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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugbauteil, insbesondere einen Eingriffsvorrichtung für einen Starter sowie einen Starter mit solcher Eingriffsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Ein Starter wird auch als Motor bezeichnet, der über einen Gleichstrommotor Kraft erzeugt; die Kraft wird über ein Anlasszahnrad auf einen Anlasszahnkranz übertragen, dadurch werden das Schwungrad und die Kurbelwelle zur Drehung angetrieben und somit läuft der Motor an.
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Nach dem Anlauf des Starters bewegt sich das Ritzel mit der Spindel axial. Dabei werden die Zähne des Ritzels federnd gegen die Zähne des Zahnkranzes geschoben und an den Zähnen des Zahnkranzes angelegen und dann wird das Ritzel mit der Spindel gedreht, so dass die Zähne des Ritzels in die Zahnlücken des Zahnkranzes verschieben und die Kopplung zwischen dem Ritzel und dem Zahnkranz erfolgt wird.
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Meistens ist das Ritzel des Starters nicht in der Lage, direkt in den Zahnkranz einzugreifen; es erfordert die Drehung um einen Winkel des vom Elektromotor angetriebenen Ritzels zum Finden der Zahnlücken des Zahnkranzes, und danach kann nur das Ritzel einzugreifen beginnen. Der Eingriffsvorgang des Ritzels braucht eine gewisse Zeit, und die Eingriffstiefe wird auch mit der Zeit allmählich vergrößert. Weil am Anfang der Drehung des Elektromotors (unter niedriger Geschwindigkeit) das Drehmoment sehr groß ist, kann das Ritzel üblicherweise nicht vollständig in den Zahnkranz eingreifen, wenn sich das Ritzel durch Antreiben vom Elektromotor bereits um einen Winkel dreht und zu den Zahnlücken des Zahnkranzes kommt. Genauer gesagt ist die Eingriffstiefe in den Zahnkranz (Anfangeingriffstiefe) sehr gering (in der Regel 0.5 bis 1.5mm). Unter Bedingung des großen Drehmoments ist es möglich, den Zahnkranz vom Ritzel wegen Fräsen zu zerstören (normalerweise sind die Festigkeit und die Härte des Materials des Ritzels wesentlich größer als die des Materials des Zahnkranzes), wenn die Eingriffstiefe zu gering ist. Diese Erscheinung ist ähnlich wie den Bearbeitungsvorgang eines Teils mit Fräser, daher ist sie allgemeinverständlich als "Zahnfräsen" bezeichnet. Deswegen ist die Anfangeingriffstiefe des Ritzels in den Zahnkranz einen wichtigen Faktor zum Auswerten des Eingriffsverhaltens des Starters.
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Nun werden mehrere Lösungen vorgeschlagen, um das Eingriffsverhalten zu erhöhen. In einer Lösung werden eine Zahnkopfabrundung des Ritzels und die Zahnflankenabrundung des Zahnkranzes an den gegenüberliegenden Stirnflächen des Ritzels und des Zahnkranzes gefertigt, um die Verschiebung der Zähne des Ritzels entlang den Zähnen des Zahnkranzes zweckmäßig zu führen. Dennoch erfordert es noch einen sehr großen Relativdrehwinkel, um das Eingreifen des Ritzels in den Zahnkranz zu ermöglichen, nämlich der Vorgang zur Zahnlückensuchung, der durch Antreiben des Elektromotors erfolgt wird, kann nicht absolut vermieden werden. In der anderen Lösung wird eine zweistufige Schaltung vorgeschlagen, wobei eine zusätzliche Primärschaltung das Ritzel zur Zahnlückensuchung und zum Eingreifen antreibt; und ein Sekundärstrom, der aktuell den Motor betreiben kann, angeschlossen wird, wenn die Eingriffstiefe des Ritzels einen relativ großen Wert (mehr als 5mm) erreicht hat. Dadurch kann auch die Zahnfräsen-Erscheinung im Eingriffsvorgang beim Antreiben des Ritzels mit großem Drehmoment reduziert werden. Jedoch wird dies mit einer weiter ausgebildeten Schaltung ermöglicht, dabei wird die Produktkosten erhöht; zudem versagt diese Schaltung unter schlechten Arbeitsbedingen sehr leicht, was zu Unzufriedenheit des Benutzers führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt eine Aufgabe zugrunde, eine Eingriffsvorrichtung für einen Starter anzugeben, mit der das Ritzel des Starters in den Anlasszahnkranz des Starters schnell und zuverlässig eingreifen kann.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Eingriffsvorrichtung eine Spinde und ein auf der Spindel aufgesetzten Ritzel, wobei ein Außenkeil auf der Spindel vorgesehen wird und die Spindel eine Grenzposition des Ritzels begrenzt, und der Zahn des Außenkeils eine erste antreibende Zahnflanke aufweist; wobei ein sich an den Außenkeil der Spindel anpassender Innenkeil im Ritzel vorgesehen wird, und der Zahn des Innenkeils eine erste angetriebene Zahnflanke aufweist; wobei die erste antreibende Zahnflanke des Außenkeils eine Wirkungskraft auf das Ritzel ausübt, die eine Umfangskomponente und eine in Richtung der Grenzposition axiale Komponente aufweist, wenn die erste antreibende Zahnflanke des Außenkeils im Kontakt mit der ersten angetriebenen Zahnflanke des Innenkeils steht; wobei der Zahn des Innenkeils eine zweite antreibende Zahnflanke aufweist, der Zahn des Außenkeils eine zweite angetriebene Zahnflanke aufweist, und die zweite angetriebene Zahnflanke des Außenkeils eine Wirkungskraft auf das Ritzel ausübt, die keine von der Grenzposition weit entfernte axiale Komponente aufweist, wenn die zweite antreibende Zahnflanke des Innenkeils im Kontakt mit der zweiten angetriebenen Zahnflanke des Außenkeils steht.
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Alternativ gibt es bei der obengenannten Eingriffsvorrichtung eine Spielpassung zwischen dem Außenkeil der Spindel und dem Innenkeil des Ritzels; ein elastisch vorformbares Federelement wird zwischen der Spindel und dem Ritzel eingebaut, das eine in Richtung der Grenzposition orientierte Federkraft auf das Ritzel ausübt.
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Alternativ erstreckt sich bei der obengenannten Eingriffsvorrichtung die erste antreibende Zahnflanke in Form von Spirale in erste Richtung; die zweite antreibende Zahnflanke erstreckt sich axial und/oder in Form von Spirale in zweite Richtung, wobei die Spirale in zweite Richtung und die Spirale in erste Richtung gegenläufig sind.
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Alternativ umfasst bei der obengenannten Eingriffsvorrichtung der Außenkeil der Spindel einen ersten als Spiralkeil ausgebildeten Außenkeil und einen zweiten als Geradkeil ausgebildeten Außenkeil, wobei die erste antreibende Zahnflanke auf dem ersten Außenkeil vorgesehen wird; der Innenkeil des Ritzels umfasst einen ersten als Spiralkeil ausgebildeten Innenkeil, wobei die zweite antreibende Zahnflanke auf dem Zahn des der Stelle des zweiten Außenkeils entsprechenden ersten Innenkeils vorgesehen wird.
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Alternativ stellt bei der obengenannten Eingriffsvorrichtung die zweite antreibende Zahnflanke eine Rundung auf dem ersten Innenkeil dar, wobei die Rundung in einer zu der Oberfläche der Zahnflanke des zweiten Außenkeils parallelen Ebene liegt.
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Alternativ werden bei der obengenannten Eingriffsvorrichtung der erste Außenkeil und der zweite Außenkeils einstückig gebildet oder getrennt angeordnet.
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Alternativ íst bei der obengenannten Eingriffsvorrichtung ein Spalt zwischen dem zweiten Außenkeil und dem ersten Innenkeil vorhanden, wenn die erste antreibende Zahnflanke im Kontakt mit der Zahnflanke des ersten Innenkeils steht; ein Spalt ist zwischen dem ersten Innenkeil und dem ersten Außenkeil vorhanden, wenn die zweite antreibende Zahnflanke im Kontakt mit dem zweiten Außenkeils steht.
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Alternativ weist bei der obengenannten Eingriffsvorrichtung die Spindel einen an der Spindel angebrachten Sperrring auf, der an dem Ritzel anliegt, um die Grenzposition des Ritzels zu begrenzen.
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Alternativ wird bei der obengenannten Eingriffsvorrichtung der Sperrring auf dem Außenkeil der Spindel angebracht.
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Während einer axialen Verschiebung zwischen dem Ritzel und der Spindel kann sich das Ritzel auch gleichzeitig zu der Spindel automatisch um einen Winkel drehen, so dass das Ritzel schnell die Zahnlücke des Zahnkranzes finden und in dieselben eingreifen kann, um den Eingriff zu erreichen. Das Ritzel kann immer, nicht nur unter Drehung der Spindel, sogar ohne Drehung der Spindel, sehr schnell in den Zahnkranz eingreifen. Mindestens wird auf einer/einem von Spindel oder Ritzel eine Keilkombination ausgebildet, und zwar jeweils Spiralkeil und Geradkeil, wobei der Spiralkeil und der Geradkeil getrennt vorgesehen und fertigt werden können.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der erfindungsgemäße Starter: eine Verzögerungsvorrichtung, die mit einem Elektromotor verbunden ist; eine Freilaufkupplung mit einem Antriebsteil und einem Abtriebsteil, wobei der Antriebsteil mit der Verzögerungsvorrichtung verbunden wird; und die obengenannte Eingriffsvorrichtung, deren Spindel mit dem Abtriebsteil der Freilaufkupplung verbunden wird.
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Der erfindungsgemäße Starter kann einen schnellen Eingriff erlauben, und eine gewisse Anfangeingriffstiefe sicherstellen. Im Eingriffsvorgang kann das Ritzel automatisch in den Zahnkranz eingreifen, wodurch der Einfluss der Zahnfräsen-Erscheinung auf den Zahnkranz weitgehend reduziert werden kann. Ferner wird im Vergleich mit dem Stand der Technik lediglich ein Kombikeil (combined splines) zum erfindungsgemäßen Starter hinzugefügt, dessen Konfiguration und Herstellung leicht zu realisieren sind.
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Die weiteren Aspekte und Merkmale der Erfindung werden durch folgenden nähren Erläuterungen anhand der Zeichnungen ersichtlich. Jedoch ist es zu verstehen, die Zeichnungen nur zur Erläuterung, anstatt zur Beschränkung der Erfindung zu dienen, weil der Schutzumfang durch die beiliegenden Ansprüche dargelegt wird. Es ist auch zu verstehen, dass die Zeichnungen lediglich die hier beschriebenen Strukturen und Abläufe prinzipiell darstellen, und nicht maßstäblich gezeichnet werden muss, sofern nichts anderes bestimmt ist.
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Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung ist unter Bezugnahme auf die folgenden weiteren Erläuterungen der Ausführungsformen anhand der Zeichnungen ausreichend zu verstehen. In den Zeichnungen beziehen sich die gleichen Bezugszeichen stets auf gleiche Elemente. Es zeigen:
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1 zeigt schematisch die Struktur des erfindungsgemäßen Starters in einer Ausführungsform,
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2 zeigt in einer Perspektiveansicht eine Ausführungsform der Spindel des erfindungsgemäßen Starters,
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3a zeigt eine Teilperspektiveansicht nach Zusammenbau des Ritzels mit der Spindel im erfindungsgemäßen Starter, 3b zeigt einen Teilschnitt des zusammengebauten Ritzels mit der Spindel nach 3a,
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4 zeigt einen weiteren Schnitt nach Zusammenbau des Ritzels mit der Spindel im erfindungsgemäßen Starter,
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5a und 5b zeigen jeweils schematisch die zwei Ausführungsformen der Keilkombination im erfindungsgemäßen Starter, und
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6 bis 9 zeigen schematisch den Eingriffsvorgang des erfindungsgemäßen Starters mit dem Treibrad des Motors.
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Darstellung der Ausführungsformen
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Zum genauen Verständnis des von der Erfindung beanspruchten Gegenstand vom Fachmann werden nachfolgend die Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Die Begriffe über die räumlichen Verhältnisse, wie „Vorderseite“, „Vorderende“, „Rückende“, „nach links“, „nach rechts“, „nach unten“ usw., können in der Erfindung zur Einfachheit der Beschreibung verwendet werden, um die Verhältnisse zwischen einem Element oder Merkmal und einem weiteren Element oder Merkmal in der Zeichnung darzulegen. Es ist zu verstehen, dass neben den in den Zeichnungen gezeigten Richtungen die Begriffe über die räumlichen Verhältnisse die unterschiedlichen Ausrichtungen der Vorrichtung in Verwendung oder im Betrieb enthalten.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die schematisch die Struktur des erfindungsgemäßen Starters in einer Ausführungsform zeigt. Der Starter umfasst einen Elektromotor, ein Getriebe und eine Steuereinheit. Beim Elektromotor handelt es sich um einen Gleichstrommotor 10, der die vom Akkumulator zugeführte Gleichstromenergie in die mechanischen Energie umwandelt, und ein elektromagnetisches Drehmoment erzeugt. Das Getriebe sorgt für die Übertragung des elektromagnetischen Drehmoments und bewirkt unter Regelung der Steuereinheit den Eingriff des Elektromotor mit dem Zahnkranz 80 auf dem Motor.
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Das Getriebe umfasst eine Verzögerungsvorrichtung, eine Freilaufkupplung und eine Eingriffsvorrichtung. Dabei bezieht sich die Eingriffsvorrichtung auf einen Teil im Starter, der im Eingriff mit dem Zahnkranz 80 des Motors steht und eine Spindel 50 und ein Ritzel 60 aufweist. Die Verzögerungsvorrichtung kann sich auf eine dem Fachmann bekannte Verzögerungsvorrichtung in jeder Art beziehen, wie z.B. ein Zahnraduntersetzungsgetriebe. Wie in 1 gezeigt ist die Verzögerungsvorrichtung ein Planetentriebuntersetzungsgetriebe 20. Im Einzelnen umfasst das Planetentriebuntersetzungsgetriebe 20 ein Sonnenrad 21, ein mit dem Sonnenrad 21 konzentrisch angebrachten Außenzahnkranz 22, ein Planetenrad 23 sowie einen Planetenträger 24. Der Außenzahnkranz 22 ist um das Sonnenrad 21 drehbar. Das Planetenrad 23 liegt zwischen dem Sonnenrad 21 und dem Außenzahnkranz 22 und greift jeweils in das Sonnenrad 21, in den Außenzahnkranz 22 ein. Dabei wird die Abtriebswelle des Planetenrads 23 mit dem Planetenträger 24 verbunden. Die Abtriebswelle des Elektromotors ist mit dem Sonnenrad 21 verbunden. Wenn sich der Elektromotor dreht und somit das Sonnenrad 21 treibt, ist die Ausgangsbewegung des Planetenträgers 24 eine Drehbewegung mit reduzierter Drehzahl.
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Die Freilaufkupplung 3 umfasst ein Antriebsteil 31 und ein Abtriebsteil 32, wobei das Antriebsteil 31 in der Freilaufkupplung 3 angeordnet und mit dem Planetenträger 24 verbunden ist. Das Abtriebsteil 32 wird außerhalb der Freilaufkupplung 3 vorgesehen, genauer gesagt wird ein Ende des Abtriebsteils 32 außerhalb des Abtriebsteils 32 aufgesetzt, und das andere Ende ist mit der Spindel 50 verbunden. Eine Rolle 33 ist zwischen dem Antriebsteil 31 und dem Abtriebsteil 32 vorgesehen, über der das Ausgangsdrehmoment auf dem Planetenträger 24 vom Antriebsteil 31 über das Abtriebsteil 32 auf die Spindel 50 übertragen wird. Die Ausbildung der Freilaufkupplung 3 wird nicht auf die obengenannte Form beschränkt, und die Rolle 33 kann ein anderes dem Fachmann bekanntes Übertragungselement sein.
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Die Freilaufkupplung 3 wird durch ein Keilmittel 4 mit einem Ende der Spindel 50 verbunden und ein Ritzel wird auf dem anderen Ende der Spindel 50 vorgesehen. Das Keilmittel 4 weist einen auf der Innenseite des Abtriebsteils 32 der Freilaufkupplung 3 vorgesehenen Innenkeil und einen auf der Spindel 50 vorgesehenen Außenkeil auf, wobei sich der Innenkeil und der Außenkeil aneinander anpassen. D.h. die jeweiligen Zähne des Innenkeils und des Außenkeils greifen in den gegenseitigen zugeordneten Keilnuten ein. Die Zahnform des Keils kann unterschiedlichste dem Fachmann bekannte Formen verwenden, wie rechteckige Zahnform oder Evolventenzahnform usw. Der Innenkeil und der Außenkeil können ein Geradkeil mit den entlang der Achse der Spindel 50 gerade verlaufenden Zähnen oder ein Spiralkeil mit den spiralig verlaufenden Zähnen sein. Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sie Spiralkeile.
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Bei der Kopplung der Freilaufkupplung 3 dreht sich der Abtriebsteil 32 und treibt die Spindel 50; dabei erfolgt zwischen dem Innenkeil und dem Außenkeil eine Drehbewegung. Wegen der Wirkung des Spiralkeils verschiebt sich der Außenkeil (nämlich die Spindel 50) gegenüber dem Innenkeil (nämlich dem Abtriebsteil 32) in axialer Richtung. Nach 1 wird die axiale Bewegung der Spindel 50 noch von der Steuereinheit 70 geregelt. Ein Vorderende 73 des Mitnehmers 71 der Steuereinheit 70 wird auf der Spindel 50 befestigt, und der Mittelteil wird auf einer Schwenkwelle darum drehbar gelagert. An dem Rückende 74 des Mitnehmers 71 wird ein Aktuator (nicht gezeigt) der Steuereinheit 70 angeschlossen. Wenn der Aktuator das Rückende 74 des Mitnehmers 71 zieht, kann das Vorderende 73 des Mitnehmers 71 eine axiale Bewegung des Außenkeils der Spindel 50 gegenüber dem Innenkeil des Abtriebsteils 32 der Freilaufkupplung 3 bewirken. Zudem wird auch eine axiale Grenzposition der Spindel 50 vorgegeben, um die axiale Verschiebung vom Abtriebsteil 32 entfernte der Spindel 50 zu verhindern.
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Nach Anlass des Elektromotors wird das Drehmoment wird das Drehmoment nacheinander über die Verzögerungsvorrichtung – die Freilaufkupplung 3 – das Keilmittel 4 – die Spindel 50 auf das Ritzel 60 übertragen, und somit dreht sich das Ritzel 60.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die schematisch die Struktur der Spindel 50 der erfindungsgemäßen Eingriffsvorrichtung zeigt. Die Spindel 50 wird als eine stufige Spindel ausbildet, umfassend einen Mittelabschnitt 53, und einen ersten Teilabschnitt 51 und einen zweiten Teilabschnitt 52, die auf den beiden Enden des Mittelabschnitts 53 angeordnet werden, wobei der Mittelabschnitt 53 zur Verbindung mit dem Mitnehmer 71 dient, und der Durchmesser des ersten Teilabschnitts 51 geringer als den Durchmesser des Mittelabschnitts 53 ist. Auf dem ersten Teilabschnitt 51 sind ein Keilbereich 501 für das Vorsehen des Keils und ein glatter Federeinbaubereich 502 ohne Keil vorhanden, wobei eine Feder 516 auf dem Federeinbaubereich 502 aufgesetzt wird, und auf die Anordnungsweise der Feder 516 weiter nachfolgend noch eingegangen wird. Auf dem Keilbereich 501 wird ein erster Außenkeil 511 vorgesehen, der ein Spiralkeil ist und von einem Ende (der Vorderseite gezeigt in 2) des Keilbereichs 501 ausgeht. Auf dem Keilbereich 501 wird ein zweiter Außenkeil 512 vorgesehen, der ein Geradkeil ist und an dem anderen Ende (wie in Figuren gezeigt) des Keilbereichs 501 endet. Der erste Außenkeil 511 und der zweite Außenkeil 512 haben gleiche Zahnform, die eine rechteckige Zahnform oder eine Evolventenzahnform sein kann. In diesem Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise ein Außenkeil mit leicht bearbeiteter rechteckiger Zahnform geformt. Die Zähne des ersten Außenkeils 511 erstrecken sich über dem Keilbereich 501 zu dem Mittelabschnitt 53 axial, und die Zähne des zweiten Außenkeils 512 erstrecken sich gerade und axial entlang der Achse der Spindel 50 zu dem Mittelabschnitt 53. Der erste Außenkeil 511 und der zweite Außenkeil 512 können separat oder einstückig gebildet werden. In diesem Ausführungsbeispiel werden der erste Außenkeil 511 und der zweite Außenkeil 512 vorzugsweise in einer Entfernung voneinander angeordnet, dies ist technisch leichter zu realisieren, und die Länge des ersten Außenkeils 511 ist wesentlich größer als die Länge des zweiten Außenkeils 512.
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Es ist auch sinnvoll denkbar, dass der erste Außenkeil 511 auch ein Geradkeil ist und der zweite Außenkeil 512 ein Spiralkeil ist, um den Kombikeil auf dem Keilbereich 501 zu bilden.
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Der zweite Teilabschnitt 52 der Spindel 50 (der Außenkeil wird nicht gezeigt) passt sich an den Innenkeil des Abtriebsteils 32 der Freilaufkupplung 3 an.
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Es wird auf 3 und 4 Bezug genommen, die schematisch die Struktur der erfindungsgemäßen das Ritzel 60 aufweisenden Eingriffsvorrichtung zeigen. Das Ritzel 60 umfasst einen Körper 61, auf dem ein Innenloch 62 vorgesehen wird und in Umfangrichtung die in den Anlasszahnkranz 80 des Motors eingreifenden äußeren Zähne 63 vorgesehen werden. Das Innenloch 62 ist als Stufenloch ausgebildet, und umfasst zumindest einen Keilbereich 602 für das Vorsehen des Keils. Auf dem Keilbereich 602 wird ein erster Innenkeil 621 vorgesehen, der ein sich an das Spiralaußenkeil auf dem Keilbereich 501 des ersten Teilabschnitts 51 der Spindel 50 anpassender Keil ist, d.h. die Parameter des ersten Innenkeils 621, wie die Zahnform, die Zahl der Zähne, der Schrägungswinkel sind gleich wie diese des Spiralaußenkeils des ersten Teilabschnitts 51 der Spindel 50, so dass die jeweiligen Zähne des Innenkeils und Außenkeils in den gegenseitigen zugeordneten Zahnnuten eingelegt werden. Wenn der erste Außenkeil 511 oder der zweite Außenkeil 512 des ersten Teilabschnitts 51 der Spindel 50 rechteckige Zahnform hat, hat der erste Innenkeil 621 des Ritzels 60 ebenso rechteckige Zahnform.
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Ein Spielpassung ist zwischen den Keilnuten des ersten Innenkeils 621 des Ritzels 60 und den Zähnen des Außenkeils des ersten Teilabschnitts 51 der Spindel 50 (wobei die Zähne des Außenkeils die Zähne des ersten Außenkeils 511 und die Zähne des zweiten Außenkeils 512 aufweisen) vorhanden, nämlich es gibt ein Spielraum zwischen den Keilnuten und den darin liegenden Zähnen des Innenkeils und des Außenkeils, um es sicherzustellen, eine Relativdrehbewegung zwischen dem Innenkeil und dem Außenkeil erzeugt werden zu können. Außerdem wird eine axiale Bewegung zwischen dem Innenkeil und dem Außenkeil erzeugt; dabei kann der Abstand in Breite zwischen den Keilnuten des ersten Innenkeils 621 erlauben, den zweiten Außenkeil 512 aufzunehmen, der sich relativ axial bewegt und als Geradkeil ausgebildet wird.
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Es wird auf 5 Bezug genommen, die schematisch die Passung zwischen den Zähnen eines kombinierenden Außenkeils und den Keilnuten eines entsprechenden Innenkeils zeigt. Egal ob der erste Außenkeil 511 und der zweite Außenkeil 512 einstückig gebildet werden oder getrennt angeordnet werden, werden der erste Außenkeil 511 und der zweite Außenkeil 512 in Drehrichtung der Spindel 50 fluchtend oder versetzt angeordnet; bei fluchtender Anordnung sind der erste Außenkeil 511 und der zweite Außenkeil 512 gleichlaufend; bei versetzter Anordnung wird der zweite Außenkeil 512 wie gezeigt zu dem ersten Außenkeil 511 in einer Verzugsstelle vorgesehen. Dabei bedeutet das sogenannte Gleichlaufen vielmehr, dass der erste Innenkeil 621 gleichzeitig den ersten Keil, den zweiten Außenkeil 512 kontaktieren, wenn das Ritzel 60 die Spindel 50 zur Drehung treibt. In diesem Fall müssen die zwei Enden der Zähne des zweiten Außenkeils 512 in Richtung der Zahnbreite in der Verlängerungslinie der beidseitigen Zahnflanken des Zahns des ersten Außenkeils 511 liegen. Unter „Verzug“ ist es zu verstehen, dass der erste Außenkeil 511 zuerst den ersten Innenkeil 621 kontaktiert (es gibt hierbei ein Abstand zwischen dem zweiten Außenkeil 512 und dem ersten Innenkeil 621), wenn die Spindel 50 das Ritzel 60 zur Drehung treibt (eine Relativdrehbewegung zwischen dem Innenkeil und dem Außenkeil ist vorhanden); wenn dagegen das Ritzel 60 die Spindel 50 zur Drehung treibt, kontaktiert der erste Innenkeil 621 zuerst den zweiten Außenkeil 512 (es gibt hierbei ein Abstand zwischen dem ersten Innenkeil 621 und dem ersten Außenkeil 511).
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Daher umfasst nach den Passungsverhältnissen zwischen dem Innenkeil und dem Außenkeil zumindest die Zähne des ersten Außenkeils 511 eine erste antreibende Zahnflanke 514, und der ersten Innenkeil 621 umfasst zumindest eine zweite antreibende Zahnflanke 622. Zumindest umfasst der ersten Innenkeil 621 eine erste angetriebene Zahnflanke 623 und zumindest umfasst der zweiten Außenkeil eine zweite angetriebene Zahnflanke 517. Die Position der ersten antreibenden Zahnflanke 514 entspricht der ersten angetriebenen Zahnflanke 623 des ersten Innenkeils 621, und die Position der zweiten antreibenden Zahnflanke 622 entspricht der Zahnflanke des zweiten Außenkeils 512 in Form von Geradkeil. Wenn die zweite antreibende Zahnflanke 622 eine Rundung auf dem ersten Innenkeils 621 darstellt, liegt die Rundung in einer zu der zweiten angetriebenen Zahnflanke 517 des zweiten Außenkeils 512 parallelen Ebene. Entlang der Drehrichtung des von der Spindel 50 getriebenen Ritzels 60 kann die erste antreibende Zahnflanke 514 den ersten angetriebenen Zahnflanke 623 (nämlich den ersten Innenkeil 621) antreiben; entlang der Drehrichtung der von dem Ritzel 60 getriebenen Spindel 50 kann die zweite antreibende Zahnflanke 622 die zweite angetriebene Zahnflanke 517 (nämlich den zweiten Außenkeil 512) antreiben. Die obigen Angabe gilt für den Fall, in welchem der erste Außenkeil 511 einen Spiralkeil ist und der zweite Außenkeil 512 einen Geradkeil ist. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass es genügend ist, die zweite antreibende Zahnflanke des ersten Innenkeils den ersten Außenkeil in Richtung des als Antriebsteil dienenden Ritzels 60 und der als Abtriebsteil dienenden Spindel 50 treiben kann, wenn der erste Außenkeil 511 einen Geradkeil ist und der zweite Außenkeil 512 einen Spiralkeil ist.
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Neben der Ausbildung des zweiten Außenkeils 512 als Geradkeil ist es dem Fachmann auch denkbar, dass der zweite Außenkeil 512 auch einen Schrägkeil (dessen Schrägrichtung ist gegenläufig zu der Drehrichtung des ersten Außenkeils) und/oder einen Spiralkeil mit gegenläufiger Drehrichtung zu dem ersten Außenkeil sein kann. Dabei soll sich die Form des ersten Innenkeils entsprechen anpassen, und zwar als Schrägkeil und/oder Spiralkeil ausgebildet werden.
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Es ist ebenso dem Fachmann ersichtlich, dass neben einem einteiligen Innenkeil (wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt) der Innenkeil auch in einen ersten Innenkeil und einen zweiten Innenteil geteilt werden kann, und diese ersten und zweiten Innenkeile entsprechen jeweils dem ersten Außenkeil 511 in Form von Spiralkeil und dem zweiten Außenkeil 512 in Form von Geradkeil (oder Schrägkeil und/oder Spiralkeil). Oder der Außenkeil ist einteilig, und entspricht jeweils dem ersten Innenkeil in Form von Spiralkeil und dem zweiten Innenkeil in Form von Geradkeil (oder Schrägkeil und/oder Spiralkeil).
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Die Drehrichtung des Spiralkeils ist abhängig von der Drehrichtung der Spindel 50. Daher ist die in Figuren gezeigte Drehrichtung des Spiralkeils nur beispielhaft. Wenn die Drehrichtung der Spindel 50 invertiert ist, wird die Drehrichtung des Spiralkeils auch mit umgekehrt.
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Zurückgekehrt zu 3 und 4, die schematisch die Struktur nach Zusammenbau der Spindel 50 mit dem Ritzel 60 zeigen, wird auf dem ersten Außenkeil 511 eine Ringnut 513 ausgebildet, in welcher ein Sperrring 515 angeordnet wird, um das Ritzel 60 daran zu verhindern, sich gegenüber der Spindel 50 axial aus der Spindel 50 zu verschieben. Wenn das Ritzel 60 den Sperrring 515 berührt, befindet sich das Ritzel 60 in der Grenzposition gegenüber der Spindel 50. Eine Feder 516 wird auf dem Federeinbaubereich 502 aufgesetzt; ein Ende der Feder 516 liegt an dem Innen des Stufenlochs an und das andere Ende liegt an der Stirnseite des Mittelabschnitts 53 an; wenn das Ritzel 60 in der Grenzposition liegt und mit dem Sperrring 515 im Kontakt steht, ist die Feder 516 komprimiert.
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Es wird auf 6 bis 9 Bezug genommen, die den Eingriffsvorgang des Starter-Ritzels 60 mit dem Anlasszahnkranz 80 des Motors zeigen. Im Ausgangszustand betreibt ein Aktuatorschalter der Steuereinheit den Mitnehmer 71, und somit wird die Spindel 50 axial nach links bewegt. Bei der Drehung des Elektromotors wird das Drehmoment über das Planetentriebuntersetzungsgetriebe 20, die Freilaufkupplung 3 auf die Spindel 50 übertragen. Unter Vorspannung der Feder 516 liegt nun das Ritzel 60 an dem Sperrring 515 an und das Ritzel 60 ist fest zu dem ersten Teilabschnitt 51 der Spindel 50, so dass sich das Ritzel 60 gemeinsam mit der Spindel 50 dreht, wie in 6 gezeigt.
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Wenn die Zähne des Ritzels 60 nicht in den Zähnen des Zahnkranzes 80 eingreifen, greift das Ritzel 60 gerade in den Zahnkranz 80 ein, wenn sich die Spindel 50 axial nach links bewegt. Wenn aber wie in 7a gezeigt die Zähne des Ritzels 60 genau in den Zähnen des Zahnkranzes 80 eingreifen, trifft die Stirnseite des Ritzels 60 auf die Stirnseite des Zahnkranzes 80 auf und kann nicht in den Zahnkranz 80 eingreifen; wenn sich die Spindel 50 weiter axial nach links bewegt, erfolgt das Ritzel 60 wegen Sperrung des Zahnkranzes 80 bezüglich der Spindel 50 in einer in 7a mit gestrichelten Pfeilen gezeigten Richtung (nach rechts) eine axiale Geradbewegung, weil nun das Ritzel 60 nicht in den Zahnkranz 80 eingreift. Diese axiale Geradbewegung endet, wenn die Spindel 50 durch die Führung des Mitnehmers 71 zu einer vorgegeben Position kommt.
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Es wird wiederum auf 7b Bezug genommen, die den Innenkeil und den Außenkeil in 7a vergrößert schematisch darstellt. Wenn der erste Innenkeil 621 (das Ritzel 60) zu dem ersten Außenkeil 511 (der Spindel 50) eine in Figur mit gestricheltem Pfeil gezeigte Bewegung nach unten erfolgt (dies entspricht dem Fall, das Ritzel 60 zu der Spindel 50 nach rechts zu bewegen), kontaktiert die erste antreibende Zahnflanke 514 des ersten Außenkeils 511 schnell die erste angetriebene Zahnflanke 623 des ersten Innenkeils 621; wegen des Kontakts wird eine gegenseitige Wirkungskraft zwischen der ersten antreibenden Zahnflanke 514 des ersten Außenkeils 511 und der ersten angetriebenen Zahnflanke 623 des ersten Innenkeils 621 erzeugt. Unter Einfluss des Spiralkeils übt die erste antreibende Zahnflanke 514 des ersten Außenkeils 511 eine Wirkungskraft auf das Ritzel 60 aus, die eine Umfangskomponente (in Richtung nach links wie in 7b gezeigt) und eine in Richtung der Grenzposition axiale Komponente (in Richtung nach oben wie in 7b gezeigt) aufweist. Zum einen bewirkt die vom Zahnkranz 80 auf das Ritzel 60 ausgeübte Sperrkraft entgegen der axialen Komponente der von der ersten antreibenden Zahnflanke 514 auf das Ritzel 60 ausgeübten Kraft, sowie der Reibungskraft zwischen der ersten antreibenden Zahnflanke 514 des ersten Außenkeils 511 und der ersten angetriebenen Zahnflanke 623 des ersten Innenkeils 621 eine axiale Geradbewegung des Ritzels 60 in von der Grenzposition weit entfernter Richtung (in Richtung nach unten wie in 7b gezeigt) gegenüber der Spindel 50; zum anderen bewirkt die Umfangskomponente der vom ersten Außenkeils 511 ausgeübten Wirkungskraft eine Drehbewegung des ersten Innenkeils 621 nach links, wie in Figur gezeigt, so dass das Ritzel 60 eine Drehbewegung zu der Spindel 50 erfolgt, und die Zähne auf dem Zahnkranz 80 die Zahnlücken des Ritzels 60 schnell finden und in dieselben eintreten.
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Unter Entgegenwirkung der Feder 516 geht das Ritzel 60 zurück und bewegt sich axial in einer in 8 gezeigten Richtung (nach links), bis in Berührung mit dem Sperrring 515 steht. Nun greift das Ritzel 60 vollständig in den Zahnkranz 80 ein.
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Eingriff des Ritzels 60 in den Anlasszahnkranz 80 bedeutet, dass das Treibrad das Drehmoment weiter auf die Kurbelwelle des Motors übertragt, um den Motor anzulassen.
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Nach 9 erhöht die Drehzahl des Zahnkranzes 80 nach Anlass des Motors über die Drehzahl des Ritzels 60 sehr schnell, überträgt der Zahnkranz 80 umgekehrt das übersteigende Drehmoment auf die Spindel 50. In diesem übersteigenden Zustand kontaktiert die zweite antreibende Zahnflanke 623 des ersten Innenkeils 621 die zweite angetriebene Zahnflanke 517 des zweiten Außenkeils 512, und dadurch wird eine gegenseitige Wirkungskraft zwischen der zweiten antreibenden Zahnflanke 622 des ersten Innenkeils 621 und der zweiten angetriebenen Zahnflanke 517 des zweiten Außenkeils 512 erzeugt. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform sind sowohl die zweite antreibende Zahnflanke 622 des ersten Innenkeils 621 als auch die zweite angetriebene Zahnflanke 517 des zweiten Außenkeils 512 die in axialer Richtung verlaufende Oberfläche, so gibt es zwischen den beiden nur Umfangswirkungskraft und keine axiale Wirkungskraft.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform können die zweite antreibende Zahnflanke 622 des ersten Innenkeils 621 und die zweite angetriebene Zahnflanke 517 des zweiten Außenkeils 512 auch die Oberfläche darstellen, die in einer zu der Spiralrichtung der ersten antreibenden Zahnflanke 514 und der ersten angetriebenen Zahnflanke 623 umgekehrten Spiralrichtung verläuft. Mit anderen Worten, wenn die Spiralrichtung der ersten antreibenden Zahnflanke 514 und der ersten angetriebenen Zahnflanke 623 eine linke Spirale, dann sind die zweite antreibende Zahnflanke 622 und die zweite angetriebene Zahnflanke 517 rechte Spirale, dies gilt auch umgekehrt. In diesem Fall übt die zweite angetriebene Zahnflanke 517 des zweiten Außenkeils 512 auf das Ritzel 60 eine Wirkungskraft, die eine Umfangskomponente und eine in Richtung der Grenzposition axiale Komponente und keine von der Grenzposition weit entfernte axiale Komponente aufweist, so dass eine axiale Zurückkehrung des Ritzels 60 (in Richtung nach rechts in 9a) vermieden werden kann. Nun sperrt die Freilaufkupplung 3 schnell die Kraftübertragung zwischen der Kurbelwelle des Motors und dem Elektromotor ab, um die Beschädigung des Elektromotors durch Gegenschleppen vom mit Hochgeschwindigkeit laufenden Motor zu vermeiden.
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Die obengenannten Ausführungsformen dienen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung, und sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen kann der Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet auch verschiedene Modifikationen und Varianten schaffen. Somit fallen alle äquivalenten technischen Lösungen im Umfang der Erfindung. Der Schutzumfang der Erfindung soll daher durch die beiliegenden Ansprüche einschränken.
