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Die Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Bekannt sind elektrisch betätigbare Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen, beispielsweise aus der
DE 10 2007 026 078 A1 , die ein Starterritzel aufweisen, welches mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais axial verstellt und über einen elektrischen Startermotor angetrieben wird. Das Starterritzel ist zwischen einer axial zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer axial vorgespurten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu verstellen.
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Die Übertragung der Stellbewegung des Starterrelais auf das Starterritzel erfolgt über einen Gabelhebel, der an einem Federelement angreift, welches an einem Mitnehmer eines Rollenfreilaufs abgestützt ist. Der Mitnehmer stützt sich über Rollenkörper an einem Rollenbund ab, mit dem das Starterritzel einteilig ausgebildet ist. Bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen Starterritzel und Zahnkranz während des Einspurvorgangs wird das Federelement gespannt und drückt das Starterritzel in die Eingriffsposition mit dem Zahnkranz, sobald die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgehoben ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine so auszubilden, dass unter allen auftretenden Bedingungen der Einspurvorgang zwischen Starterritzel und Zahnkranz der Brennkraftmaschine sicher durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Startvorrichtung wird zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt und weist ein Starterritzel auf, welches in Eingriff mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu bringen ist. Das Starterritzel wird über einen Startermotor, vorzugsweise einen elektrischen Startermotor drehend angetrieben. Das Starterritzel ist zwischen einer Außerfunktionsposition, in der das Starterritzel zurückgezogen ist und nicht in Eingriff mit dem Zahnkranz steht, und einer Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu verstellen. Die Stellbewegung zwischen Außerfunktions- und Eingriffsposition erfolgt mittels eines Einspuraktuators, beispielsweise eines elektromagnetischen Starterrelais.
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Des Weiteren weist die Startvorrichtung ein Federelement auf, das im Übertragungsweg zwischen dem Stellglied des Einspuraktuators und dem Starterritzel angeordnet ist. Bei Betätigung des Einspuraktuators bewegt sich das Stellglied des Einspuraktuators, wodurch das Federelement, welches Teil des Übertragungswegs zum Starterritzel ist, beaufschlagt wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Startvorrichtung ist eine Rasteinrichtung in den Übertragungsweg zwischen Einspuraktuator und Starterritzel integriert. Die Rasteinrichtung ist dem Federelement zugeordnet und kann zwischen einer das Federelement blockierenden Rastposition und einer Außerrastposition zum Freigeben des gespannten Federelementes verstellt werden. Die Rasteinrichtung ist somit dem Federelement zugeordnet und dient dazu, die Bewegungsenergie, welche vom Einspuraktuator erzeugt wird, in Federenergie umzusetzen und im blockierten Federelement zu speichern. Die Bewegung des Federelementes wird durch die Rasteinrichtung auf der dem Starterritzel zugewandten Seite blockiert, so dass bei einer Betätigung des Einspuraktuators der Antriebsstrang zum Starterritzel blockiert ist und die Stellbewegung des Einspuraktuators als Federenergie gespeichert wird.
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Sobald die Rasteinrichtung in die Außerrastposition überführt wird, ist die Blockierung des Federelementes aufgehoben und kann die Federenergie in sehr kurzer Zeit in kinetische Energie umgewandelt werden, wodurch das Starterritzel mit hoher Geschwindigkeit zwischen Außerfunktions- und Eingriffsposition verstellt wird. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass durch das Zwischenspeichern der Energie des Einspuraktuators in dem Federelement und dem plötzlichen Freigeben des Federelementes eine hohe Einspurgeschwindigkeit des Starterritzels erreicht wird, so dass auch unter ungünstigen Randbedingungen der Einspurvorgang sicher durchgeführt werden kann. Dies betrifft beispielsweise Situationen mit erhöhter Differenzdrehzahl von Starterritzel und Brennkraftmaschine, die zum Beispiel im Start-Stopp-Betrieb im Falle eines erneuten Starts bei noch nicht vollständig stillstehender Brennkraftmaschine auftreten können.
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Die Rasteinrichtung umfasst gemäß bevorzugter Ausführung ein Rastelement und eine Rastfeder, welche das Rastelement in die Rastposition kraftbeaufschlagt. Zum Überführen von der Rast- in die Außerrastposition muss das Rastelement gegen die Kraft der Rastfeder verstellt werden. Über die Dimensionierung der Rastfeder kann die Rastkraft eingestellt werden, die die Bewegung des Federelementes blockiert. Erst wenn die Rastkraft von dem sich immer weiter spannenden Federelement überschritten wird, wird das Rastelement in die Außerrastposition verstellt und kann sich das Federelement schlagartig entspannen, wodurch das Starterritzel entsprechend beschleunigt wird. Insbesondere bei verhältnismäßig großen Relativdrehzahlen zwischen dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine und dem Starterritzel begünstigt die hohe Einspurgeschwindigkeit des Starterritzels den Einspurvorgang.
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Als Rastelement wird beispielsweise eine Rastkugel eingesetzt, welche von der Rastfeder in die Rastposition kraftbeaufschlagt wird. Das Rastelement kann in einer Nut, einer Bohrung, einem Kanal oder dergleichen verstellbar gelagert sein und blockiert in der Rastposition die Bewegung des Starterritzels in Richtung der Eingriffslage.
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Es kommen grundsätzlich verschiedene Positionen der Rasteinrichtung im Übertragungsweg zwischen dem Stellglied des Einspuraktuators und dem Starterritzel in Betracht. Es ist beispielsweise möglich, dass die Rasteinrichtung ein verstellbares Bauteil im Einspuraktuator beaufschlagt. Als Einspuraktuator kommt beispielsweise ein elektromagnetisches Starterrelais in Betracht, das einen Hubanker aufweist, der bei Bestromung einer Spule eine axiale Hubbewegung ausführt, die über kinematische Übertragungselemente wie zum Beispiel einen Gabelhebel in die Vorspurbewegung des Starterritzels übertragen wird. Das Starterrelais kann des Weiteren einen Keilschieber aufweisen, welcher mit dem Hubanker über das Federelement verbunden ist, dessen Bewegung von der Rasteinrichtung blockiert wird. Hierzu kann die Rasteinrichtung den Keilschieber in der Rastposition blockieren, so dass die Stellbewegung des Hubankers zu einem Spannen des zwischenliegenden Federelementes führt. Sobald die Rasteinrichtung in die Außerrastposition verstellt wird, entlädt sich die Federenergie schlagartig und bewirkt über die Übertragungselemente wie zum Beispiel den Gabelhebel das plötzliche Vorrücken des Starterritzels in Richtung der Eingriffsposition.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Rasteinrichtung ein verstellbares Bauteil beaufschlagen, welches außerhalb des Einspuraktuators im Übertragungsweg zum Starterritzel angeordnet ist. Beispielsweise kann ein axial verstellbares Bauteil einer Freilaufeinrichtung und/oder Ritzeleinrichtung blockiert werden, die eine Drehbewegungsübertragung vom Startermotor zum Starterritzel erlaubt und an der sich das Federelement abstützt. Die Freilaufeinrichtung weist vorteilhafterweise einen Mitnehmer auf, welcher von dem Federelement kraftbeaufschlagt ist, wobei das Federelement auf der dem Mitnehmer abgewandten Seite von einem Übertragungshebel wie zum Beispiel einem Gabelhebel des Einspuraktuators beaufschlagt wird. Die Rasteinrichtung kann sich unmittelbar am Starterritzel bzw. einem fest mit dem Starterritzel verbundenen Bauteil wie einem Rollenbund befinden, an dem Klemmelemente abrollen, welche von dem Mitnehmer übergriffen sind. Die Rasteinrichtung befindet sich hierbei zum Beispiel in einer Welle des Starterritzels.
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Das Überführen der Rasteinrichtung von der Rastposition in die Außerrastposition kann auf verschiedene Weisen erfolgen. In Betracht kommt ein kraft- oder weggesteuertes Überführen von Rast- in Außerrastposition. Des Weiteren ist es auch möglich, die Verstellung des Rastelementes über einen Aktor in Abhängigkeit eines auslösenden Ereignisses durchzuführen, welches beispielsweise mittels eines Sensors detektiert wird. Möglich ist es auch, die Überführung als Funktion aktueller Randbedingungen durchzuführen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Motordrehzahl der Brennkraftmaschine oder als Funktion des Abstandes zwischen dem Starterritzel und dem Zahnkranz.
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Bei einer kraftgesteuerten Auslösung erfolgt das Freigeben als Funktion der Rastfeder, welche das Rastelement in die Rastposition kraftbeaufschlagt. Bei einem weggesteuerten Auslösen kann beispielsweise nach dem Zurücklegen eines definierten Stellwegs ein mechanischer, starrer Durchgriff zwischen dem Übertragungsglied, welches von dem Einspuraktuator betätigt wird, und dem Starterritzel gestellt werden, so dass die weitere Stellbewegung des Einspuraktuators unmittelbar auf das Starterritzel übertragen wird und das Rastelement gegen die Kraft der Rastfeder in die Außerrastposition gedrückt wird. Daraufhin kann sich das Federelement schlagartig entspannen und das Starterritzel beschleunigen.
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Das weggesteuerte Überführen kann beispielsweise mithilfe einer das Federelement, welche auf dem Mitnehmer aufsitzt, übergreifenden Hülse erreicht werden, die von dem Übertragungsglied verstellt wird und nach Zurücklegen eines definierten Weges in Anschlag an einen Bund des Mitnehmers gelangt.
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Die Rasteinrichtung kann sowohl in Startvorrichtungen eingesetzt werden, bei denen das Starterritzel eine axiale Stellbewegung zwischen der Außerfunktions- und der Eingriffsposition zurücklegt, als auch in Startvorrichtungen mit einer Kreis- oder Schwenkbewegung des Starterritzels, vorzugsweise radial zur Längsachse des antreibenden elektrischen Startermotors.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurengeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel, das axial über ein Starterrelais verstellbar und über einen elektrischen Startermotor drehend anzutreiben ist,
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2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch die Startvorrichtung im Bereich des Starterritzels, mit einer Rasteinrichtung zum Blockieren der Vorspurbewegung,
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3 in vergrößerter Darstellung die Rasteinrichtung,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Startvorrichtung mit einem radialen Einspurmechanismus,
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5 einen Schnitt durch ein elektromagnetisches Starterrelais mit einem Hubanker und einem Keilschieber, der über eine Rasteinrichtung blockiert ist,
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6 das Starterrelais gemäß 5 in einer Zwischenlage bei verstelltem Hubanker,
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7 das Starterrelais mit der Rasteinrichtung in Außerrastposition und freigegebenem Keilschieber.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine weist ein Starterritzel 2 auf, das zum Starten der Brennkraftmaschine 4 in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine gebracht wird. Das Starterritzel 2 ist auf einer Welle 5 wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet axial verschieblich gelagert, wobei das Starterritzel 2 drehfest mit der Welle 5 gekoppelt ist. Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 über ein Starterrelais 6 verstellt, das elektromagnetisch ausgebildet ist und eine bestrombare Relaiswicklung 7 sowie einen Hubanker 8 umfasst, der bei Bestromung der Relaiswicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Hubanker 8 betätigt einen Einrückhebel 9, der ein Federelement 13 beaufschlagt, das auf einem Mitnehmer 14 eines Rollenfreilaufs aufsitzt. Das Starterritzel 2 ist abtriebsseitig mit dem Mitnehmer gekoppelt, so dass die axiale Vorschubbewegung des Mitnehmers 14 in die gewünschte axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition umgesetzt wird.
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Die drehende Antriebsbewegung auf die Welle 5 bzw. das Starterritzel 2 wird mithilfe eines elektrischen Startermotors 11 erzeugt, der über ein Planetengetriebe 12 mit der Welle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 wird die Welle 5 und damit auch das Starterritzel 2 in Drehung versetzt.
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Der Startvorrichtung 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden.
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Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers 8 bei Betätigung des Starterrelais 6 wird bei Erreichen der Verstellposition durch eine kinematische Kopplung des Schaltgliedes mit der Stellbewegung des Hubankers 8 der elektrische Strom für den Startermotor 11 eingeschaltet, so dass sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Welle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt.
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Die Startvorrichtung 1 ist außerdem mit einer Rasteinrichtung 15 versehen, welche bei einer Betätigung des elektromagnetischen Starterrelais 6 die axiale Vorschubbewegung des Starterritzels 2 blockiert. Die Rasteinrichtung 15 befindet sich in der Welle 5 und umfasst ein in den folgenden Figuren beschriebenes Rastelement und eine Rastfeder, welche das Rastelement in eine Rastposition kraftbeaufschlagt. Damit das Starterritzel 2 in den Zahnkranz 3 einspuren kann, muss das Rastelement gegen die Kraft der Rastfeder in die Außerrastposition verstellt werden, so dass die Blockierposition aufgehoben ist und das Starterritzel unter der Wirkung der Kraft des Federelementes 13 beschleunigt wird und mit hoher Geschwindigkeit in den Zahnkranz 3 einspuren kann. Durch das Blockieren mittels der Rasteinrichtung 15 wird somit die kinetische Stellenergie des Starterrelais 6 in Federenergie des Federelementes 13 umgewandelt. Nach dem Aufheben des Blockierens entspannt sich das Federelement 15 schlagartig und beschleunigt das Starterritzel 2 stark.
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In 2 ist eine detaillierte Darstellung der Startvorrichtung 1 mit der schematisch eingezeichneten Rasteinrichtung 15 im Bereich der das Starterritzel 2 tragenden Welle 5 eingezeichnet. 3 zeigt die Rasteinrichtung 15 in vergrößerter Darstellung.
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Die Rasteinrichtung 15 umfasst zwei als Rastkugeln ausgebildete Rastelemente 17 und eine Rastfeder 18, wobei die Rastelemente 17 und die Rastfeder 18 in einem Kanal 19 aufgenommen sind, der in die das Starterritzel 2 tragende Welle 5 in Radialrichtung eingebracht ist. Die beiden Rastkugeln 17 werden gemeinsam von der zwischenliegenden Rastfeder 18 radial nach außen in die Rastposition kraftbeaufschlagt. In der Rastposition ist die axiale Vorschubbewegung eines Rollenbundes 16 blockiert, mit dem das Starterritzel 2 einteilig ausgebildet und das mit dem Mitnehmer 14 des Rollenfreilaufs verbunden ist. Ein Außenring des Mitnehmers 14 umgreift den Rollenbund 16, zwischen dem Außenring des Mitnehmers 14 und dem Rollenbund 16 befinden sich Rollen- bzw. Klemmkörper.
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Wie der Detaildarstellung gemäß 3 zu entnehmen, weist der Innenmantel des Rollenbundes 16, der auf der Welle 5 axial verschieblich aufsitzt, einen Absatz auf, in den in der Rastposition die Rastkugeln 17 eingreifen. Somit ist die axiale Vorschubbewegung des Rollenbundes 16 und des Starterritzels 2 blockiert. Mit zunehmender Federkraft des Federelementes 13, das durch die Stellbewegung des Starterrelais bzw. des Einrückhebels 9 gespannt wird, wird ein Kraftgrenzwert überschritten und die Rastkugeln 17 gegen die Kraft der Rastfeder 18 radial in den Kanal 19 hineingedrückt, wodurch die Rastkugeln 17 in die Außerrastposition gelangen und die Vorschubbewegung des Rollenbundes 16 bzw. des Starterritzels 2 freigegeben ist. Daraufhin kann das Federelement 13 den Mitnehmer 14, den Rollenbund 16 und das Starterritzel 2 axial in Richtung der Eingriffsposition mit dem Zahnkranz beschleunigen.
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Der Einrückhebel 9 greift an einem Ende des Federelementes 13 an, das sich anderenends an dem Außenring des Mitnehmers 14 abstützt. Hierdurch wird eine kraftgesteuerte Freigabe der Raststellung erreicht, indem durch die Stellbewegung des Einrückhebels 9 das Federelement 13 so weit vorgespannt wird, bis die Rastkraft der Rasteinrichtung 15 überwunden ist.
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Zusätzlich kann auch ein weggesteuertes Freigeben der Rastposition erreicht werden, indem eine Hülse 20, die das Federelement 13 umgreift, unmittelbar von dem Einrückhebel 9 in Richtung des Außenrings des Mitnehmers 14 verstellt wird. Der freie Stellweg der Hülse 20 ist mit dx gekennzeichnet; dieser Stellweg kann von der Hülse 20 durch Betätigen des Einrückhebels 9 maximal bis zum Erreichen des Außenrings des Mitnehmers 14 zurückgelegt werden. Danach liegt die Hülse 20 am Mitnehmer 14 an und es ist eine feste kinematische Kopplung im Übertragungsweg zwischen dem Starterrelais und dem Starterritzel 2 gegeben, woraufhin mit einer weiteren Stellbewegung der Einrückhebel 9 den Rollenbund 16 über die Rastkugeln 17 hinaus bewegt und die Rastkugeln 17 in die Außerrastposition verstellt werden.
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Die Rasteinrichtung 15 kann gegebenenfalls auch mittels eines Aktors zwischen der Rast- und der Außerrastposition verstellt werden. Hierfür werden über eine Sensorik aktuelle Zustandsgrößen des Systems erfasst und mit Überschreiten eines Grenzwertes der Aktor zum Verstellen der Rastelemente betätigt.
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In 4 ist ein Beispiel für einen radialen Einspurmechanismus in einer Startvorrrichtung 1 gezeigt, wobei der Einspurmechanismus mit einer Rasteinrichtung 15 zum Speichern von Federenergie und plötzliches Entladen der Federenergie versehen ist. In einem Gehäuse 21 ist eine Schwenkscheibe 22 gemäß Doppelpfeil 23 rotierend gelagert, die von einem konzentrisch angeordneten Schwenkring 24 umgriffen ist, welcher ebenfalls in dem Gehäuse 21 verschwenkt werden kann. Am Schwenkring 24 greift ein Stellglied bzw. Übertragungsglied eines Starterrelais an. Mit der Schwenkscheibe 22 ist das Starterritzel gekoppelt, vorzugsweise exzentrisch verbunden, so dass bei einer Drehbewegung der Schwenkscheibe 22 das Starterritzel in Radialrichtung eine Einspurbewegung ausführt.
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Zwischen der Schwenkscheibe 22 und dem Schwenkring 24 ist ein Federelement 13 angeordnet, über das die Drehbewegung des Schwenkrings 24 auf die Schwenkscheibe 22 übertragen wird. Zum Zwischenspeichern der Federenergie im Federelement 13 ist die Schwenkscheibe 22 mit einer Rasteinrichtung 15 versehen, die ein Rastelement 17 und eine Rastfeder 18 in einem Kanal 19 umfasst, welcher in die Schwenkscheibe 22 eingebracht ist und sich in Radialrichtung erstreckt. In der Rastposition ist das Rastelement 17 in einer Rastausnehmung in der Gehäuseinnenwand des Gehäuses 21 verrastend aufgenommen. In der Rastposition ist die Schwenkscheibe 22 blockiert, die Drehbewegung des Schwenkrings 24 führt zu einem Komprimieren des Federelementes 13 und zum Aufbauen einer Federkraft. Beim Überführen der Rasteinrichtung 17 von der Rast- in die Außerrastposition kann sich das Federelement 13 schlagartig entspannen und die Schwenkscheibe 22 entsprechend beschleunigen, wodurch auch das Starterritzel eine beschleunigte Bewegung ausführt.
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In den 5 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Stellbewegung des Starterrelais 6 zunächst in der Kraft eines Federelementes mithilfe einer Rasteinrichtung 15 zwischengespeichert wird. Die Rasteinrichtung 15 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel im Starterrelais 6 in einem Keilschieber 26, der axial im Gehäuse 25 des Starterrelais 6 verschiebbar gelagert und über ein Federelement 27 mit dem Hub- bzw. Relaisanker 8 des Starterrelais gekoppelt ist. Die Rasteinrichtung 15 weist wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ein Rastelement 17 und eine Rastfeder 18 in einem in Radialrichtung verlaufenden Kanal auf, der in den Keilschieber 26 eingebracht ist. In der Rastposition (5, 6) ragt das Rastelement 17 in eine Ausnehmung 28 (7) im Gehäuse 25 ein und ist somit blockiert. Sobald sich der Hubanker 8 aus der in 5 dargestellten Ausgangsposition axial in die Zwischenlage gemäß 6 bewegt, wird das Federelement 27 aufgrund der blockierten Lage des Keilschiebers 26 zusammengedrückt. Übersteigt die Federkraft im Federelement 27 einen Grenzwert, wird das Rastelement 17 gegen die Kraft der Rastfeder 18 in die Außerrastposition gedrückt, so dass der Keilschieber 26 freigegeben ist und unter der Wirkung des Federelementes 27 eine axial beschleunigte Bewegung ausführt. Hierbei wird der Einrückhebel 9 mit hoher Geschwindigkeit betätigt, dessen Stellbewegung über weitere Bauteile auf das Starterritzel übertragen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007026078 A1 [0002]
