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Die Erfindung bezieht sich auf einen Starter für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 358 082 A wird ein Starter für eine Brennkraftmaschine beschrieben, der einen elektrischen Startermotor aufweist, dessen Drehbewegung über Zahnräder auf ein Starterritzel übertragen wird. Das Starterritzel wird in Radialrichtung zwischen einer Außerfunktionsposition und einer Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt. Der Startermotor treibt ein Antriebsritzel an, welches mit einem Schwenkritzel kämmt, das gemeinsam mit dem Starterritzel auf einer parallel zur Antriebswelle verlaufenden Welle angeordnet ist. Das Schwenkritzel kämmt mit der Innenverzahnung eines Hohlrades, das koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist und um diese umlaufen kann.
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Nach dem Anlaufen des elektrischen Startermotors verharrt das Hohlrad auf Grund seiner verhältnismäßig hohen Massenträgheit zunächst noch in seiner Ausgangsdrehlage, wobei das Schwenkritzel gemeinsam mit dem Starterritzel an der Innenverzahnung des Hohlrades bis zum Erreichen der Eingriffsposition zwischen Starterritzel und Zahnkranz entlangläuft. Im weiteren Verlauf beginnt das Hohlrad zu drehen, die Antriebsbewegung des Startermotors wird daraufhin in eine Rotation des Starterritzels übertragen, welches den Zahnkranz der Brennkraftmaschine antreibt.
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Auch aus der
CH 97 941 ist ein Starter für eine Brennkraftmaschine mit radial verschwenkbar gelagertem Starterritzel bekannt. Das Starterritzel ist in einer Kippmuffe aufgenommen, welche konzentrisch zur Motorlängsachse verschwenkbar ist, wobei das Starterritzel durch die Schwenkbewegung der Kippmuffe auf Grund seiner exzentrischen Lagerung die gewünschte Radialbewegung in Richtung des Zahnkranzes durchführt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Starter für eine Brennkraftmaschine, dessen Starterritzel quer bzw. radial zur Motorlängsachse auslenkbar ist, mit einfachen Maßnahmen kompakt und betriebssicher auszuführen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der erfindungsgemäße Starter wird für Brennkraftmaschinen eingesetzt und umfasst einen elektrischen Startermotor sowie ein Starterritzel, welches von dem Startermotor angetrieben wird. Das Starterritzel ist quer bzw. radial zur Motorlängsachse des Startermotors zwischen einer Außereingriffsposition und einer Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellbar. Bei der Stellbewegung des Starterritzels kann es sich bezogen auf die Motorlängsachse um eine Radialbewegung, um eine translatorische Tangentialbewegung oder um eine Bewegung entlang einer gekrümmten Bahn, beispielsweise entlang einer Kreisbahn handeln, welche in einer Ebene senkrecht zur Motorlängsachse liegt.
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Das Starterritzel ist in einem verstellbaren Exzenterbauteil drehbar gelagert, das seinerseits drehbar in einem Gehäuse des Starters aufgenommen ist. Das Starterritzel liegt exzentrisch zur Drehachse des Exzenterbauteils, so dass bei einer Rotationsbewegung des Exzenterbauteils das Starterritzel die gewünschte Quer- bzw. Radialbewegung ausführt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Starter ist das Exzenterbauteil drehfest mit einem Getriebebauteil ausgeführt, welches Bestandteil eines zwischen Startermotor und Starterritzel angeordneten Getriebes ist, über das die Motordrehzahl in eine geringere Starterritzeldrehzahl untersetzt wird. Die einteilige Ausführung bedeutet, dass das Exzenterbauteil und das Getriebebauteil die gleiche Längs- bzw. Drehachse aufweisen und gemeinsam im aufnehmenden Gehäuse drehbar gelagert sind. Es kommt sowohl eine einstückige Ausführung in Betracht, bei der das Exzenterbauteil und das Getriebebauteil als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sind, als auch eine Ausführung als zwei oder mehrere getrennte Bauteile, die jedoch drehfest miteinander verbunden sind.
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Das Getriebebauteil kann zwischen einer Ausgangsstellung, in der das Starterritzel in Außereingriff mit dem Zahnkranz steht, und einer Startstellung verdreht werden, in der das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht. Das Getriebebauteil dient somit dazu, dem Starterritzel die Einspurbewegung aufzuprägen.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass das Getriebe, welches dem Startermotor nachgeschaltet ist, für die Einspurbewegung des Starterritzels genutzt werden kann. Durch die einteilige Ausbildung von Exzenterbauteil und Getriebebauteil wird eine kompakte Ausführung erreicht, bei der die Verstellbewegung des Starterritzels auf Grund einer reduzierten Teileanzahl reibungsarm durchgeführt werden kann.
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Das Getriebebauteil, welches drehfest mit dem Exzenterbauteil ausgeführt ist, dient insbesondere auch in der Startstellung, in welcher das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz steht, zur Bewegungsübertragung im Übertragungsweg zwischen Startermotor und Starterritzel. Diesem Getriebebauteil kommt somit eine doppelte Funktion zu: Zum einen wird die Verstellbewegung des Starterritzels mithilfe des Getriebebauteils durchgeführt, zum andern wird im eingespurten Zustand die Antriebsbewegung des Startermotors über das Getriebebauteil auf das Starterritzel übertragen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Verstellbewegung des Getriebebauteils zwischen seiner Ausgangsstellung und der Startstellung mittels des Startermotors, so dass keine zusätzliche Stelleinheit wie z.B. ein Starterrelais erforderlich ist. Mit dem Einschalten des Startermotors und dem Beginn der Drehbewegung der Motorwelle wird in einer ersten Bewegungsphase das Getriebebauteil, welches im Ausgangszustand verdrehbar im Gehäuse des Starters gelagert ist, von der Ausgangs- in die Startstellung verdreht. Das Getriebebauteil führt hierbei eine Verdrehbewegung um seine Längsachse durch. Die Verdrehbewegung geht einher mit der Einspurbewegung des Starterritzels.
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Nachdem das Getriebebauteil seine Startstellung erreicht hat, schließt sich an die erste Bewegungsphase die nächste Bewegungsphase an, in der eine weitere Rotation des Getriebebauteils im aufnehmenden Gehäuse verhindert ist und stattdessen das Getriebebauteil zur Abstützung weiterer Bauteile des Getriebes und zur Bewegungsübertragung dient, so dass die Rotationsbewegung der Motorwelle des Startermotors in eine Rotationsbewegung des Starterritzels umgesetzt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist das Getriebe als ein Planetengetriebe und das Getriebebauteil als ein Hohlrad des Planetengetriebes ausgebildet. Im Hohlrad kämmen Planetenräder, die auf einem Planetenträger rotierend gelagert sind, wobei die Planetenräder von einem Sonnenrad angetrieben werden, das drehfest auf der Motorwelle des Startermotors aufsitzt. Das Hohlrad ist um seine Längsachse um einen definierten Winkelbetrag zwischen der Ausgangsstellung und der Startstellung zu verdrehen. Die Verdrehbewegung des Hohlrades wird über den Startermotor und die vorgelagerten Zahnräder, also das Sonnenrad und die Planetenräder erzielt. Mit dem Erreichen der Startstellung ist das Hohlrad gehäusefest fixiert, so dass die Planetenräder an der Innenseite des Hohlrades abwälzen und der Planetenträger eine Rotationsbewegung ausführt, die auf das Starterritzel übertragbar ist.
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Die Drehbewegung des Hohlrads im Gehäuse ist zweckmäßigerweise von einem gehäuseseitigen Anschlag begrenzt. Mit dem Erreichen des Anschlages befindet sich das Hohlrad in der Startstellung.
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Mit dem Einschalten des Startermotors befindet sich der Planetenträger vorteilhafterweise während der ersten Bewegungsphase in einer blockierten Position im Gehäuse, so dass der Planetenträger nicht umlaufen kann. Die Antriebsbewegung der Motorwelle wird über das Sonnenrad und die Planetenräder am feststehenden Planetenträger auf das Hohlrad übertragen, dass von der Ausgangs- in die Startstellung überführt wird.
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Dem Planetenträger ist, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, eine zweckmäßigerweise kraft- und/oder formschlüssige Kupplungsvorrichtung zugeordnet, welche den Planetenträger zwischen einer Blockierposition und einer Freigabeposition verstellt. In der Blockierposition, die der Planetenträger in der ersten Bewegungsphase einnimmt, ist der Planetenträger gehäusefest blockiert bzw. arretiert. In der Freigabeposition, die der Planetenträger in der sich anschließenden, zweiten Bewegungsphase einnimmt, kann dagegen der Planetenträger im Gehäuse rotieren.
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Die Kupplungsvorrichtung kann beispielsweise als Konuskupplung ausgeführt sein oder Schlingbandfedern, Reibbeläge in Bandform, Fliehkraftkupplungen etc. aufweisen.
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Der Kupplungszustand wird, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, mithilfe eines Stellgliedes eingestellt, dessen Stellbewegung von der Drehbewegung des Hohlrades abgegriffen wird. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass für die Änderung des Kupplungszustandes keine aktive Stelleinrichtung erforderlich ist. Vielmehr genügt es, das Stellglied der Kupplungsvorrichtung kinematisch mit dem Hohlrad zu koppeln, so dass die rotatorische Hohlradbewegung den Kupplungszustand der Kupplung einstellt.
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Das Stellglied der Kupplungsvorrichtung ist beispielsweise als eine Schubmutter ausgeführt, die auf einem Außengewinde des Hohlrades aufsitzt und in einer gehäuseseitigen Führungsnut axial geführt ist. Das Außengewinde ist insbesondere als ein Steilgewinde ausgeführt, wobei auf Grund der axialen Führung der Schubmutter in der gehäuseseitigen Führungsnut bei einer Rotationsbewegung des Hohlrades die Schubmutter eine axiale Stellbewegung ausführt. Diese axiale Stellbewegung der Schubmutter wird zum Einstellen des Kupplungszustandes herangezogen.
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Die Kupplungsvorrichtung umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von Kupplungslamellen, die zum Teil gehäuseseitig und zum Teil am Planetenträger drehfest angeordnet sind, jedoch axial verstellt werden können. Das Stellglied beaufschlagt die Kupplungslamellen und drückt diese zum Erreichen der Blockierposition zusammen, wohingegen in der Freigabeposition das Stellglied den Druck auf die Kupplungslamellen verringert bzw. die Kupplungslamellen von dem Druck entlastet. In der Ausführung als Schubmutter drückt diese in der Blockierposition axial gegen die Lamellen bzw. entfernt sich diese zum Erreichen der Freigabeposition von den Lamellen.
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Die Rotationsbewegung des mit dem Exzenterbauteil gekoppelten Getriebebauteils erstreckt sich vorteilhafterweise über einen Winkelbereich von maximal 180°, beispielsweise über einen Winkel von 45°. Der Antrieb des Starterritzels kann bereits noch vor dem Erreichen der Starterposition des Getriebebauteils erfolgen, so dass bereits in der ersten Bewegungsphase der Antrieb des Starterritzels beginnt, was den Vorteil hat, dass das Einspuren in den Zahnkranz bei rotierendem Starterritzel durchgeführt wird. Die Gefahr einer blockierenden Zahn- auf Zahn-Stellung ist hierdurch verringert.
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Das Getriebe kann, gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, insbesondere zusätzlich zu dem Planetengetriebe, eine Doppelhohlradstufe mit zwei Zahnrädern umfassen, die beide in einem weiteren Hohlrad des Getriebes umlaufen, wobei das Hohlrad in dem Exzenterbauteil drehbar gelagert ist. Über die Doppelhohlradstufe kann der Exzenterversatz mit einer 1:1-Getriebeübersetzung überbrückt werden. Das eingangsseitige Zahnrad der Doppelhohlradstufe ist vorteilhafterweise mit dem Planetenträger fest verbunden und wird somit von dem Planetenträger angetrieben. Die Rotation des ersten Zahnrades wird auf das Hohlrad übertragen, welches das zweite Zahnrad antreibt, das fest mit dem Starterritzel gekoppelt ist. Die Achsen der beiden Zahnräder der Doppelhohlradstufe sind zueinander um das gleiche Exzentermaß versetzt, mit dem auch die Längsachse des Starterritzels gegenüber der Motorwellenlängsachse versetzt ist. Das Hohlrad der Doppelhohlradstufe befindet sich vorteilhafterweise innerhalb des Exzenterbauteils und ist in diesem rotierend gelagert.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Starter für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel, das quer zur Längsachse in Eingriffsposition mit einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine zu verstellen ist, in perspektivischer Ansicht,
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2 der Starter in einem Längsschnitt,
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3 eine stirnseitige Ansicht eines Planetengetriebes im Starter,
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4 in vergrößerter Darstellung ein Ausschnitt aus dem Starter im Bereich einer Kupplungsvorrichtung, über die ein Planetenträger des Getriebes gehäusefest blockierbar ist.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 und 2 zeigen einen Starter 1 für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel 2, das in einem Gehäuse 3 zum Einspuren mit dem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine eine Verstellbewegung zwischen Außereingriffs- und Eingriffsposition durchführt, die quer bzw. radial zur Motorlängsachse 4 eines elektrischen Startermotors 5 gerichtet ist. Die Motorwelle 6 des Startermotors 5 ist über ein Planetengetriebe 7 mit dem Starterritzel 2 gekoppelt und treibt dieses an. Die Drehbewegung der Motorwelle 6 des Startermotors wird außerdem dafür herangezogen, die Verstellbewegung des Starterritzels 2 quer zur Motorlängsachse 4 durchzuführen, um das Starterritzel einzuspuren.
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Wie den 1 und 2 in Verbindung mit den weiteren 3 und 4 zu entnehmen, weist das Planetengetriebe 7 ein Hohlrad 8 auf, das im Gehäuse 3 des Starters drehbar gelagert ist. Das Planetengetriebe 7 umfasst des Weiteren ein Sonnenrad 9, das drehfest auf der Motorwelle 6 des Startermotors angeordnet ist, einen Planetenträger 10 mit drei am Planetenträger drehbar gelagerten Planetenrädern 11. Die Planetenräder 11 am Planetenträger 10 kämmen mit der Innenverzahnung des Hohlrades 8.
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Dem Planetengetriebe 7 ist eine Doppelhohlradstufe 12 (2) nachgeschaltet. Die Doppelhohlradstufe 12 weist ein erstes und zweites Zahnrad 13, 14 sowie ein weiteres, zweites Hohlrad 15 auf, wobei das erste Zahnrad 13 auf einem zentralen Achszapfen 16 des Planetenträgers 10 drehfest aufgenommen ist und das zweite Zahnrad 14 drehfest auf einer Welle 17 aufsitzt, mit der auch das Starterritzel 2 verbunden ist. Der Achszapfen 16 des Planetenträgers 10 liegt koaxial zur Motorwelle 6, wohingegen die Welle 17 um ein Exzentermaß parallel zur Motorwelle versetzt angeordnet ist.
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Die Welle 17 ist in einem Exzenterbauteil 18 drehbar gelagert, das ein- oder mehrteilig mit dem Hohlrad 8 des Planetengetriebes ausgebildet ist. Hohlrad 8 und Exzenterbauteil 18 bilden ein zusammenhängendes, gemeinsames Bauteil, das im Gehäuse 3, bei dem es sich um das Polgehäuse des Startermotors handeln kann, um die Motorlängsachse 4 verdrehbar gelagert ist. Die Lagerung erfolgt über Lagerstellen 19 und 20.
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Eine weitere Lagerstelle 21 befindet sich innerhalb des Exzenterbauteils 18 zur Lagerung des zweiten Hohlrades 15, das Bestandteil der Doppelhohlradstufe 12 ist. Die Doppelhohlradstufe 12 erlaubt eine Überbrückung des Exzenterversatzes zwischen der Motorlängsachse 4 und der Längs- bzw. Drehachse des Starterritzels 2 bei einem Übersetzungsverhältnis von 1:1.
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Dem Planetenträger 10 des Planetengetriebes 7 ist eine Kupplungseinrichtung 22 zugeordnet, über die der Planetenträger 10 zwischen einer Freigabeposition und einer Blockierposition verstellbar ist, wobei der Planetenträger 10 in der Freigabeposition im Gehäuse 3 rotieren kann und in der Blockierposition gehäusefest arretiert ist. Die Kupplungseinrichtung 22 weist einen gehäusefest angeordneten Kupplungskorb 23 mit einer Mehrzahl von Kupplungslamellen 24 auf, die zum Teil gehäusefest und zum Teil fest mit dem Planetenträger 10 drehfest verbunden sind, jedoch in Achsrichtung verschieblich angeordnet sind. Über ein als Schubmutter 25 ausgeführtes Stellglied der Kupplungseinrichtung werden die Kupplungslamellen 24 mit einer Axialkraft beaufschlagt, so dass durch Reibung zwischen den Kupplungslamellen die Blockierposition erreicht wird. Umgekehrt gelangt die Kupplungseinrichtung in die Freigabeposition, wenn die Schubmutter 25 sich von den Kupplungslamellen 24 axial entfernt.
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Die Schubmutter 25 sitzt auf der äußeren Mantelfläche des Hohlrades 8 auf und ist über ein Steilgewinde 26 mit dem Hohlrad 8 gekoppelt. Auf der radial außen liegenden Seite weist die Schubmutter 25 eine Führungsnase 28 auf (3), die in eine Führungsnut 27 an der Innenseite des Gehäuses 3 einragt. Die Schubmutter 25 ist ringförmig ausgebildet und weist über den Umfang verteilt mehrere Führungsnasen auf, die in zugeordnete gehäuseseitige Führungsnuten einragen.
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Bei einer Drehbewegung des Hohlrades 8 führt die Schubmutter 25 eine axiale Verschiebebewegung parallel zur Motorlängsachse 4 aus. Je nach Drehrichtung des Hohlrades 8 wird die Schubmutter 25 entweder in Richtung der Kupplungslamellen 24 oder in die entgegengesetzte Richtung verstellt.
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Der Startvorgang läuft wie folgt ab:
Mit dem Starten des elektrischen Startermotors 5 wird die Motorwelle 6 in Rotation versetzt. Diese Drehbewegung wird über das Sonnenrad 9 auf die Planetenräder 11 übertragen. Der Planetenträger 10 befindet sich in dieser ersten Phase des Startvorgangs in der Blockierposition und kann somit nicht im Gehäuse umlaufen; in der Blockierposition ist die Kupplungseinrichtung 22 durch die Schubmutter 25 blockiert.
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Die Drehbewegung der Planetenräder 11 wird über die Innenverzahnung auf das Hohlrad 8 übertragen, das daraufhin eine Drehbewegung um die Motorlängsachse 4 im Gehäuse 3 ausführt. Diese Drehbewegung ist auf einen Winkelbetrag von vorzugsweise kleiner oder gleich 180° beschränkt, beispielsweise auf 45 °. Auf Grund der einteiligen Ausführung mit dem Hohlrad 8 führt auch das Exzenterbauteil 18 eine entsprechende Drehbewegung um die Motorwellenlängsachse 4 aus. Da die Welle 17, auf der das Starterritzel 2 aufsitzt, gegenüber der Motorlängsachse 4 exzentrisch versetzt ist, wird durch die Drehbewegung von Hohlrad 8 und Exzenterbauteil 18 eine radiale Einspurbewegung des Starterritzels 2 bewirkt.
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Die Drehbewegung des Hohlrades 8 im Gehäuse 3 ist durch Anschläge begrenzt. Dadurch ist sichergestellt, dass das Hohlrad 8 nur zwischen seiner Ausgangsstellung, die das Hohlrad vor dem Starten des Startermotors einnimmt, und der Startstellung verdrehbar ist, in der das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht.
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Die Drehbewegung des Hohlrades 8 wird kinematisch über das Steilgewinde 26 in eine axiale Verstellbewegung der Schubmutter 25 übertragen, die daraufhin aus der blockierenden Position in die freigebende Position axial verstellt wird, so dass die Kupplungseinrichtung 22 nicht länger blockiert und der Planetenträger 10 freigegeben ist und im Gehäuse 3 um die Motorlängsachse 4 rotieren kann. Da zugleich eine weitere Verdrehbewegung des Hohlrades 8 durch den gehäuseseitigen Anschlag verhindert ist, wird die antreibende Bewegung der Motorwelle 6 über das Sonnenrad 9, die Planetenräder 11, das Hohlrad 8, den Planetenträger 10 und die Bauteile der Doppelhohlradstufe 12 in eine antreibende Bewegung des Starterritzels 2 übertragen.
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Der Antrieb des Starterritzels 2 erfolgt bereits während der Überführungsbewegung des Hohlrades 8 von der Ausgangsstellung in die Startstellung. Somit erfolgt der Antrieb des Starterritzels nicht schlagartig mit dem Erreichen der Startstellung des Hohlrades, sondern beginnt nach und nach bereits in einer Zwischenstellung des Hohlrades.
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Nach dem erfolgreichen Start der Brennkraftmaschine muss das Starterritzel wieder ausgespurt werden. Hierzu wird der elektrische Startermotor abgeschaltet. Über ein Federelement 29 wird das Hohlrad 8 aus der Startstellung zurück in seine Ausgangsstellung verdreht, wobei diese Drehbewegung über die kinematische Kopplung auch auf die Schubmutter 25 der Kupplungseinrichtung übertragen wird und die Kupplungseinrichtung somit wieder in die Blockierstellung gelangt, in der ein Umlaufen des Planetenträgers im Gehäuse verhindert ist. Das Federelement 29 befindet sich auf der Außenseite von Exzenterbauteil 18 bzw. Hohlrad 8 und stützt das Exzenterbauteil 18 bzw. das Hohlrad 8 in Umfangsrichtung am Gehäuse 3 ab. Während der ersten Phase der Startbewegung wird das Hohlrad 8 gegen die Kraft des Federelementes 29 verdreht, mit dem Beenden des Startvorgangs wird die im Federelement 29 gespeicherte Energie zum Rückstellen von Hohlrad 8 bzw. Exzenterbauteil 18 verwendet.
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Zweckmäßigerweise ist in den Starter eine Freilaufeinrichtung integriert, um sicherzustellen, dass nach dem Starten der Brennkraftmaschine die höheren Drehzahlen nicht auf den Startermotor übertragen werden. Die Freilaufeinrichtung befindet sich bevorzugt zwischen dem Planetengetriebe und dem Starterritzel.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 358082 A [0002]
- CH 97941 [0004]
