ein überschüssiges Drehmoment, im
folgenden Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung genannt,
aufweist.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Ein
Beispiel für eine Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung,
die in einem Starter verwendet wird, wird in
JP-A-2005-113816 offenbar.
Ein relevanter Teil dieser Vorrichtung wird in den
15 und
16,
die hier beigefügt sind, gezeigt. Fixierte bzw. feststehende
Scheiben
120 und drehbare Scheiben
110 sind abwechselnd
aufeinander geschichtet, um einen laminierten Körper bzw.
Schichtkörper auszubilden. Der laminierte Körper
ist in einem zylindrischen Gehäuse
100 aufgenommen
und drückt in der Schichtrichtung durch Scheibenfedern
130,
wodurch eine Reibungskraft zwischen den feststehenden Scheiben
120 und
den drehbaren Scheiben
130 gesteuert wird. Der laminierte
Körper, der in dem zylindrischen Gehäuse
100 enthalten
ist, wird in der Laminierrichtung zusammen mit den Scheibenschrauben
130 durch
eine Schraube
140 zusammengedrückt, die an einem
Ende des laminierten Körpers angeordnet ist.
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Innenräder 150,
die mit Planetenzahnrädern eines Planetenzahnraduntersetzungsgetriebes,
das in dem Starter verwendet wird, in Eingriff stehen, sind integral
mit den drehbaren Scheiben 110 ausgebildet. Wenn ein Rotationsdrehmoment,
das einen vorbe stimmten Wert überschreitet, auf die drehbaren Scheiben 110 ausgeübt
wird, drehen sich die drehbaren Scheiben 110 relativ zu
den feststehenden Scheiben 120 gegen die Reibung zwischen
den drehbaren Scheiben 110 und den feststehenden Scheiben 120. Darauf
wird durch diese Vorrichtung ein überschüssiges
Drehmoment absorbiert.
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Bei
der zuvor beschriebenen Vorrichtung ist die Druckkraft der Springfedern 130 auf
eine äußere Peripherie der feststehenden Scheiben 120 und
der drehbaren Scheiben 110 konzentriert, wie durch einen
Pfeil X in 15 angedeutet. Dementsprechend sind
die äußeren Peripherieabschnitte der feststehenden
Scheiben 120 und der drehbaren Scheiben 110 in
engem Kontakt miteinander, wie in 16 gezeigt.
Dies kann ein Festdrehen, bzw. Verklemmen zwischen den feststehenden
Scheiben 120 und den drehbaren Scheiben 110 verursachen,
wodurch ein Schlupfdrehmoment in dem laminierten Körper
instabil wird, was wiederum zu einer verkürzten Lebensdauer
der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung führt.
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Es
gibt noch ein weiteres zu lösendes Problem bei der herkömmlichen Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung.
Nämlich dass der Innenradabschnitt 150 der drehbaren
Scheibe 110 eine Härte aufweisen muss, die vergleichbar
zu den Planetenzahnrädern ist, während ein Kontaktabschnitt zu
deren feststehenden Scheiben 120 eine Härte aufweisen
muss, die vergleichbar mit der der feststehenden Scheiben 120 ist,
die aus einem Material, wie etwa Phosphorbronze, hergestellt sind.
Wenn die drehbare Scheibe, die aus einem Material, wie etwa Kohlenstoff-Stahl
hergestellt ist, wärmebehandelt wird, wird ihre Oberflächenhärte
höher als HV-700, was zu hart für den Kontaktabschnitt
ist.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erwähnten
Probleme gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
es, einen verbesserten Starter mit einer Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
vorzusehen, bei welcher ein laminierter Körper, der feststehende
und drehbare Scheiben enthält, durch ein Federteil gleichförmig
gedrückt wird und ein Schlupfdrehmoment zwischen den drehbaren
Scheiben und den feststehenden Scheiben stabil gehalten wird.
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Der
Starter zum Ankurbeln der internen Verbrennungsmaschine gemäß der
vorliegenden Erfindung ist aus einem elektrischen Motor zur Erzeugung eines
Rotationsdrehmoments, einer Ausgangswelle mit einem Ritzel, das
mit dem Tellerrad der Maschine in Eingriff kommt, einem Planetenraduntersetzungsgetriebe
zum Übertragen des Rotationsdrehmoments des Motors unter
Herabsetzung seiner Drehzahl, einer Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
zum Absorbieren eines überschüssigen Drehmoments,
das erzeugt wird, wenn das Zahnrad mit dem Tellerrad in Eingriff
kommt und der Ankurbelvorgang initiiert wird, und anderen beteiligten
Bauteilen aufgebaut.
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Die Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
enthält fixierte Scheiben und drehbare Scheiben, die abwechselnd
mit den feststehenden Scheiben laminiert bzw. schichtweise angeordnet sind,
wobei ein Schichtkörper ausgebildet wird. Der Schichtkörper
wird in einem zylindrischen Gehäuse mit einem runden rückwärtigen
Endteil aufgenommen. Die fixierten Scheiben und die drehbaren Scheiben
sind ringförmig ausgebildet. Die feststehenden Scheiben
sind fixiert in dem zylindrischen Gehäuse gehalten, während
die drehbaren Scheiben in dem Gehäuse so angeordnet sind,
dass diese die drehbaren Scheiben relativ zu den feststehenden Scheiben drehen
können, wenn auf den Schichtkörper ein Drehmoment
einwirkt, das eine vorbestimmte Reibungskraft übersteigt.
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Die
Reibungskraft des Schichtkörpers wird durch Scheibenfedern
vorgegeben, die den Schichtkörper in der Schichtrichtung
drücken bzw. vorspannen, und die Größe
der Reibungskraft wird durch das Anziehen einer Schraube an dem
vorderen Ende des zylindrischen Gehäuses voreingestellt.
Die Spannkraft der Scheibenfedern wird auf eine Druckplatte ausgeübt,
welche an dem vorderen Ende des Schichtkörpers an einer
bestimmten Position angeordnet, wie etwa dem äußeren
Umfang der feststehenden Scheibe oder an einem Abschnitt, der einen bestimmten
Abstand nach innen von der äußeren Peripherie
aufweist. Falls die Druckkraft bzw. Spannkraft sich an der spezifischen
Position konzentriert, wird der Schichtkörper nicht gleichförmig
gedrückt. Um die Konzentration der Druckkraft zu vermeiden, wird
eine bestimmte Lücke zwischen der Druckplatte und einer
feststehenden Scheibe, die an einem Ende des Schichtkörpers
angeordnet ist, ausgebildet. Diese Lücke wird an einer
Position ausgebildet, bei der die Druckkraft ausgeübt wird.
Somit wird die Druckkraft gleichförmig auf den Schichtkörper
ausgeübt, wodurch eine stabile Reibkraft in dem Schichtkörper realisiert
wird.
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Die
drehende (rotational) Scheibe ist integral mit einem Innenrad des
Planetenraduntersetzungsgetriebes ausgebildet. Das Innenrad, das
mit den Planetenrädern in Eingriff steht, muss eine Härte
aufweisen, die vergleichbar mit der Härte der Planetenräder
ist, während ein Abschnitt, der die feststehende Scheibe
kontaktiert, eine gute Widerstandfähigkeit gegen Abrieb
bzw. Abnutzung aufweisen muss. Um der drehbaren (rotatable) Scheibe
diese Eigenschaften zu verleihen, wird sie einer Weichnitrierung
(soft nitriding) unterzogen. Außerdem wird ein abgrenzten bzw.
geschlossenen Schmiermittelraum in dem zylindrischen Gehäuse
an einem äußeren Peripherabschnitt der drehbaren
Scheiben ausgebildet, um das Schmiermittel länger zu behalten.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird die in der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
eingestellte Reibungskraft stabilisiert und die Lebensdauer der
Vorrichtung verlängert. Andere Aufgaben und Merkmale der
vorliegenden Erfindung werden aus den bevorzugten Ausführungsformen, die
unter Bezugnahme auf die folgende Zeichnung beschrieben wird, besser
ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, wie die Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
und andere Strukturen in ihrer Nähe zeigt;
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Starter mit der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
zeigt;
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4A ist
eine Draufsicht, die eine feststehende Scheibe zeigt, die in der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
verwendet wird;
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4B ist
eine Draufsicht, die eine drehbare Scheibe zeigt, die in der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
verwendet wird;
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5 ist
eine Draufsicht, die ein zylindrisches Gehäuse zeigt, in
welchen der laminierte Körper bzw. Schichtkörper
aus drehbaren und feststehenden Scheiben enthalten ist, wie sie
von der Rückseite des Starters aus gesehen wird;
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6 ist
eine Draufsicht, die ein zylindrisches Gehäuse zeigt, in
welchem ein laminierter Körper bzw. Schichtkörper
aus drehbaren Scheiben und fixierten Scheiben durch eine Schraube
gehalten ist, wie sie von der Vorderseite des Starters aus gesehen wird;
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7 ist
eine schematische Ansicht, die eine Größe eines
Spalts zeigt, der in einer Druckplatte ausgebildet ist, in Relation
zu ihrem Durchmesser;
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8 ist
eine Draufsicht, die einen Abschnitt einer fixierten Scheibe und
eines Bereichs zeigt, der eine drehbare Scheibe kontaktiert;
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Hälfte einer Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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10 ist
eine teilweise Querschnittsansicht, die eine Druckplatte zeigt,
die durch Stanzen ausgebildet ist;
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11 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
gemäß einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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13 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
gemäß einer fünften Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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14 ist
eine teilweise Querschnittsansicht, die eine Eisennitridverbindungsschicht
und eine Stickstoff-diffundierte Schicht zeigt, die auf einer Oberfläche
einer drehbaren Scheibe durch einen Weichnitriervorgang ausgebildet
sind;
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15 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Hälfte einer herkömmlichen Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
zeigt, die in einem Starter verwendet wird; und
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16 ist
eine Teildraufsicht, die eine fixierte Scheibe und einen Bereich
zeigt, der eine drehbare Scheibe in der herkömmlichen Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
kontaktiert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im
Folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 8 beschrieben.
Zunächst Bezug nehmend auf 3 wird dort
eine Gesamtstruktur eines Starters 1 dargestellt, in welcher
eine Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 installiert
ist. Der Starter 1 enthält: einen Elektromotor 2,
der ein Drehmoment erzeugt; ein Planetenraduntersetzungsgetriebe 3 zum
Verringern einer Drehzahl des Elektromotors 2; eine Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 zum
Absorbieren eines überschüssigen Drehmoments bei
einem Startvorgang; eine Ausgangswelle 6, die mit dem Planetenraduntersetzungsgetriebe 3 über
eine Kupplung 5 verbunden ist; ein Ritzel 7, das
auf der Ausgangswelle 6 gelagert ist; und einen elektromagnetischen Schalter 9,
der eine Schaltung zum Einschalten des Elektromotors bildet.
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Der
Elektromotor 2 ist ein bekannter Gleichstrommotor, der
aus einem Joch 10, der den magnetischen Kreis bildet, Feldspulen 11,
die auf dem Joch 10 angeordnet sind, einen Anker 13,
mit einem Kommutator 12, Bürsten 14,
die mit dem Kommutator 12 in leitendem Kontakt stehen und
anderen Bauteilen aufgebaut ist. Es ist möglich an Stelle
der Feldspulen 11 Permanentmagnete zu verwenden. Der Anker 13 enthält
einen Ankerkern 16, der mit einer Ankerwelle 15 verbunden
ist, und Ankerspulen 17, die um den Ankerkern 16 gewickelt
sind, wobei die Ankerspulen bzw. -wicklungen 17 mit Segmenten
verbunden sind, die den Kommutator 12 bilden. Die Ankerwelle 15 wird
durch ein Lager 18, das an einem Endrahmen 19 an
der Rückseite befestigt ist, sowie durch ein Lager 20,
das an einer Mittelplatte 21 an der Vorderseite befestigt
ist, drehbar gelagert. Die Vorderseite und die Rückseite
des Starters sind durch einen Pfeil in 3 und anderen
Figuren angedeutet.
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Die
Mittelplatte 21 ist zwischen dem Anker 13 und
dem Planetenraduntersetzungsgetriebe 3 angeordnet, so dass
Fremdpartikel einschließlich Bürstenstaubs am
Eindringen in das Planetenraduntersetzungsgetriebe 3 gehindert
werden. Eine Außenperipherie der Mittelplatte 21 ist
zwischen einem Mittelgehäuse 22 und dem Joch 10 sandwichartig
angeordnet. Das Mittelgehäuse 22 ist zwischen
einem vorderen Gehäuse 23, das eine Vorderseite
des Starters 1 abdeckt und dem Joch 10 angeordnet,
und bedeckt das Äußere bzw. die Außenseite
der Kupplung 5 und des Planetenraduntersetzungsgetriebes 3.
Das vordere Gehäuse 23, das Mittelgehäuse 22,
das Joch 10 und der Endrahmen 19 sind durch eine
Vielzahl von Durchgangsbolzen 24 miteinander verbunden.
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Das
Planetenraduntersetzungsgetriebe 3 ist koaxial zu der Ankerwelle 15 angeordnet.
Wie in 2 gezeigt, ist die Vorrichtung 3 aus
einem Sonnenrad 25, das auf der Ankerwelle 15 an
einer Position ausgebildet ist, die sich durch die Mittelplatte 21 erstreckt,
einem Innenrad 26, das als ein Teil der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 ausgebildet
ist, und Planetenräder 27, die sowohl mit dem
Sonnenrad 25 als auch dem Innenrad 26 in Eingriff
stehen, aufgebaut. Das Innenrad 26 wird gewöhnlicherweise
festgehalten, während die Planetenräder 27 um
das Sonnenrad 25 herumdrehen. Die Orbitalbewegung der Planetenräder 27 um
das Sonnenrad 25 herum wird über die Kupplung 5 auf
die Ausgangswelle 6 übertragen. Die Planetenräder 27 werden
durch Stifte 27a, die an einer äußeren
Kupplung 29 des Freilaufs (one-way clutch) 5 fixiert sind, über
jeweilige Lager 28, wie etwa Nadellager (needle bearings)
drehbar gelagert.
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Der
Freilauf 5 überträgt das Drehmoment des
Elektromotors 2 auf die Ausgangswelle 6, während
er eine Drehmomentübertragung von der Ausgangswelle 6 auf
den Elektromotor 2 verhindert. Der Freilauf 5 ist
wie folgt aufgebaut: eine Außenkupplung (clutch outer) 29,
die sich gemäß der Orbitaldrehung der Planetenräder 27 dreht;
ein Innenrohr 31, das in dem Mittelgehäuse 22 über
ein Lager 30 drehbar gelagert ist; und Rollen (rollers) 32,
die zwischen dem Innenrohr 31 und der äußeren
Kupplung 29 angeordnet sind, um die Drehmomentübertragung
zwischen der Außenkupplung 29 und dem Innenrohr 31 zu
ermöglichen bzw. zu unterbrechen.
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Wie
in 3 gezeigt, wird ein vorderer Endabschnitt der
Ausgangswelle 6 durch das vordere Gehäuse 23 über
ein Lager 33 drehbar und gleitend gehalten, und sein rückwärtiger
Endabschnitt ist mit einer Innenbohrung des Innenrohrs 31 des
Freilaufs 5 keilverzahnt. Ein Ritzel 7 ist mit
dem vorderen Ende der Ausgangswelle 6 gekoppelt, um in
der axialen Richtung beweglich zu sein, und wird in einer Vorwärtsrichtung
durch eine Ritzelfeder 35 vorgespannt, um gegen einen Stopper 36 zu
stoßen. Das Ritzel 7 kommt mit dem Zahnrad 34 der
Verbrennungsmaschine in Eingriff und überträgt
das Drehmoment des Elektromotors auf die Verbrennungsmaschine, wenn die
Ausgangswelle 6 nach vorne in der nachstehend beschriebenen
Art und Weise verschoben wird. Bei 3 sind Abschnitte
oberhalb der Mittellinie der Ausgangswelle 6 und einer
Mittellinie des elektromagnetischen Schalters 9 in einem
nicht in Eingriff stehendem Zustand gezeigt, wobei das Ritzel 7 nicht
mit dem Zahnrad 34 in Eingriff ist, während Abschnitte unterhalb
dieser Mittellinie einen Eingriffszustand zeigen, bei dem das Ritzel 7 mit
dem Zahnrad 34 in Eingriff steht.
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Der
elektromagnetische Schalter 9 enthält eine elektromagnetische
Spule 37, die durch Anlegen von Strom von einer Fahrzeugbatterie
erregt wird, sowie einen Kolben bzw. Plunger 38, der innerhalb
einer Bohrung der elektromagnetischen Spule 37 in der axialen
Richtung gleitend beweglich ist. Wenn der Kolben 38 sich
bei Erregung der elektromagnetischen Spule 37 nach hinten
bewegt, wird ein Hauptschalter zum Anlegen von elektrischen Strom an
den Elektromotor 2 geschlossen. Wenn die elektromagnetische
Spule 37 entregt wird, fährt der Kolben 38 in
seine ursprüngliche Position aufgrund der Spannkraft einer
Rückstellfeder 39 zurück, und der Hauptschalter
wird geöffnet.
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Der
Hauptschalter ist aus einem Paar von fixierten Kontakten 42,
die mit den jeweiligen externen Anschlüssen 40 und 41 verbunden
sind, und einem beweglichen Kontakt 43 aufgebaut, der mit
dem Kolben 38 verbunden ist. Wenn der bewegliche Kontakt 43 das
Paar von fixierten Kontakten 42 kontaktiert, ist der Hauptschalter
geschlossen. Wenn der bewegliche Kontakt 43 von dem Kontaktpaar 42 getrennt
ist, ist der Hauptschalter offen. Die externen Anschlüsse 40, 41 sind
an einer Harzabdeckung 9a des elektromagnetischen Schalters 9 befestigt.
Der externe Anschluss 40 ist ein USB-Anschluss, der mit
dem Plus-Anschluss der Fahrzeugbatterie über ein Batteriekabel
verbunden ist, und der externe Anschluss 41 ist ein M-Anschluss,
der mit dem Elektromotor 2 über einen Motoranschluss 44 verbunden
ist. Der Motoranschluss 44 wird durch eine Tülle 45 gehalten,
die zwischen dem Joch 10 und dem Endrahmen 19 sandwichartig
angeordnet ist, und ein Ende des Motoranschlusses 44 ist
mit der Feldspule 11 des Elektromotors 2 verbunden.
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Ein
Schiebehebel 8 ist um einen Drehpunkt 8a schwenkbar
gehalten. Ein Ende des Schiebehebels 8 ist mit einem Schiebestab 46 des
elektromagnetischen Schalters 9 verbunden, und sein anderes Ende
ist mit der Ausgangswelle 6 gekoppelt. Der Schiebestab 46 ist
mit dem Kolben 38 zusammen mit einer Antriebsfeder 47 zusammengebaut
und die Bewegung des Kolbens 38 wird über die
Antriebsfeder 47 auf den Schiebestab 46 übertragen.
Die Ausgangswelle 6 wird gemäß der Bewegung
des Schiebestabes 46 in der rückwärtigen
Richtung nach vorne geschoben.
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Als
nächstes wird die Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 unter
Bezugnahme auf 1 erläutert. Die Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 ist
aus einem zylindrischen Gehäuse 48, feststehenden
bzw. fixierten Scheiben 49, drehbaren Scheiben 50,
einer Druckplatte 51, einer Beilagscheibe 54 und
Scheibenfedern 52 aufgebaut. Das zylindrische Gehäuse 48,
das ein rundes rückwärtiges Ende 48a aufweist,
das von einem zylindrischen Abschnitt weggebogen worden ist, wird
in eine innere Bohrung des Mittelgehäuses 22 (siehe 2)
eingefügt und dort fixiert, so dass es nicht drehen kann.
Ein Innendruchmesser des runden bzw. kreisförmigen hinteren
Ende 48 ist so hergestellt, dass es nicht die Planetenräder 27 des
Planetenraduntersetzungsgetriebes 3 stört bzw.
behindert. Vertiefte Abschnitte 48b, die die Drehung der
fixierten Scheiben 49 verhindern, sind an einer inneren
Peripherie des zylindrischen Gehäuses 48 ausgebildet (vgl. 5).
Eine aufnehmende Schraube 48c ist an einem vorderen Ende
des zylindrischen Gehäuses 48 ausgebildet.
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Wie
in 1 gezeigt sind die fixierten Scheiben 49 und
die drehbaren Scheiben 50 abwechselnd geschichtet, und
die fixierten Scheiben 49 sind an beiden axialen Enden
angeordnet, wodurch ein laminierter Körper bzw. ein Schichtkörper
ausgebildet wird. Der Schichtkörper ist in dem zylindrischen
Gehäuse 48 aufgenommen. Die fixierte Scheibe 49 ist aus
einem Material wie etwa Phosphor-Bronze hergestellt, und ist in
einer Ringform gestanzt, wie in 4A dargestellt.
Vertiefungen 49a sind an beiden Oberflächen der
fixierten Scheibe 49 ausgebildet. Hervorstehende Abschnitte 49b sind
an der äußeren Peripherie der fixierten Scheibe 49 ausgebildet,
so dass die hervorstehenden Abschnitte 49b mit den vertieften
Abschnitten 48b des zylindrischen Gehäuses 48 in
Eingriff kommen können, um dadurch die Drehung der fixierten
bzw. feststehenden Scheibe 49 in dem zylindrischen Gehäuse 48 zu
verhindern (vgl. 5). Der Innendurchmesser der
fixierten Scheiben 49 ist derart hergestellt, dass er nicht
die Planetenräder 27 des Planetenraduntersetzungsgetriebes 3 stört
bzw. behindert.
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Wie
in 4B gezeigt, ist die drehbare Scheibe 50 aus
einer metallischen Platte hergestellt, wie etwa einer Stahlplatte,
die in eine Ringform gestanzt worden ist. Vertiefungen (dimples) 50a sind auf
den Oberflächen der drehbaren Scheibe 50 ausgebildet.
Der Außendurchmesser der drehbaren Scheibe 50 ist
ein wenig kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 48.
Die drehbaren Scheiben 50 sind in dem zylindrischen Gehäuse 48 derart
angeordnet, dass sie sich relativ zu den feststehenden Scheiben 49 drehen
können. Das Innenrad 26 ist an der inneren Peripherie
jeder drehbaren Scheibe 50 ausgebildet, d. h., das Innenrad 26 ist integral
mit der drehbaren Scheibe 50 ausgebildet. Das Innenrad,
das mit den Planetenrädern des Planetenraduntersetzungsgetriebes 3 in
Eingriff steht, wird durch eine Vielzahl von laminierten Innenrädern ausgebildet.
Oberflächen der feststehenden Scheiben 49 und
der drehbaren Scheiben 50 sind mit einem Gleitschmiermittel überzogen.
Der Schichtkörper aus feststehenden Scheiben 49 und
drehbaren Scheiben 50 ist in dem zylindrischen Gehäuse 48, wie
in 5 und 6 gezeigt, angeordnet.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die Druckplatte 51 in einer
Ringform ähnlich zu der Form der feststehenden Scheibe 49 ausgebildet
und an dem vorderen Ende des Schichtkörpers angeordnet.
Zwei Scheibenfedern 52, die eine Ringform aufweisen, sind
in dem zylindrischen Gehäuse 48 angeordnet, um
die Druckplatte 51 in der axialen Richtung des Schichtkörpers
zu drücken bzw. vorzuspannen. Eine Reibungskraft zwischen
den drehbaren Scheiben 50 und den feststehenden Scheiben 49 wird
durch Anziehen einer Mutter 53 mit einer aufnehmenden Schraube 48c,
die an dem vorderen Ende des zylindrischen Gehäuses 48 ausgebildet
ist, geeignet eingestellt. Zwei Scheibenfedern 52 mit einer
dazwischen angeordneten Beilagscheibe 54 werden bei dieser
bestimmten Ausführungsform verwendet. Es ist jedoch möglich
eine einzige Scheibenfeder 52 zu verwenden.
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Im
Folgenden wird die Druck- bzw. Vorspannkraft der Scheibenfedern 52,
die die Reibungskraft des Schichtkörpers erzeugen, detailliert
beschrieben. Wie in 1 gezeigt, wird die Druckkraft der
Scheibenfeder 52 auf den äußeren peripheren Abschnitt
der Druckplatte 51 ausgeübt. Ein Spalt 51a ist
auf bzw. in der Druckplatte 51 ausgebildet, so dass die
Druckkraft der Scheibenfeder 52 sich nicht auf die äußere
Peripherie der vorderen feststehenden Scheibe 49a (eine
feststehende Scheibe 49, die an dem vorderen Ende des Stiftkörpers
angeordnet ist, wird als eine vordere feststehende Scheibe 49a bezeichnet)
konzentriert. Der Spalt 51a wird durch Ausbilden einer
Stufe in der Oberfläche der Druckplatte 51 hergestellt,
wie in 1 gezeigt. Auf diese Art und Weise wird diese
Druckkraft auf die vordere feststehende Scheibe 49a an
einem Abschnitt innerhalb des Spalts 51a ausgeübt
und die Konzentration der Druckkraft auf die äußere
Peripherie der vorderen feststehenden Scheibe 49a vermieden.
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Auf
einer Innenoberfläche des kreisförmigen hinteren
Endabschnitts 48a des zylindrischen Gehäuses 48 ist
eine Stufe, die einen Spalt 48d ausbildet, hergestellt,
wie in 1 gezeigt. Der Spalt 48d dient dazu,
eine Konzentration der Druckkraft auf die äußere
Peripherie der hinteren feststehenden Scheibe 49B (eine
feststehende Scheibe 49, die an dem rückwärtigen
Ende des laminierten Körpers ausgebildet ist, wird im Folgenden
als hintere feststehende Scheibe 49B bezeichnet) zu vermeiden.
Mit anderen Worten, die Druckkraft wird auf die hintere feststehende
Scheibe 49B an einer Position innerhalb des Spalts 48d ausgeübt.
Die Druckkraft, die durch die Scheibenfeder 52 erzeugt
wird, wird auf die vordere feststehende Scheibe 49A, wie
mit dem Pfeil „a" in 1 gezeigt,
und auf die hintere feststehende Scheibe 49B, wie durch
einen Pfeil „b" gezeigt, ausgeübt.
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In 7 wird
ein Größenverhältnis des Spalts 51a bezüglich
eines Reibungsbereichs bzw. einer Reibungsfläche zwischen
der feststehenden Scheibe 49 und der dreh baren Scheibe 50 gezeigt. D.
h., eine Länge I des Spalts 51a in radialer Richtung
ist in einem Bereich von 1/3 bis 2/3 der radialen Länge
L des Reibungsbereichs ausgebildet. D. h., I = (1/3 bis 2/3) L,
wobei L = ½ (D–d) ist, wobei D ein Außendurchmesser
der feststehenden Scheibe 49 ist und d ein Innendurchmesser
der feststehenden Scheibe 49 ist. Bevorzugt wird, dass
I die Hälfte von L beträgt.
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Im
Folgenden wird der Betrieb des Starters 1 kurz erläutert.
Nach dem Einschalten eines Starterschalters wird die elektromagnetische
Spule 37 in dem elektromagnetischen Schalter 9 erregt
und der Kolben bzw. Plunger 38 von der elektromagnetischen Spule 37 angezogen.
Die Bewegung des Kolbens 38 wird auf die Ausgangswelle 6 über
einen Verschiebungshebel 8 übertragen. Die Ausgangswelle,
die mit dem Innenrohr 31 schraubenförmig gekoppelt
ist, wird unter einer Drehbewegung nach vorne verschoben. Das Ritzel 7,
das an die Ausgangswelle 6 gekoppelt ist, stößt
gegen eine axiale Oberfläche des Tellerrads 34 und
stoppt dort, während die Ritzelfeder 35 komprimiert
wird. Anschließend bewegt sich der Kolben 38 weiter
nach hinten, während die Antriebsfeder 47 komprimiert
wird, und der Hauptschalter geschlossen wird, um dem elektrischen
Motor 2 elektrische Leistung zuzuführen.
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Nach
dem Schließen des Hauptschalters beginnt der Elektromotor 2 sich
zu drehen. Das Drehmoment des elektrischen Motors 2 wird
auf die Ausgangswelle 6 über die Einwegkupplung
bzw. den Freilauf 5 übertragen, während
die Drehzahl durch das Planetenraduntersetzungsgetriebe 3 verringert wird.
Das Ritzel 7 wird zwangsweise bis zu einer Position gedreht,
bei der ein Eingriff mit dem Tellerrad 34 möglich
ist, und das Ritzel 7 kämmt mit dem Tellerrad 34.
Das Tellerrad 34 wird durch das Drehmoment des Ritzels 7 gedreht,
wodurch der Verbrennungsmotor angekurbelt wird.
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Zu
dem Zeitpunkt, bei dem das Ritzel 7 mit dem Tellerrad 34 in
Eingriff kommt bzw. kämmt und den Anlassvorgang der Maschine
startet, wird ein übermäßiges Drehmoment
(Stoßdrehmoment) auf das Innenrad 26 über
das Ritzel 7, die Ausgangswelle 6, das Innenrohr 31,
die Roller 32, die Außenkupplung 29 und
die Planetenräder 27 ausgeübt. Falls
das Stoßdrehmoment ein vorbestimmtes Reibungsdrehmoment
zwischen den feststehenden Scheiben 49 und den drehbaren
Scheiben 50 übersteigt, tritt ein Rutschvorgang
(slippage) zwischen den feststehenden Scheiben 49 und den
drehbaren Scheiben 50 auf. Mit anderen Worten, die drehbaren
Scheiben 50 drehen sich gegen die voreingestellte Reibungskraft in
der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 und
somit wird das übermäßige bzw. überschüssige
Drehmoment absorbiert.
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Nachdem
die Maschine angekurbelt wurde, wird die elektromagnetische Spule 37 durch
das Ausschalten des Startschalters entregt. Der Kolben 38 kehrt
in seine ursprüngliche Position durch die Rückstellkraft
der Rückstellfeder 39 zurück. Die Leistungsversorgung
des elektrischen Motors 2 wird beendet und die Ausgangswelle 6 kehrt
durch das Zurückstellen mittels des Verschiebungshebels 8 in
seine ursprüngliche Position zurück.
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Die
Vorteile, die durch die erste Ausführungsform erzielt werden,
werden wie folgt zusammengefasst. Da der Spalt 51a auf
der Druckplatte 51 ausgebildet ist, wird die Druckkraft
der Scheibenfedern 52 auf die vordere feststehende Scheibe 49A an einer
Position ausgeübt, die mit dem Pfeil „a" in 1 bezeichnet
ist. Da der Spalt 48d auf dem kreisförmigen hinteren
Endabschnitt 48a des zylindrischen Gehäuses 48 ausgebildet
ist, wird die Gegenkraft an der mit dem Pfeil „b" bezeichneten
Position an der hinteren feststehenden Scheibe 49B ausgeübt.
Dies bedeutet, dass der laminierte Körper nicht an seiner äußeren
Peripherie gedrückt wird, sondern vielmehr an seinem Mittelabschnitt
zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser
der feststehenden Scheibe 49.
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Somit
wird eine Konzentration der Druckkraft an der äußeren
Peripherie des laminierten Körpers vermieden, und eine
im wesentlichen gleichförmige Druckkraft wird auf die Kontaktflächen
zwischen den feststehenden Scheiben 49 und den drehbaren Scheiben
ausgeübt, wie in 8 gezeigt.
Somit kann eine stabile bzw. gleichmäßige Reibungskraft
in dem laminierten Körper erzielt werden. Damit wird ein Festsitz
bzw. Festfressen zwischen den feststehenden Scheiben 49 und
den drehbaren Scheiben 50 verhindert und eine Lebensdauer
der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung ver längert.
Außerdem kann die Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung auch für einen Starter für
eine Dieselmaschine verwendet werden, die ein hohes Drehmoment benötigt.
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Eine
zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 9 gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform ist der Spalt 48d,
der auf dem kreisförmigen hinteren Endabschnitt des zylindrischen
Gehäuses 48 ausgebildet ist, zu einer geneigten
(tapered) Form modifiziert. Die anderen Strukturen und Funktionen
sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Die
Druckplatte 51 kann zu einer Form modifiziert werden, wie
sie in 10 gezeigt ist. Bei der in 10 gezeigten
Druckplatte wurde eine Stufe bzw. Ausnehmung zum Ausbilden des Spaltes 51a durch
Stanzen (stamping) ausgebildet.
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Eine
dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 11 gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform ist eine andere Druckplatte 55 zwischen
der hinteren feststehenden Scheibe 49B und dem kreisförmigen
hinteren Endabschnitt 48a des zylindrischen Gehäuses 48 angeordnet.
Die Außendurchmesser der Druckplatte 55 ist kleiner
als der Außendurchmesser der feststehenden Scheibe 49 ausgebildet,
wodurch ein Spalt 55a ausgebildet wird, der mit dem Spalt 48d der
ersten Ausführungsform korrespondiert. Auf der äußeren
Peripherie der Druckplatte 55 sind herausragende Abschnitte 55b, die
mit den Vertiefungen 48b des zylindrischen Gehäuses 48 in
Eingriff stehen, ausgebildet. Die Druckplatte 55 wird am
Drehen gehindert und bewegt sich in der Radialrichtung durch die
hervorstehenden Abschnitte 55b. Andere Strukturen und Funktionen
der dritten Ausführungsform sind die gleichen wie bei der ersten
Ausführungsform.
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Eine
vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
in 12 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
wird die Druckkraft der Scheibenfedern 52 auf die Druckplatte 51 an
einer Innenposition und nicht an einer äußeren
peripheren Position ausgeübt. Der Spalt 51a der
Druckplatte 51 ist an einer Position ausgebildet, bei der
die Druckkraft ausgeübt wird. Auf diese Art und Weise wird
eine Konzentration der Druckkraft verhindert und der laminierte
Körper wird im wesentlichen gleichförmig gedrückt. Der
Spalt 48d an dem hinteren Ende des laminierten Körpers ist ähnlich
zu dem in der ersten Ausführungsform ausgebildet.
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Eine
fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird in 13 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
wird die Druckkraft der Scheibenfedern 52 auf die innere
Position der Druckplatte 51 auf die gleiche Art und Weise
wie in der vierten Ausführungsform ausgeübt. Der
Spalt 51a ist an der Position ausgebildet, bei der die
Druckkraft auf die gleiche Art und Weise wie bei der vierten Ausführungsform
ausgeübt wird. Eine zweite Druckplatte 55 mit
einem Spalt 55a, der an einer inneren Position ausgebildet
ist, wird zusätzlich bei dieser Ausführungsform
verwendet. Eine Konzentration der Druckkraft auf die Innenseiten bzw.
Innenposition, bei der die Druckkraft ausgeübt wird, wird
vermieden, und der laminierte Körper wird gleichförmige
gedrückt, was darin eine stabile bzw. gleichmäßige
Reibungskraft erzeugt. Die herausragenden Abschnitte 55b,
die mit den vertieften Abschnitten 48b des zylindrischen
Gehäuses 48 in Eingriff stehen, sind an der äußeren
Peripherie der zweiten Druckplatte 55 ausgebildet, um eine
Drehung und eine radiale Bewegung der zweiten Druckplatte 55 zu verhindern.
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Ein
Schmiermittel (grease) für die Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 wird
in dem Schmiermittelraum 55 aufbewahrt, wie in 2 gezeigt.
Der Schmiermittelraum 55 ist ein Raum, der durch eine äußere
Peripherie der drehbaren Scheiben 50, einer inneren Peripherie
der vertieften Abschnitte 48b und der feststehenden Scheiben 49,
die an beiden Enden des laminierten Körpers angeordnet
sind, eingeschlossen wird. Beispielsweise kann das Schmiermittel
ein Lithium-Schmiermittel sein, das eine Lithium-Seife enthält,
das zu einem Basislösungsmittel als Verdicker hinzugegeben
wird, und ferner ein Extremdruckadditiv und ein Festadditiv, wie
etwa Molybdändisulfid, enthalten. Da der Schmiermittelraum 55 ein
abgegrenzter Raum ist, kann das Schmiermittel für einen
langen Zeitraum, ohne dass es leicht ausfließen kann, gehalten
werden.
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Das
gleiche Schmiermittel kann sowohl für das Planetenraduntersetzungsgetriebe 3 als
auch für die Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 verwendet
werden. Falls eine unterschiedliche Art von Schmiermittel für
die Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 und
das Planetenraduntersetzungsgetriebe 3 verwendet wird,
wird es am meisten bevorzugt, für das Planetenraduntersetzungsgetriebe 3 nur
die Hälfte der Schmiermittelmenge zu verwenden, die in
der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung 4 verwendet
wird. Dies beruht darauf, dass der Reibungskoeffizient des Lithium-Schmiermittels,
das die oben erwähnten Additive enthält, sich
verändert, wenn eine andere Art von Schmiermittel in einer
Menge beigemischt wird, die 50% des eigenen Schmiermittels überschreitet.
Das voreingestellte Reibungsdrehmoment der Überschussdrehmomentabsorptionsvorrichtung ändert
sich entsprechend mit den Änderungen des Reibungskoeffizienten
des Schmiermittels.
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Die
drehbare Scheibe 50 ist aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil
oder einem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffanteil hergestellt, und
eine Soft-Nitrid-Behandlung wird ausgeführt, um eine Eisen-Nitrid-Verbundschicht
(A) und eine Stickstoff-Diffusionsschicht (B) darauf auszubilden,
wie in 14 gezeigt. Die Eisen-Nitrid-Verbundschicht
(A) ist 10–30 μm dick und weist eine Härte
von HV 500–650 auf. Die Dicke und Härte der Schicht
(A) kann durch Verändern der Zeitdauer für das
Durchführen der Soft-Nitrid-Behandlung eingestellt werden.
Unterhalb der Schicht (A) wird die stickstoffdiffundierte Schicht (B)
ausgebildet. Die gesamte Oberfläche der drehbaren Scheibe 50 einschließlich
eines Abschnitts, der das Innenrad 26 ausbildet, wird der
Soft-Nitrid-Behandlung unterzogen. Es ist ebenso möglich,
die Soft-Nitrid-Behandlung lediglich auf der Oberfläche durchzuführen,
die die feststehende Scheibe 49 kontaktiert, wobei die
Oberfläche, die das Innenrad 26 ausbildet, maskiert
wird.
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Da
die Eisen-Nitrid-Verbundschicht (A) eine Härte von HV 500–650
aufweist, ist sie vergleichbar mit einer Härte des Planetenrads 27,
das mit dem Innenrad 26 in Eingriff steht, und eine Dicke
von 10–30 μm aufweist, wird eine Abschleifungsabnutzung
des Innenrades 26 unterdrückt bzw. vermieden.
Da die Eisen-Nitrid-Verbundschicht (A) hervorragende Eigenschaften
bei der Schmierung aufweist, wird die Abnutzung (abrasion wear)
der feststehenden Scheibe 49, die die drehbare Scheibe 50 kontaktiert,
unterdrückt. Dies bedeutet, dass die drehbare Scheibe 50, die
der Soft-Nitrid-Behandlung unterzogen worden ist, beide Eigenschaften
erfüllt, die durch die drehbare Scheibe 49 und
das Innenrad 26 gefordert werden. Ferner ist ein Reibungskoeffizient
der Eisen-Nitrid-Verbundschicht (A) niedrig und stabil, wodurch ein
gleichmäßiges bzw. stabiles Reibungsdrehmoment
in dem laminierten Körper erzielt werden kann.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorhergehenden
bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist,
ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Änderungen
in Form und Detail daran gemacht werden können, ohne von
dem Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten
Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-113816
A [0002]