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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Anlasser zur Verwendung
in einem Kraftfahrzeug, wobei der Anlasser ein Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil
zum Eingriff eines Ritzels mit einem Zahnkranz bzw. Zahnrad eines
Verbrennungsmotors aufweist.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Ein
Beispiel für
den Anlasser dieser Art ist in der JP-A 9-217672 offenbart. In diesem
Anlasser wird ein Ritzel, das an eine Abtriebswelle eines Elektromotors
mit Hilfe eines Steilgewindes gekoppelt ist, zu einem Zahnrad des
Verbrennungsmotors hin verschoben, wobei die Rotation des Ritzels
begrenzt ist. Auf diese Weise ist das Ritzel mit dem Zahnrad des Motors
in Eingriff, und der Motor wird durch den Elektromotor angekurbelt
bzw. angetrieben. Um die Einwirkung bzw. den Schlag zu verringern,
der beim Eingriff des Ritzels mit dem Zahnrad erzeugt wird, wird der
Elektromotor schrittweise betrieben. D. h., eine kleine Strommenge
wird dem Elektromotor beim ersten Schritt zugeführt, um dadurch einen Rotor
bei einer niedrigen Geschwindigkeit zu rotieren, bis das Ritzel
mit dem Zahnrad in Eingriff ist. Beim zweiten Schritt wird, nachdem
das Ritzel mit dem Zahnrad in Eingriff ist, dem Elektromotor eine
volle Strommenge zugeführt,
um den Motor anzukurbeln. Anders gesagt rotiert der Elektromotor
bei einer niedrigen Geschwindigkeit, bis der Eingriff zwischen dem
Ritzel und dem Zahnrad hergestellt ist, und dann rotiert der Elektromotor
bei voller Geschwindigkeit. Dieser Zwei-Schritt-Betrieb wird in
Reaktion auf einen Hub eines Kolbens ausgeführt, der von einem Magnetschalter
angetrieben bzw. angesteuert wird.
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Um
den Zwei-Schritt-Betrieb reibungslos auszuführen, ist es erforderlich,
eine Federspannung eines Bauteils, das den Kolben mit einem Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil verbindet,
größer auszugestalten
als eine magnetische Kraft, die im Magnetschalter zum Antrieb des
Kolbens erzeugt wird. Im Anlasser, der in der JP-A 9-217672 offenbart
ist, sind der Kolben und das Begrenzungsbauteil durch eine Kurbelstange
verbunden, die eine Rückfederung
in ihrer Rotationsrichtung aufweist. Daher besteht die Möglichkeit,
daß der
Kolben während
einer Zeitspanne angetrieben wird, nachdem das Ritzel begrenzt worden
ist und bevor das Ritzel in vollem Eingriff mit dem Zahnrad ist.
Wenn der Kolben während
dieser Zeitspanne angetrieben wird, beginnt der zweite Schritt,
wodurch der Elektromotor mit vollem Strom versorgt wird. Wenn dies
passiert, kann das Ziel des Zwei-Schritt-Betriebs, d. h. die Verringerung
des Eingriffsstoßes,
nicht erreicht werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht des oben genannten Problems
gemacht worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,
einen Anlasser bereitzustellen, der ein Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil
aufweist, in dem der Zwei-Schritt-Betrieb
zur Verringerung des Eingriffsstoßes zuverlässig ausgeführt wird.
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Der
Anlasser enthält
einen Elektromotor, einen Magnetschalter und ein Ritzel, das vom
Elektromotor angetrieben wird. Im Prozeß des Anlasserbetriebs wird
zunächst
der Magnetschalter durch Schließen
eines Zündschalters
erregt. Ein Kolben im Magnetschalter wird durch das Erregen des
Magnetschalters angetrieben. In Reaktion auf die Bewegung des Kolbens
wird ein erster Schalter zur Versorgung eines Ankers des Elektromotors
mit einer geringen Strommenge geschlossen. Der Anker rotiert bei
einer niedrigen Geschwindigkeit nach Schließen des ersten Schalters. Gleichzeitig
treibt der Kolben eine Kurbelstange an, die ihrerseits ein Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil
in Eingriff mit dem Ritzel bringt. Auf diese Weise wird die Rotation
des Ritzels begrenzt. Das begrenzte Ritzel, das durch ein Gewinde an
eine Antriebswelle des Motors gekoppelt ist, wird in Richtung eines
Zahnrades eines Verbrennungsmotors geschoben, wodurch das Ritzel
in Eingriff mit dem Zahnrad gebracht wird. Die Begrenzung des Ritzels
beginnt, nachdem der erste Schalter geschlossen ist und bevor das
Ritzel zu rotieren beginnt.
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Nachdem
das Ritzel in Eingriff mit dem Zahnrad ist, wird das Ritzel aus
der Begrenzung gelöst. Der
Hub des Kolbens setzt sich weiter fort, und ein zweiter Schalter
zur Versorgung des Ankers mit einem vollen Strom wird geschlossen.
Der Anker rotiert bei einer Höchstgeschwindigkeit,
wobei er den Motor ankurbelt. Nachdem der Motor angekurbelt ist,
wird das Ritzel in seine ursprüngliche
Stellung zurückgeschoben,
wobei es vom Zahnrad entkuppelt. Zeitgleich wird die Stromversorgung
des Ankers beendet. Auf diese Weise wird der Betriebsprozeß des Anlassers
abgeschlossen.
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Der
Anlasser wird in zwei Schritten betrieben, wie es oben kurz beschrieben
worden ist. Im ersten Schritt rotiert der Elektromotor bei einer
niedrigen Geschwindigkeit, und die Rotation des Ritzels wird für eine bestimmte
Zeitspanne begrenzt, während
derer das Ritzel in Eingriff mit dem Zahnrad gebracht wird. Dann,
im zweiten Schritt, rotiert der Elektromotor mit einer Höchstgeschwindigkeit,
um dadurch den Motor anzukurbeln. Um den Zwei-Schritt-Betrieb reibungslos
auszuführen,
wird die Starrheit der Kurbelstange, die das Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil
antreibt, auf ein solches Niveau eingestellt, daß eine Federspannung, die in
der Kurbelstange während
der Zeitspanne, in der das Ritzel begrenzt ist, erzeugt worden ist,
die Kraft zum Antrieb des Kolbens übersteigt. Auf diese Weise
wird die Kolbenbewegung zeitweilig ausgesetzt, wodurch verhindert
wird, daß der
zweite Schalter geschlossen wird, bevor das Ritzel in vollem Eingriff
mit dem Zahnrad ist.
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Ein
Abschnitt, der mit dem Ritzel in Eingriff ist, kann an einem Ende
des Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteils
ausgebildet sein, und der Eingriffsabschnitt kann direkt von der
Kurbelstange verschoben werden. Die Kurbelstange kann so ausgestattet
sein, daß sie
ein Kupplungsende, das mit dem Kolben gekoppelt ist, ein Betätigungsende
zum Verschieben des Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteils, und einen
geraden Abschnitt enthält,
der die beiden Enden verbindet. Der gerade Abschnitt und die beiden
Enden der Kolbenstange können
als ein einzelner Körper
integral ausgeführt
werden. Alternativ können entweder
das Kupplungsende oder das Betätigungsende
oder beide Enden separat vom geraden Abschnitt gefertigt werden,
und das separate Ende oder die separaten Enden können mit dem geraden Abschnitt
verbunden werden, nachdem das separate Ende oder die separaten Enden
korrekt gekoppelt oder im Prozeß des
Anlasser-Zusammenbaus
positioniert worden sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Zwei-Schritt-Betrieb zuverlässig ausgeführt, und der Eingriffstoß wird verringert.
Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden besser
ersichtlich aus einem besseren Verständnis der bevorzugten Ausführungsform,
die unten mit Bezug auf die nachfolgende Zeichnung beschrieben ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Anlasser gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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2 ist
ein Verdrahtungsplan, der elektrische Verbindungen im Anlasser darstellt;
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3 ist
eine Grundrißansicht,
die einen Ring zur Begrenzung einer Rückwärtsbewegung eines Ritzels und
den zugehörigen
Bauteilen zeigt, wie er von der Frontseite bzw. Vorderseite des
Anlassers aus gesehen wird;
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Die 4A–4D stellen
Funktions- bzw. Betriebszusammenhänge verschiedener Federbauteile
bei vier Positionen in einem Hub eines Kolbens, der von einem magnetischen
Schalter angetrieben wird, und eine Blattfederkonstante in jeder
Position dar;
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4E ist
eine Tabelle, die die Federkonstanten für jedes in den 4A–4D gezeigte
Federbauteil darstellt;
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5 ist
ein Schaubild, das eine magnetische Kraft zum Anziehen des Kolbens
mit einer Blattfederspannung vergleicht, die in den Federbauteilen während eines
Kolbenhubs erzeugt wird;
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Die 6A und 6B sind
Zeichnungen zur Erklärung
einer Position eines Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteils
relativ zu einem Flansch eines Ritzels, bevor das Ritzel begrenzt
wird, wobei 6A eine Axialansicht und 6B eine
Seitenansicht ist;
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Die 7A und 7B sind
Zeichnungen zur Erklärung
einer Position eines Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteils
relativ zum Flansch des Ritzels, nachdem das Ritzel begrenzt worden
ist, wobei 7A eine Axialansicht und 7B eine
Seitenansicht ist;
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Die 8A–8C sind
Seitenansichten, die verschieden abgewandelte Kurbelstangen zeigen;
und
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9 ist
eine Querschnitts-Teilansicht, die ein Kupplungsende einer Kurbelstange
zeigt, die an einen Kolbenhaken gekoppelt ist, betrachtet von der Rückseite
des Anlassers.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1–7B beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, enthält ein erfindungsgemäßer Anlasser 1:
einen Elektromotor 2; einen Magnetschalter 3 zur
Stromversorgung des Motors 2 in einer Ein-Aus-Weise; eine
vom Motor 2 angetriebene Antriebswelle 4; ein mit
der Antriebswelle 4 verschiebbar gekoppeltes Ritzel 5;
ein Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6, das die Rotation
des Ritzels 5 begrenzt, wenn das Ritzel mit einem Zahnrad
eines Verbrennungsmotors in Eingriff ist; eine Kurbelstange 7,
die vom Magnetschalter 3 angetrieben wird und das Ritzelrotationsbegrenzungs-Bauteil 6 in
eine Eingriffsposition mit dem Ritzel 5 verschiebt; und
anderen zugehörigen Bauteilen.
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Der
Elektromotor 2 ist ein bekannter Bautyp eines Gleichstrommotors,
der im Anlasser 1 elektrisch verbunden bzw. verdrahtet
ist, wie in 2 dargestellt. Der Motor 2 besteht
aus einem Joch 8, den Polen 9, die aus Permanentmagneten
bestehen, einem Anker 10, Bürsten 11 und anderen
zugehörigen Bauteilen.
Beim Schließen
der Motorkontakte (in einer unten erklärten Weise) durch den magnetischen Schalter 3,
wird der Anker 10 mit elektrischem Strom von einer bordseitigen
bzw. bordinternen Batterie 25 durch die Bürsten 11 versorgt,
wobei ein Drehmoment im Anker 10 erzeugt wird. Der Motor 2 ist
in einem Raum enthalten, der von einem Frontgehäuse 12 und einer Rückseitenabdeckung 13 eingehaust bzw.
eingeschlossen ist. Die Front- und die Rückseite des Anlassers sind
in 1 dargestellt.
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Der
Magnetschalter 3, der einen Kolben 14 (dargestellt
in 2) enthält,
der in einer zu einer axialen Richtung der Antriebswelle 4 rechtwinkligen Richtung
angetrieben wird, ist an einer Rückseite
des Anlassers 1 angeordnet. Wie in den 1 und 2 dargestellt,
besteht der Magnetschalter 3 aus: einem Solenoid 16,
der erregt wird, wenn er mit Strom von der bordseitigen Batterie 25 durch
Betätigen
eines Zündschalters 15 versorgt
wird; dem Kolben 14, der in einer inneren Bohrung des Solenoids 16 derart
angeordnet ist, daß der
Kolben 14 beim Erregen des Solenoids 16 aufwärts getrieben
wird; einer Kolben-Rückstellfeder
(nicht dargestellt), die den Kolben 14 in Richtung seiner
Ausgangsposition vorspannt. Bewegliche Kontakte eines ersten Schalters „A" und eines zweiten
Schalters „B" sind mit dem Kolben 14 verbunden,
wie in 2 dargestellt.
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Der
erste Schalter „A" ist zusammengesetzt aus
einem ersten beweglichen Kontakt 17, der mit dem Kolben 14 verbunden
ist, und einem ersten stationären
bzw. ortsfesten Kontakt 18, der auf der Rückseitenabdeckung 13 gehalten
ist. Wenn der erste Schalter „A" geschlossen wird,
wird dem Anker 10 eine kleine Strommenge von der bordseitigen
Batterie 25 durch die Bürsten 11 zugeführt. Der
zweite Schalter „B" ist zusammengesetzt
aus einem zweiten beweglichen Kontakt 19, der mit dem Kolben 14 verbunden
ist, und einem zweiten stationären
Kontakt 20, der von der Rückseitenabdeckung 13 gehalten ist.
Wenn der zweite Schalter „B" geschlossen wird, wird
dem Anker 10 eine volle Strommenge zugeführt.
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Wie
in 1 dargestellt, wird der erste bewegliche Kontakt 17 auf
einer federnden Kupferplatte 22 gehalten, die ihrerseits
mit einem Halter 21 verbunden ist, der mit dem Kolben 14 verbunden
ist. Der erste bewegliche Kontakt 17 bewegt sich zusammen mit
dem Kolben 14. Die federnde Kupferplatte 22 erzeugt
einen Kontaktdruck, wenn der erste bewegliche Kontakt 17 den
ersten stationären
Kontakt 18 berührt.
Der erste stationäre
Kontakt 18 ist mit einer Bolzenklemme 23 elektrisch
verbunden, die an die Rückseitenabdeckung 13 durch
eine Leiterplatte 24 befestigt ist. Der erste stationäre Kontakt 18 ist
aus einem Material, wie beispielsweise Kohlenstoff, hergestellt,
das einen höheren
elektrischen Widerstand als der zweite stationäre Kontakt 20 aufweist.
Die Bolzenklemme 23 ist mit der bordseitigen Batterie 25 durch
ein Batteriekabel verbunden, wie in 2 dargestellt.
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Der
zweite bewegliche Kontakt 19, der mit dem ersten beweglichen
Kontakt 17 durch eine Kupferplatte 22 elektrisch
verbunden ist, wird auf dem Halter 21 gehalten, wobei ein
Isolator eingefügt
ist. Der zweite bewegliche Kontakt 19 ist auch mit der Bürste 11 (ein
Pluspol) durch ein Bleikabel 26 elektrisch verbunden. Der
zweite stationäre
Kontakt 20 ist integral mit der Bolzenklemme 23 ausgeführt. Der Halter 21 ist
mit dem Kolben 14 über
eine Feder (nicht dargestellt) verbunden, die einen Kontaktdruck erzeugt,
wenn der zweite bewegliche Kontakt 19 den zweiten stationären Kontakt 20 berührt.
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Ein
Abstand zwischen dem ersten beweglichen Kontakt 17 und
dem ersten stationären
Kontakt 18 wird kleiner eingestellt als ein Abstand zwischen dem
zweiten beweglichen Kontakt 19 und dem zweiten stationären Kontakt 20,
so daß der
erste Schalter „A" zuerst geschlossen
wird und der zweite Schalter „B" als nächstes während eines
Hubs des Kolbens 14. Da der elektrische Widerstand im ersten
Schalter „A" größer als
der des zweiten Schalters „B" ist, wird eine kleine
Strommenge dem Anker 10 zugeführt, wenn der erste Schalter
geschlossen wird.
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Die
Antriebswelle 4 ist an der Frontseite des Motors 2 koaxial
mit einer Ankerwelle 10a angeordnet. Die Antriebswelle 4 ist
drehbar gelagert durch ein Lager 27, das an das Frontgehäuse 12 befestigt
ist, und durch ein anderes Lager 29, das an ein Mittelgehäuse 28 befestigt
ist. Ein Drehmoment des Ankers 10 wird auf die Antriebswelle 4 über eine
Geschwindigkeits-Reduziervorrichtung und eine Einwegkupplung in
einer unten beschriebenen Weise übertragen. Das
Mittelgehäuse 28 ist
innerhalb des Frontgehäuses 12 an
der Frontseite des Jochs 8 angeordnet, und die Geschwindigkeits-Reduziervorrichtung
und die Einwegkupplung sind im Mittelgehäuse 28 angeordnet.
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Die
Geschwindigkeits-Reduziervorrichtung bzw. das Untersetzungsgetriebe
ist von bekannter Bauart, das eine Rotationsgeschwindigkeit des
Ankers 10 durch die Planetenräder 30, die um ein
Zentralrad kreisen, herabsetzt und die herabgesetzte Geschwindigkeit
durch die Einwegkupplung auf die Antriebswelle 4 überträgt. Die
Geschwindigkeits-Reduziervorrichtung dieser Bauart wird eine Planetenrad-Geschwindigkeits-Reduziervorrichtung
genannt. Die Einwegkupplung besteht aus einem Kupplungsäußeren 31,
das vom Drehmoment gedreht wird, welches von der Geschwindigkeits-Reduziervorrichtung abgegeben
wird, einem Kupplungsinneren 32, das mit der Antriebswelle 4 verbunden
ist, und den Walzen bzw. Zylindern bzw. Rollen 33, die
zwischen dem Kupplungsäußeren 31 und
dem Kupplungsinneren 32 angeordnet sind. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit
des Kupplungsäußeren 31 größer als
die der Antriebswelle 4 ist, wird der Drehmoment des Ankers 10 auf
die Antriebswelle 4 übertragen.
Andererseits wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 4 (d.
h. die Rotationsgeschwindigkeit des Kupplungsinneren 32)
größer als
die des Kupplungsäußeren 31 aufgrund
eines Drehmoments des angekurbelten Motors wird, die Übertragung
des Drehmoments von der Antriebswelle 4 auf den Anker 10 unterbrochen.
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Steilgewinde
sind auf der Innenbohrung des Ritzels 5 und der äußeren Begrenzungsfläche der Antriebswelle 4 ausgebildet,
und das Ritzel 5 ist mit der Antriebswelle 4 durch
die Steilgewinde verschiebbar gekoppelt. Das Ritzel 5 ist
immer in Richtung der Rückseite
durch eine Spannfeder (nicht dargestellt) gespannt. Das Ritzel 5 enthält einen
Flansch 35, der an seiner Rückseite ausgebildet ist, und
der Flansch 35 weist eine Mehrzahl von Vertiefungen 35a auf,
die auf der äußeren Begrenzungsfläche davon ausgebildet
sind.
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Auf
der Rückseite
des Ritzels 5 ist ein Ring 36 angeordnet, der
in Zusammenspiel mit dem Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 verhindert,
daß sich
das Ritzel 5 rück wärts in Richtung
der Rückseite bewegt,
nachdem das Ritzel 5 in Eingriff mit dem Zahnrad ist. Der
Begrenzungsring 36 enthält,
wie in 3 dargestellt, einen ringförmigen Abschnitt, der außerhalb
der Antriebswelle 4 angeordnet ist. Der Begrenzungsring 36 wird
von einer Halterung 37a drehbar gehalten, die auf einer
Platte 37 ausgebildet ist und ist mit einer Druckscheibe 38 verbunden,
die an der Rückseite
des Flanschs 35 angeordnet ist. Die Platte 37 ist
an der Frontseite des Mittelgehäuses 28 positioniert,
wodurch dazwischen ein Raum zur Aufnahme des Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteils 6 ausgebildet
wird.
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Das
Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 wird durch Wickeln
eines Metalldrahts, beispielsweise in Gestalt einer Spule, ausgebildet
und ist im Raum zwischen dem Mittelgehäuse 28 und der Platte 37 angeordnet.
Das Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 ist
derart im Raum angeordnet, daß es
in der X-Y-Richtung beweglich ist, wie in 3 dargestellt,
obwohl es in der X-Richtung durch eine Rückstellfeder 39 permanent
vorgespannt ist. Beide Enden des Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteils 6 sind
um einen im wesentlichen rechten Winkel zur Frontseite gebogen,
wie in 1 dargestellt, wodurch sie einen Eingriffsabschnitt 6a und
einen Armabschnitt 6b ausbilden. Der Eingriffsabschnitt 6a ist
in Eingriff mit der Vertiefung 35a, die auf dem Flansch 35 ausgebildet
ist, wenn das Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 aufwärts bewegt
wird, wodurch die Rotation des Ritzels 5 begrenzt wird.
Der Armabschnitt 6b, der gegenüber dem Eingriffsabschnitt 6a angeordnet
ist, wie in 3 dargestellt, ist in Eingriff
mit der Rückstellfeder 39,
wodurch er abwärts
vorgespannt wird.
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Die
Kurbelstange 7 ist aus einer runden Metallstange hergestellt,
und ihre beiden Enden sind um einen vorbestimmten Winkel gebogen,
wodurch ein Kupplungsende 7a und ein Betätigungsende 7b ausgebildet
werden. D. h., die Kurbelstange 7 besteht aus einem geraden
Abschnitt 7c, dem Kupplungsabschnitt 7a und dem
Betätigungsabschnitt 7b.
Wie in 1 dargestellt, ist der Kupplungsabschnitt 7a in Eingriff
mit einem Haken 40, der mit dem Kolben 14 derart
verbunden ist, daß der
Hub des Kolbens 14 auf die Kurbelstange 7 übertragen
wird. Der gerade Abschnitt 7c erstreckt sich durch einen Raum
zwischen benachbarten Polen und ist parallel zur Ankerwelle 10a angeordnet.
Der gerade Abschnitt 7c ist von einem Paar von Lagern (nicht
dargestellt) drehbar gelagert.
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Der
Betätigungsabschnitt 7b ist
ursprünglich in
Berührung
mit dem Eingriffsabschnitt 6a angeordnet, wie in 1 dargestellt,
und schiebt den Eingriffsabschnitt 6a aufwärts, wenn
die Kurbelstange 7 vom Kolben 14 gedreht wird.
Die Kurbelstange 7 weist eine solche Drehsteifigkeit auf,
die eine Federspannung erzeugt, die höher ist als eine Kraft, die den
Kolben 14 im Magnetschalter 3 während einer Zeitspanne,
in der die Ritzelrotation begrenzt ist, anzieht. Auf diese Weise
wird die Position des Kolbens 14 im Magnetschalter 3,
nämlich
der Kolbenhub, während
der Zeitspanne, in der die Ritzelrotation begrenzt ist, unverändert gehalten.
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Nun
wird der Betrieb des erfindungsgemäßen Anlassers 1 mit
Bezug auf die 4A–7B beschrieben.
In den 4A–4D sind
verschiedene Federbauteile dargestellt, die eine Blattfederspannung
an den jeweiligen Positionen der Kolbenstange 14 erzeugen:
ein Federbauteil (1) korrespondiert mit einer Kolben-Rückstellfeder
(in der Zeichnung nicht dargestellt), ein Federbauteil (2)
mit der Rückstellfeder 39,
ein Federbauteil (3) mit der Kurbelstange 7, ein
Federbauteil (4) mit dem Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 und
ein Federbauteil (5) mit einem Kontaktdruck, der auf den
zweiten Schalter „B" ausgeübt wird.
In 4E ist eine Federkonstante eines jeden Federbauteils
(1)–(5)
dargestellt. In 5 ist ein Vergleich zwischen
der Blattfederspannung und der Anziehungskraft des Magnetschalters 3 dargestellt.
In den 6A und 6B ist eine
Position des Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 relativ
zu den Vertiefungen 35a vor ihrem Eingriff dargestellt.
In den 7A und 7B ist
seine Position nach Eintreten des Eingriffs dargestellt.
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Beim
Schließen
des Zündschalters 15 (gemäß 2)
wird der Solenoid 16 erregt. Der Kolben 14 wird
in den Magnetschalter 3 eingezogen und bewegt sich aufwärts, während er
das Federbauteil (1) zusammendrückt. Die Kurbelstange 7 wird
in Reaktion auf die Aufwärtsbewegung
(in 2) des Kolbens 14 gedreht. Wenn sich
die Kurbelstange 7 dreht, drückt das Betätigungsende 7b der
Kurbelstange 7 den Eingriffsabschnitt 6a des Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteils 6 abwärts entgegen
der Vorspannkraft des Federbauteils (2), wie in den 6A und 6B dargestellt.
In dieser Situation wirkt das Federbauteil (3) (das mit
der Kolbenstange 7 korrespondiert) nicht als eine Feder,
da seine Federkonstante sehr viel größer als die der anderen Federbauteile
(1), (2) und (4) ist. Das Federbauteil
(3) dreht sich nur gemäß der Bewegung
des Kolbens 14. Die Blattfederkonstante beträgt 0,87
N/mm, wie in 4A dargestellt. Da die Anziehungskraft
des Magnetschalters 3 viel höher als die Blattfederkonstante von
0,87 N/mm ist, wie in 5 dargestellt, wird der Kolben 14 angezogen
und bewegt sich aufwärts
(in 2), wodurch der erste Schalter „A" geschlossen wird.
Folglich wird eine kleine Strommenge dem Anker 10 zugeführt, wodurch
sich der Anker 10 bei einer niedrigen Geschwindigkeit dreht.
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Zeitgleich
wird das Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 abwärts gedrückt, wie
in den 7A und 7B dargestellt,
und der Eingriffsabschnitt 6a ist in Eingriff mit der Vertiefung 35a.
Auf diese Weise wird die Rotation des Ritzels 5 begrenzt,
und die Kurbelstange 7 kann sich nicht weiter drehen und
wirkt als eine Torsionsstange. Zu diesem Zeitpunkt wird die Federkonstante
der Kurbelstange 7 vorherrschend, und die Blattfederkonstante
erreicht 120,3 N/mm, wie in 4B dargestellt
ist. Folglich wird, da die Blattfederkonstante die Anziehungskraft übersteigt,
wie in 5 dargestellt, die Bewegung des Kolbens 14 zeitweise
unterbrochen.
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Das
Ritzel 5, dessen Rotation begrenzt ist, wird vorwärts in Richtung
des Zahnrads entlang des Steilgewindes der sich langsam drehenden
Antriebswelle 4 verschoben. Wenn das Ritzel 5 mit
dem Zahnrad in Eingriff ist, wird der Eingriffsabschnitt 6a aus
der Vertiefung 35 gelöst.
Folglich wird die Begrenzung des Ritzels 5 gelöst. Wenn
die Begrenzung des Ritzels 5 gelöst ist, kehren die Federbauteile (1)–(4)
wieder zurück
in die Situation, die in 4C dargestellt
ist, welche dieselbe ist wie in 4A, die die
geringe Blattfederkonstante von 0,87 N/mm darstellt. Demgemäß wird die
Anziehungskraft des Magnetschalters 3 wieder höher als
die Blattfederkonstante, wie in 5 dargestellt.
Der Kolben 14 nimmt seine Bewegung wieder auf, und dadurch
wird der zweite Schalter „B" geschlossen.
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Beim
Schließen
des zweiten Schalters „B" erzeugt das Federbauteil
(5) eine Federspannung, die einen Kontaktdruck auf den
zweiten Schalter „B" ausübt, wie
in 4D dargestellt. Da die vom Federbauteil (5)
erzeugte Federspannung klein ist, bleibt die anziehende Kraft höher als
die Blattfederkonstante. Der Kolben 14 wird zum Ende seines
Hubs angezogen (Hub = 0 in 5). In dieser
Ausführungsform ist
der Gesamthub des Kolbens 14 auf 8 mm eingestellt. Der
8 mm-Hub, der am rechten Rand der Abszisse in 5 dargestellt
ist, wird null am linken Rand der Abszisse gemäß der Bewegung des Kolbens 14. Beim
Schließen
des zweiten Schalters „B" wird dem Anker 10 eine
volle Strommenge zugeführt,
und der Motor wird angekurbelt.
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Nachdem
der Motor angekurbelt ist, wird der Zündschalter 15 geöffnet und
der Solenoid 16 wird entregt bzw. von der Stromquelle getrennt.
Der Kolben 14 kehrt in seine Ausgangsposition durch die Vorspannkraft
der Kolben-Rückstellfeder
(1) zurück. Wenn
der Kolben 14 in seine Ausgangsposition zurückkehrt,
wird die Kurbelstange 7 in der entgegengesetzten Richtung
gedreht, und die Schubkraft des Betätigungsendes 7b, die
auf den Eingriffsabschnitt 6a ausgeübt wird, wird gelöst. Folglich
wird das Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 von
der Rückstellfeder 39 abwärts verschoben
(in X-Richtung in 3),
und der Eingriffsabschnitt 6a wird vom Begrenzungsring 36 gelöst. Das
Ritzel 5 kehrt in seine Ausgangsposition (die Position,
die in 1 dargestellt ist) aufgrund die Vorspannkraft
der Ritzel-Rückstellfeder
zurück.
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Da
die Federspannung, die die den Kolben 14 anziehende Kraft übersteigt,
in der Kolbenstange 7 während
der Zeitspanne erzeugt wird, in der die Rotation des Ritzels 5 begrenzt
ist (die begrenzte Zeitspanne), wird die Bewegung des Kolbens 14 während der
begrenzten Zeitspanne angehalten, während man die Antriebswelle 4 bei
einer niedrigen Geschwindigkeit rotieren läßt. Daher kann der Zwei-Schritt-Betrieb
des Anlassers zuverlässig
ausgeführt
werden. Anders gesagt wird der Anker 10 bei einer niedrigen
Geschwindigkeit gedreht, bis das Ritzel 5 mit dem Zahnrad
eingreift, und der Anker 10 wird bei einer Höchstgeschwindigkeit
gedreht, nachdem der Eingriff eingetreten ist, um den Motor anzukurbeln.
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Da
der Eingriffsabschnitt 6a des Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteils 6 direkt
vom Betätigungssende 7b der
Kurbelstange 7 verschoben wird, wird der Eingriffsabschnitt 6a zwischen
der Vertiefung 35a und dem Betätigungsende 7b fest
gehalten, wenn der Eingriffsabschnitt 6a in Eingriff mit
der Vertiefung 35a ist. Daher wird das Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 in
der Position fest gehalten. Durch Verwenden dieser Struktur ist
es nicht erforderlich, einen Stopper zur Verhinderung der Bewegung
des Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteils 6 auf dem Begrenzungsring 36 bereitzustellen.
Demgemäß kann die
Struktur des Begrenzungsrings 36 vereinfacht werden.
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Die
Kurbelstange 7 ist als ein einzelnes Stück in der oberen Ausführungsform
ausgebildet, kann jedoch aus separat ausgebildeten Bauteilen zusammengebaut
sein, wie in den 8A–8C beispielhaft
dargestellt. In 8A ist das Kupplungsende 7a separat
von den anderen Abschnitten der Kurbelstange 7 ausgebildet.
In 8B ist das Betätigungsende 7b separat
ausgebildet. In 8C sind das Kupplungsende 7a und
das Betätigungsende 7b separat
vom geraden Abschnitt 7c ausgebildet. Wenn das Kupplungsende 7a separat
ausgebildet ist, wird das Kupplungsende 7a als erstes mit
dem Haken 40 des Kolbens 14 gekoppelt, während der Kupplungswinkel
dazwischen eingestellt wird, und dann wird der gerade Abschnitt 7c mit
dem Kupplungsende 7a verbunden. Das Kupplungsende 7a, das
an den Haken 40 gekoppelt ist, ist in 9 dargestellt.
Wenn das Betätigungsende 7b separat
ausgebildet ist, wird zunächst
die Position des Betätigungsendes 7b relativ
zum Eingriffsabschnitt 6a eingestellt, und dann wird der
gerade Abschnitt 7c mit dem Betätigungsende 7b verbunden.
Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Zeitspanne, in der die Rotation
des Ritzels 5 begrenzt ist, verbessert werden, ohne sich
um die Genauigkeit der Montagepositionen anderer Bauteile, wie beispielsweise
des Magnetschalters 3, zu sehr zu sorgen. Gleichzeitig
können
die Kosten für
den Zusammenbau des Anlassers 1 verringert werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf die oben beschriebene
Ausführungsform,
sondern kann verschiedentlich abgewandelt werden. Beispielsweise
können
die mechanischen Schalter „A" und „B", die in der oberen
Ausführungsform
verwendet werden, durch Halbleiterschalter ersetzt werden. Obwohl
das Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 durch direktes
Verschieben des Eingriffsabschnitts 6a durch das Betätigungsende 7b in
der oberen Ausführungsform
betrieben wird, ist es auch möglich,
das Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil 6 durch Eingriff
des Betätigungsendes 7b mit
dem Armabschnitt 6b in derselben Weise zu betreiben, wie
es in der JP-A 9-217672 offenbart ist, auf die im Stand der Technik-Abschnitt
Bezug genommen wurde. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich
zu verhindern, daß das
Ritzel-Rotationsbegrenzungs-Bauteil während der Zeitspanne verwindet,
in der die Ritzelrotation begrenzt ist. Insbesondere kann eine solche Verwindung
durch Bereitstellen eines Stoppers zum Halten des Armabschnitts 6b auf
dem Begrenzungsring 36 verhindert werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die obere bevorzugte Ausführungsform
dargestellt und beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann ersichtlich,
daß Änderungen
in Gestalt und Detail darin vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.