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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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In der
US 2008/0106166 A1 wird eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben, die ein elektrisch antreibbares Starterritzel aufweist, welches mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellbar ist. Das Starterrelais weist einen Hubanker auf, der über einen Gabelhebel mit einer Koppelhülse verbunden ist, welche axial formschlüssig, jedoch drehbar mit dem Starterritzel verbunden ist. Bei einer Betätigung des elektromagnetischen Starterrelais wird der Hubanker axial verstellt, wobei die Stellbewegung über den Gabelhebel auf die Koppelhülse und das Starterritzel übertragen wird. Das Starterritzel sitzt auf einer Antriebswelle, die von dem elektrischen Startermotor angetrieben wird, wenn das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Startvorrichtung die Übertragung der Stellbewegung von einem Starterrelais zum Starterritzel in einer konstruktiv einfachen und kostengünstigen Weise auszubilden.
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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, die zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt wird, umfasst einen elektrischen Startermotor, welcher ein Starterritzel drehend antreibt, sobald das Starterritzel aus einer Außerfunktionsposition in eine vorgerückte Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt wird. Die Verstellbewegung des Starterritzels erfolgt mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais, das mit einem Hubanker versehen ist, dessen Stellbewegung bei einer Betätigung des Starterrelais über ein Stellglied, insbesondere einen Verstell- bzw. Gabelhebel, auf das Starterritzel übertragen wird. Bei der Verstellbewegung des Starterritzels zwischen Außerfunktions- und Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine handelt es sich vorzugsweise um eine axiale Stellbewegung entlang der Ritzellängsachse; in Betracht kommen aber auch Stellbewegungen mit einer Komponente quer zur Ritzellängsachse.
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Das Stellglied, welches von dem Hubanker des Starterrelais betätigt wird, greift an einer Koppelhülse an, die ein separat vom Starterritzel ausgebildetes Bauteil bildet, jedoch formschlüssig mit dem Starterritzel verbunden ist. Die formschlüssige Verbindung zwischen Koppelhülse und Starterritzel besteht in Umfangsrichtung, zugleich sind die Koppelhülse und das Starterritzel drehfest miteinander verbunden.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass aufgrund der separaten Ausführung das Starterritzel und die Koppelhülse aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden können. So ist es beispielsweise möglich, dass die Koppelhülse aus einem Kunststoffmaterial besteht, wohingegen das Starterritzel als Metallbauteil oder Sinterbauteil ausgeführt sein kann. Insgesamt wird hierdurch die zu bewegende Masse, welche bei der Vorrückbewegung von dem Starterrelais verstellt werden muss, reduziert.
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Des Weiteren lässt sich die Koppelhülse in einfacher Weise herstellen, insbesondere in der Ausführung als Kunststoffbauteil, das beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt wird. Aufwändige Nachbearbeitungen, beispielsweise zum Erzeugen einer Eingriffsnut an der Koppelhülse, können entfallen oder werden auf ein Minimum reduziert.
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Aufgrund des Formschlusses in Umfangsrichtung führen Koppelhülse und Starterritzel eine identische Drehbewegung aus, die von dem elektrischen Startermotor erzeugt wird. Da die Koppelhülse und das Starterritzel keine Relativbewegung zueinander ausführen, ist die Verschleißgefahr reduziert. Des Weiteren eröffnet die drehfeste Kopplung zwischen Koppelhülse und Starterritzel die Möglichkeit, die Drehantriebsbewegung des Startermotors über die Koppelhülse auf das Starterritzel zu übertragen. Die Koppelhülse weist hierfür beispielsweise ein Innensteilgewinde auf, das mit einem Außengewinde der Antriebswelle kämmt, welche von dem Startermotor entweder direkt oder über ein Getriebe angetrieben wird. Über das Steilgewinde können Koppelhülse und Starterritzel bereits während der axialen Vorschubbewegung zwischen Außerfunktions- und Eingriffsposition, die von dem Starterrelais erzeugt wird, eine Drehbewegung um die Ritzellängsachse ausführen, was das Einspuren in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine erleichtert.
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Möglich ist es aber auch, dass das Starterritzel ein Innensteilgewinde aufweist, das mit dem Außengewinde der Antriebswelle kämmt. In diesem Fall besteht keine Kopplung zwischen der Koppelhülse und der Antriebswelle.
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Die in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung zwischen dem Starterritzel und der Koppelhülse kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ragt die Koppelhülse axial zumindest teilweise in das hohlzylindrisch ausgebildete Starterritzel ein. Hierzu weist die Koppelhülse beispielsweise einen Bund auf, dessen Außendurchmesser so bemessen ist, dass ein Eingriff in die zentrische Ausnehmung des Starterritzels möglich ist. An der Stirnseite des Bundes können Formschlusselemente angeordnet sein, denen korrespondierende Formschlusselemente an einer Innenschulter am Starterritzel zugeordnet sind. Bei einem Eingriff der Formschlusselemente an Koppelhülse und Starterritzel besteht ein Formschluss in Umfangsrichtung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist die Koppelhülse eine scheibenförmige Stirnplatte auf, die eine axiale Stirnseite der Koppelhülse bildet und an der die Formschlusselemente angeordnet sind. Die Formschlusselemente befinden sich vorteilhafterweise an der axialen Außenseite der Stirnplatte, deren andere Seitenfläche eine Eingriffsnut begrenzen kann, in die der von dem Hubanker des Starterrelais verstellbare Gabelhebel eingreift. Die Formschlusselemente an der Stirnplatte können diese gegebenenfalls radial überragen oder auch radial innerhalb des Außenumfangs der Stirnplatte angeordnet sein. Die Formschlusselemente überragen zweckmäßigerweise axial die Außenseite der Stirnplatte.
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In Betracht kommen auch Ausführungen, bei denen das Starterritzel mit einem Bund versehen ist, auf den die hohlzylindrische Koppelhülse axial vollständig oder teilweise aufschiebbar ist.
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Des Weiteren sind Ausführungen möglich, bei denen das Starterritzel mit einer Stirnplatte versehen ist, an der Formschlusselemente zum Eingriff mit den korrespondierenden Formschlusselementen an der Koppelhülse angeordnet sind. Sofern auch die Koppelhülse eine Stirnplatte aufweist, liegen die Stirnplatten vorteilhafterweise flächig aneinander; hierbei greifen die Formschlusselemente ineinander, wodurch in Umfangsrichtung eine drehfeste Verbindung zwischen dem Starterritzel und der Koppelhülse hergestellt wird.
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Es kann zweckmäßig sein, das Starterritzel und die Koppelhülse über ein Verbindungsbauteil in Achsrichtung miteinander zu koppeln. Gegebenenfalls wird hierbei nur in eine Achsrichtung eine Kopplung erzeugt. Möglich sind aber auch Ausführungen, bei denen über das Verbindungselement die Koppelhülse und das Starterritzel in beide Achsrichtungen miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind das Starterritzel und die Koppelhülse zusätzlich zu dem in Umfangsrichtung wirkenden Formschluss auch noch reib- bzw. kraftschlüssig miteinander verbunden. Über den Reib- bzw. Kraftschluss sind die beiden Bauteile zusätzlich zu dem in Umfangsrichtung wirkenden Formschluss auch in Achsrichtung miteinander gekoppelt. Der Reib- bzw. Kraftschluss wird beispielsweise durch Erzeugen einer Pressverbindung hergestellt, indem die Koppelhülse mit einem Bund in das Starterritzel eingepresst wird. Die Pressverbindung lässt sich insbesondere bei einer Ausführung der Koppelhülse als Kunststoffbauteil leicht erzeugen.
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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 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem axial über ein Starterrelais verstellbaren Starterritzel, das über einen elektrischen Startermotor drehend anzutreiben ist, wobei das Starterrelais über einen Gabelhebel mit einer Koppelhülse verbunden ist, die mit dem Starterritzel gekoppelt ist,
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2 einen Längsschnitt durch das Starterritzel und die formschlüssig mit dem Starterritzel verbundene Koppelhülse,
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3 Starterritzel und Koppelhülse in perspektivischer Ansicht, mit an der Stirnseite der Koppelhülse angeordneten Formschlusselementen,
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4 eine 3 entsprechende Darstellung, jedoch mit Formschlusselementen am Außenumfang der Koppelhülse,
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5 ein Starterritzel und eine Koppelhülse in einer weiteren Ausführung im zusammengesetzten Zustand,
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6 Starterritzel und Koppelhülse gemäß 5 in Einzeldarstellung,
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7 Starterritzel und Koppelhülse in einer weiteren Ausführung im zusammengesetzten Zustand,
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8 Starterritzel und Koppelhülse gemäß 7 in Einzeldarstellung,
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9 Starterritzel und Koppelhülse in einer weiteren Ausführung im zusammengesetzten Zustand,
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10 einen Verbindungsring, über den das Starterritzel und die Koppelhülse gemäß 9 axial zusammengehalten werden,
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11 Starterritzel und Koppelhülse aus 9 in Einzeldarstellung,
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12 Starterritzel und Koppelhülse in einer weiteren Ausführung,
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13 Starterritzel und Koppelhülse in noch einer weiteren Ausführung.
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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 Antriebswelle wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet axial verschieblich gelagert, wobei das Starterritzel 2 drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt ist. Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 mithilfe eines 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 ist über ein als Gabelhebel bzw. Einrückhebel ausgeführtes Stellglied 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 gekoppelt, so dass die axiale Verstellbewegung des Hubankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition in eine korrespondierende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition umgesetzt wird.
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Die drehende Antriebsbewegung auf die Antriebswelle bzw. das Starterritzel 2 wird mithilfe eines elektrischen Startermotors 11 erzeugt, der über ein Getriebe 12, beispielsweise ein Planetengetriebe, mit der Antriebswelle gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 wird die Antriebswelle 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 kann gegebenenfalls mit einer Freilaufkupplung versehen sein, die beispielsweise als Rollenfreilauf ausgebildet ist. Die Freilaufkupplung ist im kinematischen Übertragungsweg zwischen dem Startermotor und dem Starterritzel angeordnet und erlaubt eine Übertragung der Drehbewegung in Antriebsrichtung des elektrischen Startermotors. Sobald jedoch nach dem Starten der Brennkraftmaschine die Drehgeschwindigkeit des Zahnkranzes so hoch wird, dass die Antriebsrichtung umgekehrt wird, wird über die Freilaufkupplung die kinematische Kopplung aufgehoben.
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Der Gabelhebel 9 ist ritzelseitig mit einer Koppelhülse 13 gekoppelt, die in Umfangsrichtung formschlüssig mit dem Starterritzel 2 verbunden ist. Die Koppelhülse 13 ist beispielsweise auf einen Ritzelbund 2a des Starterritzels 2 aufgeschoben, wobei verschiedenartige formschlüssige Verbindungen in Umfangsrichtung zwischen dem Starterritzel 2 und der Koppelhülse 13 möglich sind. Die Koppelhülse 13 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, wohingegen das Starterritzel 2 als Sinterbauteil oder als Stahlbauteil ausgeführt sein kann.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Kopplung des Starterritzels 2 mit der Koppelhülse 13 dargestellt. Beide Bauteile sind hohlzylindrisch ausgebildet, die Koppelhülse 13 ist teilweise in das Starterritzel 2 eingesteckt und im Bereich des eingesteckten Abschnittes in Umfangsrichtung formschlüssig mit dem Starterritzel 2 verbunden. Der Formschluss erfolgt über Formschlusselemente, die an oder benachbart zur Stirnseite des einragenden Abschnittes an der Koppelhülse 13 ausgebildet sind und formschlüssig in korrespondierende Formschlusselemente an der Innenwand des Starterritzels 2 eingreifen.
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Die Baueinheit mit dem Starterritzel 2 und der Koppelhülse 13 weist eine umlaufende Eingriffsnut 14 auf, über die der Gabelhebel axial formschlüssig mit der Koppelhülse 13 verbunden ist. Die Eingriffsnut 14 erlaubt eine Relativdrehbewegung zwischen der Koppelhülse 13, die drehfest mit dem Starterritzel 2 verbunden ist, und dem Gabelhebel, der keine Drehung um die Längs- bzw. Drehachse des Starterritzels ausführt. Die Eingriffsnut 14 wird axial von zwei Stirnplatten 15 und 16 begrenzt, welche einen größeren Durchmesser als ein Bund 19 der Koppelhülse 13 aufweisen. Die Stirnplatte 15 ist einteilig mit dem Starterritzel 2 ausgebildet und liegt auf der der Koppelhülse 13 zugewandten Stirnseite. Der Bund 19 der Koppelhülse 13 ragt axial teilweise in das Starterritzel 2 ein. Der außerhalb des Starterritzels 2 liegende Abschnitt des Bundes 19, der axial von den Stirnplatten 15 und 16 begrenzt ist, bildet die Eingriffsnut 14 für den Gabelhebel.
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In die Koppelhülse 13 ist ein Innensteilgewinde 17 eingebracht, mit dem ein Außengewinde einer Antriebswelle 18 kämmt, die direkt oder über ein zwischengeschaltetes Getriebe von der Motorwelle des Startermotors angetrieben wird. Die Antriebswelle 18 ragt in die Koppelhülse 13 ein. Bei der axialen Vorschubbewegung des aus dem Starterritzel 2 und der Koppelhülse 13 bestehenden Verbundes, ausgelöst bei einer Betätigung des Starterrelais und die Stellbewegung des Gabelhebels, führt die Koppelhülse 13 auf Grund der Gewindekopplung zwischen dem Innensteilgewinde 17 und der Antriebswelle 18 eine Drehbewegung um die Ritzellängsachse während der axialen Vorschubbewegung aus. Hierdurch wird das Eingreifen in die Verzahnung des Zahnkranzes 3 erleichtert. Nach dem Erreichen der Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 wird der Startermotor in Betrieb genommen, wobei die Drehbewegung der Antriebswelle 18 über die Verzahnung von Außengewinde an der Antriebswelle und dem Innensteilgewinde 17 auf die Koppelhülse 13 übertragen wird. Auf Grund der drehfesten Verbindung führt auch das Starterritzel 2 die gleiche Drehbewegung wie die Koppelhülse 13 aus.
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Wie der perspektivischen Ansicht gemäß 3 zu entnehmen, befinden sich an der freien Stirnseite des Bundes 19 an der Koppelhülse 13 axial überstehende, zahnförmige Formschlusselemente 20, die ringförmig umlaufend angeordnet sind. Die Formschlusselemente 20 an der Koppelhülse 13 greifen in Formschlusselemente 21 ein, die an der Innenwand der zentralen Ausnehmung im Starterritzel 2 angeordnet sind. Die Formschlusselemente 20 an der Koppelhülse 13 ragen radial nicht über die Mantelfläche des Bundes 19 hinaus.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 entspricht weitgehend demjenigen gemäß 3. Jedoch sind die Formschlusselemente 20 an der Koppelhülse 13 gegenüber der axialen, freien Stirnseite des Bundes 19 axial zurückgesetzt und liegen an der radial außen liegenden Mantelfläche des Bundes 19. Der Bund 19 ragt wie beim Ausführungsbeispiel 3 axial nur über seine Teillänge in das Starterritzel 2 ein, so dass der Stirnseite des Starterritzels eine ausreichend große Eingriffsnut für den Eingriff des Gabelhebels zur Verfügung steht. Sowohl bei 3 als auch bei 4 bewirken die ineinandergreifenden Formschlusselemente 20 und 21 an der Koppelhülse 13 bzw. dem Starterritzel 2 einen Formschluss in Umfangsrichtung. Der Bund 20 an der Koppelhülse 13 kann ggf. mit Presspassung in die zentrale Ausnehmung im Starterritzel 2 eingeführt werden. Das Innensteilgewinde befindet sich sowohl bei 3 als auch bei 4 an der Innenwand der Koppelhülse 13.
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In den 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das Starterritzel 2 und die Koppelhülse 13 ebenfalls in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind. Die Koppelhülse 13 weist an ihrem Bund an beiden axialen Stirnseiten jeweils eine Stirnplatte 16, 22 auf, die die zwischenliegende Eingriffsnut 14 axial begrenzen. An der Außenseite der Stirnplatte 22 befinden sich über den Umfang verteilt sowie radial verteilt verschiedene, axial überstehende Formschlusselemente 20, die in korrespondierende, als Ausnehmungen ausgeführte Formschlusselemente an der Stirnplatte 15 des Starterritzels 2 eingreifen. Die radial außen liegenden Formschlusselemente 20 an der Koppelhülse 13 können elastisch federnd und als hakenförmiges Element ausgebildet sein und im Eingriff mit den als Ausnehmungen ausgeführten Formschlusselementen 21 am Starterritzel 2 einen Vorsprung axial hintergreifen, so dass zusätzlich zum Formschluss in Umfangsrichtung auch ein Formschluss in Achsrichtung gegeben ist, über den die Koppelhülse 13 und das Starterritzel 2 unverlierbar axial aneinander gehalten sind. Die Stirnplatte 15 am Starterritzel 2 und die Stirnplatte 22 an der Koppelhülse 13 liegen im montierten Zustand unmittelbar aneinander.
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Auch im Ausführungsbeispiel gemäß den 7 und 8 weist die Koppelhülse 13 zwei randseitige Stirnplatten 16 und 22 auf, zwischen denen die umlaufende Eingriffsnut 14 liegt. An der Außenseite der Stirnplatte 22 befinden sich die Formschlusselemente 20, die zum Teil als axial überstehende Elemente und zum Teil als in die Stirnplatte eingebrachte Ausnehmungen ausgebildet sind. Den Formschlusselementen 20 an der Koppelhülse 13 sind korrespondierende Formschlusselemente 21 an der Stirnseite des Starterritzels 2 zugeordnet.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den 9 bis 11 liegen die Stirnplatten 15 am Starterritzel 2 sowie 22 an der Koppelhülse 13 im montierten Zustand unmittelbar aneinander und sind von einem Verbindungsring 23 umgriffen, der das Starterritzel 2 und die Koppelhülse 13 in Achsrichtung aneinander sichert. In Umfangsrichtung besteht durch den gegenseitigen Eingriff der Formschlusselemente 20 und 21 an der Koppelhülse 13 bzw. dem Starterritzel 2 ein Formschluss. Die Formschlusselemente 20 und 21 sind jeweils als Vorsprünge bzw. Ausnehmungen ausgebildet.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 12 ist die Koppelhülse 13 analog zum Ausführungsbeispiel gemäß den 9 bis 11 ausgebildet und weist zwei stirnseitige Stirnplatten 16 und 22 auf, zwischen denen die Eingriffsnut 14 liegt. Das Starterritzel 2 besitzt einen Bund 24, auf den die Koppelhülse 13 komplett aufgeschoben ist. Die Koppelhülse 13 ist mithilfe eines Klemmrings 15 auf dem Bund 24 des Starterritzels 2 axial gesichert. Der Formschluss in Umfangsrichtung erfolgt über Formschlusselemente an der Innenwand der Koppelhülse 13 bzw. dem Außenmantel des Bundes 24 am Starterritzel 2. Der Klemmring 15 beaufschlagt axial eine Federscheibe 26, welche eine axiale Klemmkraft auf die Koppelhülse 13 in Richtung der Verzahnung des Starterritzels 2 ausübt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 13 ist die Koppelhülse 13 lediglich als eine Scheibe mit zentraler Ausnehmung ausgeführt, die auf den Bund 24 des Starterritzels 2 aufgeschoben und in der aufgeschobenen Position mithilfe des Klemmrings 25 gesichert ist. Die formschlüssige Drehsicherung erfolgt vorzugsweise ebenfalls über Formschlusselemente an der Innenwand der Koppelhülse 13 und dem Außenmantel des Bundes 24 am Starterritzel 2. Die Eingriffsnut 14 wird somit begrenzt von der Koppelhülse 13 einerseits und der Stirnplatte 15 am Starterritzel 2 andererseits.
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Sowohl beim Ausführungsbeispiel gemäß 12 als auch beim Ausführungsbeispiel gemäß 13 ist das Innensteilgewinde 17 in die Innenwand des Starterritzels 2 eingebracht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0106166 A1 [0002]
