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Die Erfindung betrifft einen Anlassermotor, der
hauptsächlich als Anlassermotor einer Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs dient, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
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Fig. 2 ist eine teilweise Schnittansicht, die einen solchen
herkömmlichen Anlassermotor zeigt, wie er beispielsweise in
der JP-OS 63-90666 angegeben ist. Dieser Anlassermotor ist
ein koaxialer Anlassermotor, bei dem eine drehbare
Ankerwelle 2 eines Gleichstrommotors 1, eine drehbare
Abtriebswelle 4 mit einem Ritzel 3 an ihrem vorderen Endbereich (dem
rechten Endbereich in der Figur) und eine
Magnetschaltereinheit (nicht gezeigt) auf derselben Achse angeordnet sind.
Dabei ist die Anordnung derart, daß die drehbare Ankerwelle
2 hohl ist, die Stößelstange 5 der Magnetschaltereinheit,
die hinter einem Gleichstrommotor 1 angeordnet ist, ist in
einen inneren Durchgang 2a der drehbaren Ankerwelle 2
eingesetzt, und die drehbare Abtriebswelle 4 ist an der
vorderendigen Seite des inneren Durchgangs 2a angeordnet, und die
Stößelstange 5 wird in Anlage an der hinteren Endfläche
durch eine Stahlkugel 6 gebracht, so daß die drehbare
Abtriebswelle 4 durch die Vorwärtsbewegung der Stößelstange 5
nach vorn geschoben werden kann.
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Außerdem ist an dem Vorderende der drehbaren Ankerwelle 2
ein Sonnenrad 7a eines Untersetzungs-Planetengetriebes 7
geformt. Das Untersetzungs-Planetengetriebe 7 weist das
Sonnenrad 7a, ein Innenrad 7b, das in einer Innenumfangsfläche
einer vorderen Halterung 8 geformt ist, und Planetenräder 7d
auf, die drehbar auf feststehenden Drehachsen 7c abgestützt
sind und mit dem Sonnenrad 7a und dem Innenrad 7b kämmen.
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Die feststehenden Drehachsen 7c des
Untersetzungs-Planetengetriebes 7 sind an einem äußeren Kupplungselement 9a eines
Freilaufkupplungsmechanismus 9 befestigt, so daß die ins
Langsame untersetzte Abtriebsleistung von der drehbaren
Ankerwelle 2 auf den Freilaufkupplungsmechanismus 9
übertragen wird. An der Innenumfangsseite des äußeren
Kupplungselements 9a sind ein inneres Kupplungselement 9b und Rollen
9c, die zwischen dem inneren und dem äußeren
Kupplungselement eingesetzt sind, vorgesehen, wodurch der
Freilaufkupplungsmechanismus 9 gebildet ist. In der Innenumfangsfläche
des inneren Kupplungselements 9b sind Schraubenkeilnuten 9d
gebildet, die mit den Schraubenkeilen 4a in Eingriff sind,
die in einem durchmessergrößeren Bereich der drehbaren
Abtriebswelle 4 geformt sind, und eine Rückstellfeder 10 ist
zwischen dem Stufenbereich 9e des Varderendes und den
Schraubenkeilen 4a angeordnet, um die drehbare Abtriebswelle
4 nach rückwärts zu beaufschlagen. Außerdem ist der vordere
Endbereich des inneren Kupplungselements 9b von einem Lager
11 abgestützt, das in die vordere Halterung 8 eingesetzt
ist.
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Das Ritzel 3 ist in Keileingriff mit Geradkeilen, die im
vorderen Endbereich der drehbaren Abtriebswelle 4 geformt
sind, und seine Vorwärtsbewegung wird durch einen Anschlag
12 begrenzt. Außerdem ist in einem ausgesparten Bereich 3a,
der in dem Innenumfangsbereich des Ritzels 3 gebildet ist,
eine Ritzelfeder 13 zwischen diesem Bereich und dem
Stufenbereich 4b der drehbaren Abtriebswelle 4 angeordnet, so
daß das Ritzel 3 vorwärtsgedrängt wird. Die Ritzelfeder 13
ist vorgesehen, um nach der Montage des Anschlags 12 das
Ritzel 3 ständig in Vorwärtsrichtung zu drängen und die
Stöße beim Kontakt des Ritzels 3 mit dem Zahnkranz der
Antriebsmaschine zu mildern. 14 ist übrigens ein Lager, das in
dem inneren Durchgang 2a der drehbaren Ankerwelle 2
angeordnet ist, um den hinteren Bereich der drehbaren Abtriebswelle
4 abzustützen.
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Bei dem koaxialen Anlassermotor, der wie beschrieben
ausgebildet ist, wird die Drehantriebskraft des Gleichstrommotors
1 auf den Freilaufkupplungsmechanismus 9 durch das
Untersetzungs-Planetengetriebe 7 und weiter auf die drehbare
Abtriebswelle 4 übertragen, die in Keileingriff mit dem
inneren Kupplungselement 9b ist Während die Stößelstange 5
vorwärtsgetrieben wird, wird die drehbare Abtriebswelle 4
vorwärtsbewegt, so daß das Ritzel 3 mit dem nicht gezeigten
Zahnkranz der Antriebsmaschine in Eingriff gelangt, um diese
anzulassen. Nach dem Anlassen schaltet der Bediener den
Magnetschalter von Hand aus, um die Stößelstange 5
zurückzuziehen, um zu veranlassen, daß die drehbare Abtriebswelle 4
in die Ausgangsposition (unbetätigte Position) durch die
Kraft der Rückstellfeder 10 zurückgebracht wird, wodurch das
Ritzel 3 außer Eingriff mit dem Zahnkranz der
Antriebsmaschine gelangt. Ferner wird verhindert, daß ein
Rückwärtsantrieb von der Maschinenseite her unmittelbar nach dem
Anlas sen der Maschine auf die Seite des Gleichstrommotors 1
übertragen wird, und zwar durch die in einer Richtung
wirksame Kupplungstätigkeit des Freilaufkupplungsmechanismus 9.
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Der herkömmliche Anlassermotor ist wie oben beschrieben
aufgebaut, und die Feder 13 zum Vorspannen des Ritzels 3 in
Vorwärtsrichtung ist in dem ausgesparten Bereich 3a im
Innenumfang des Ritzels 3 und auf dem Außenumfang der
drehbaren Abtriebswelle 4 angeordnet.
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Da die Zahnfußdicke t des Ritzels 3 und der effektive
Durchmesser der drehbaren Abtriebswelle 4 nur schwer kleiner als
ein vorbestimmter Wert gemacht werden können, weil sie eine
vorgegebene Festigkeit haben müssen, ist im allgemeinen der
kleinstes Zahnfußdurchmesser des Ritzels 3 begrenzt, so daß
die kleinste Zähnezahl des Ritzels 3 ebenfalls vorgegeben
ist. Insbesondere bei einer Zahnradkonfiguration von
beispielsweise DP10 (Modul M = 2,54), die bei dem Zahnkranz der
Brennkraftmaschine und dem Ritzel 3 häufig verwendet wird,
ist die kleinste Zähnezahl des Zahnrads herkömmlich acht.
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Andererseits ist bei dem Anlassermotor dieses Typs eine
Beziehung, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist,
zwischen dem Volumen des Ankers des Gleichstrommotors 1 und
dem Zähnezahlverhältnis zwischen dem Ritzel 3 und dem
Zahnkranz gegeben:
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Da²Lc α Te / g I Rs
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wobei Da: Außendurchmesser des Ankerkerns des Gleichstrom-
Elektromotors; Lc: Ankerkernlänge (axiale Länge des Kerns);
Te: Drehmoment der Brennkraftmaschine; g:
Zähnezahlverhältnis; I: Antriebsstrom; Rs: Widerstände des Anlassermotors.
Wie aus dieser Gleichung ferner ersichtlich ist, ist das
Volumen des Ankers dem Zähnezahlverhältnis zwischen dem
Ritzel 3 und dem Zahnkranz umgekehrt proportional, so daß in
einem Fall, in dem die Zähnezahl des Zahnkranzes konstant
ist und die Zähnezahl des Ritzels 3 nur schwer verringert
werden kann, die Volumenverringerung des Ankers, d. h. die
Miniaturisierung und Kompaktheit des Anlassermotors, sehr
schwieriig sind.
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Ferner ist bei dem herkömmlichen Anlassermotor der
Frontbereich der drehbaren Abtriebswelle 4 von einem
Keileingriffsbereich zwischen den Schraubenkeilnuten 9d des inneren
Kupplungselements 9b und dem Schraubenkeilbereich 4a abgestützt.
Da es jedoch bei dem Schraubenkeileingriff schwierig ist,
das Spiel des Eingriffsbereichs extrem klein zu machen, und
zwar wegen der erforderlichen Gleitbewegung dazwischen, ist
zwischen der drehbaren Abtriebswelle 4 und dem inneren
Kupplungselement 9b ein gewisses Spiel vorhanden, und da der
Eingriffsbereich, der ein Abstützbereich ist, nicht der
vordere Endbereich des inneren Kupplungselements 9b ist, ist
die Strecke zwischen dem Eingriffsbereich und dem Ritzel 3
groß, was in einem großen Biegemoment resultiert. Da der
herkömmliche Anlassermotor das oben erwähnte Spiel und das
große Biegemoment hat, weist er somit die Probleme auf, daß
im Betrieb Lärm erzeugt wird und daß die Abtriebswelle 4
brechen kann. Da ferner die Schraubenkeilnuten 9d
Gleitflächen für die drehbare Abtriebswelle 4 unter gleichzeitiger
Abstützung einer Last bilden, kann dies zu einer unerwünscht
schlechten Gleitbewegung der drehbaren Abtriebswelle 4
führen, wenn das Spiel nicht ordnungsgemäß gewählt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung
eines Anlassermotors für eine Brennkraftmaschine, wobei die
obigen Probleme des herkömmlichen Anlassermotors gelöst
sind.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung
eines Anlassermotors, der klein und leicht gebaut werden
kann.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung
eines Anlassermotors für eine Brennkraftmaschine, der frei
von Lärmerzeugung und einem Bruch der drehbaren
Abtriebswelle ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erifndung ist die Bereitstellung
eines Anlassermotors für eine Brennkraftmaschine, der
zuverlässig ist.
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Die genannten Aufgaben werden durch einen Anlassermotor mit
den Merkmalen des Kennzeichenteils des Patentanspruchs
gelöst.
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Bei der Erfindung ist der Innenumfang des Ritzels in einer
direkten Gleitbeziehung mit der drehbaren Abtriebswelle, und
da es keine Ritzelfeder und keinen Keileingriffsbereich
zwischen dem Ritzel und der drehbaren Abtriebswelle gibt, ist
es möglich, die Zähnezahl des Ritzels zu verringern, während
gleichzeitig die mechanische Festigkeit sowohl des Ritzels
als auch der drehbaren Abtriebswelle herabgesetzt werden
kann. Da außerdem die drehbare Abtriebswelle von dem
vorderen Endbereich des inneren Endbereichs der Kupplung über das
Ritzel und das mit dem Ritzel integrale zylindrische Element
abgestützt wird, gibt es im wesentlichen kein Spiel zwischen
dem inneren Kupplungselement und der drehbaren
Abtriebswelle. Da außerdem der Abstützbereich vor dem
Schraubenkeileingriffsbereich liegt, ist das auf die drehbare Abtriebswelle
aufgebrachte Biegemoment klein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus der nachstehenden
genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen;
die Zeichnungen zeigen in:
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Fig. 1 einen Schnitt durch den Hauptbereich des
Anlassermotors für eine Brennkraftmaschine gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung; und
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Fig. 2 einen Schnitt durch den Hauptbereich des
herkömmlichen koaxialen Anlassermotors.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFLJHRUNGSFORM
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Fig. 1 zeigt den Anlasser-Elektromotor einer Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist das Ritzel 3
auf der Außenumfangsfläche des vorderen Endbereichs der
drehbaren Abtriebswelle 4 mit einem Spiel angebracht, um
eine Gleitbewegung dazwischen zuzulassen, die durch ihre
Innenumfangsfläche bestimmt ist. Außerdem geht ein
zylindrischer Bereich 15 integral von der hinteren Endfläche des
Ritzels 3 aus. Der zylindrische Bereich 15 hat gerade
Keilnuten 15a in seiner Innenumfangsfläche und ist in
Keileingriff mit dem geraden Keilbereich 4c der drehbaren
Abtriebswelle 4. Außerdem ist die Außenumfangsfläche des
zylindrischen Bereichs 15 in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des
Abstützbereichs 9f, der am vorderen Endbereich des inneren
Kupplungselements 9b gebildet ist, und eine Rückstellfeder
10 ist zwischen der hinteren Endfläche des Abstützbereichs
9f, der zwischen dem zylindrischen Bereich 15 und dem
inneren Kupplungselement 9b definiert ist, und dem vorderen
Endbereich des Schraubenkeilbereichs 4a der drehbaren
Abtriebswelle 4 angeordnet. Ferner ist eine Ritzelfeder 13
zwischen dem hinteren Ende des zylindrischen Bereichs 15 und
dem Vorderende des Schraubenkeilbereichs 4a angeordnet, um
das Ritzel 3 durch den zylindrischen Bereich 15 in
Vorwärtsrichtung vorzuspannen. Außerdem ist eine zentrale
Abstützwelle 7c der Untersetzungs-Planetengetriebeeinheit 7 an dem
Träger 7e befestigt, und da dieser Träger 7e an dem äußeren
Kuplungselement 9a der Freilaufkupplungseinheit 9 festgelegt
ist, wird die Abtriebsleistung der
Untersetzungs-Planetengetriebeeinheit 7 auf die Freilaufkupplungseinheit 9
übertragen. 16 ist ein Magnetschalter, der am hinteren Ende des
Gleichstrom-Elektromotors 1 angeordnet ist. Da die Anordnung
im übrigen derjenigen der herkömmlichen Konstruktion
gleicht, sind den entsprechenden Komponenten die gleichen
Bezugszeichen zugeordnet, und ihre Erläuterung entfällt.
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Bei dem so aufgebauten Anlassermotor gibt es weder eine
herkömmliche Ritzelfeder 13 noch einen Keileingriffsbereich
zwischen dem Ritzel 3 und der drehbaren Abtriebswelle 4, und
sie sind in direktem Kontakt miteinander, so daß der
Zahnfußdurchmesser des Ritzels 3 klein gemacht werden kann.
Beispielsweise kann die Zähnezahl des Ritzels 3 verringert
werden, und es ist möglich, daß das Ritzel 3 eine Verzahnung
hat, die nicht mehr als sieben und nicht weniger als sechs
bei DP10 und nicht mehr als acht und nicht weniger als
sieben bei DP12 hat. Daher kann der Anlassermotor klein und
leicht gebaut werden.
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Außerdem ist die drehbare Abtriebswelle 4 an ihrem vorderen
Endbereich von dem Ritzel 3 und dem Abstützbereich 9f des
inneren Kupplungselements 9b durch den mit dem Ritzel 3
integralen zylindrischen Bereich 15 abgestützt, so daß das
Spiel an dem Gleitbereich zwischen der drehbaren
Abtriebswelle 4 und dem inneren Kupplungselement 9b klein ist, und
da die drehbare Abtriebswelle 4 an dem vorderen Endbereich
des inneren Kupplungselements 9b abgestützt ist, ist die
Strecke zwischen dem Abstützbereich und dem Ritzel 3 klein,
und das Biegemoment auf die drehbare Abtriebswelle 4 ist
klein. Daher werden Rattern oder eine Außermittigkeit der
drehbaren Abtriebswelle 4, wenn das Ritzel 3 in Eingriff mit
dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine gebracht wird,
vermieden.
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Da bei der vorstehenden Ausführungsform der Anlaßbetrieb der
Brennkraftmaschine der gleiche wie bei der herkömmlichen
Konstruktion ist, entfällt dessen Beschreibung. Außerdem
zeigt in Fig. 1 die obere Hälfte über der Mittellinie die
ortsfeste Position, und die untere Hälfte unter der
Mittellinie zeigt die Betriebsposition (wenn die Verschiebung des
Ritzels 3 beendet ist).
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Ferner ist zwar bei der vorstehenden Ausführungsform die
Ritzelfeder 13 hinter dem zylindrischen Bereich 15
angeordnet, aber die Feder 13 kann ebenso in einem Raum A
angeordnet sein, der in dem zylindrischen Bereich 15 zwischen
dem Hinterende des Ritzels 3 und dem Stufenbereich der
drehbaren Abtriebswelle 4 definiert ist, wobei die gleichen
Vorteile wie bei der vorstehenden Ausführungsform erhalten
werden können.
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Der Abstützbereich 9f des inneren Kupplungselements 9b ist
zwar angeordnet, um den zylindrischen Bereich 15 direkt
gleitend zu berühren, aber eine Metallhülse kann zwischen
die vorstehenden Komponenten eingefügt werden, um dadurch
das Gleiten des zylindrischen Bereichs 15 zu verbessern.
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Ferner braucht der zylindrische Bereich 15 nicht integral
gemacht zu sein, sondern kann durch ein Element gebildet
sein, das von dem Ritzel 3 getrennt ist und später zu einer
einheitlichen Konstruktion zusammengesetzt wird.
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Wenn ferner der Träger 7e und das äußere Kupplungselement 9a
so angeordnet sind, daß sie relativ zueinander Schlupf
haben, wenn ein Drehmoment einen vorbestimmten Wert
überschreitet, kann die Zuverlässigkeit vom Gesichtspunkt der
Sicherheit wie etwa der mechanischen Festigkeit erheblich
verbessert werden.
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Die vorstehende Ausführungsform ist zwar ein koaxialer
Anlassermotor, bei dem die Magnetschaltereinheit 16 hinter dem
Gleichstrom-Elektromotor 1 angeordnet ist, aber die
Erfindung ist nicht darauf beschränkt und ist auch bei dem
Anlassermotor anwendbar, bei dem die Magnetschaltereinheit und
der Elektromotor nebeneinander angeordnet sind, oder bei dem
Anlassermotor vom Trägheits-Aufschiebetyp, der keine
Magnetschaltereinheit hat. Ferner wird bei der obigen
Ausführungsform ein Anlassermotor mit dem Untersetzungs-Planetenge
triebe 7 beschrieben, aber gleiche vorteilhafte Ergebnisse
können mit dem Anlassermotor erreicht werden, der überhaupt
kein solches Untersetzungsgetriebe oder eine andere Art von
Untersetzungsgetriebe hat.
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Wie beschrieben wurde, ist gemäß der Erfindung die
Innenumfangsfläche des Verzahnungsbereichs des Ritzels in
Gleitkontkat mit der drehbaren Abtriebswelle, und das
zylindrische Element, das integral mit dem Ritzel angeordnet ist,
wird in einen Gleitkontakt mit der Innenfläche des inneren
Kupplungselements gedrängt, und die drehbare Abtriebswelle
ist am vorderen Bereich des inneren Kupplungselements durch
das Ritzel und das zylindrische Element abgestützt, so daß
der Anlassermotor klein und leicht sein kann, weil die
Zähnezahl herabgesetzt werden kann, und das Spiel zwischen dem
inneren Kupplungselement ist klein, und das Biegemoment
zwischen der drehbaren Abtriebswelle ist klein, und das
Biegemoment zwischen dem Ritzel und dem Abstützbereich ist
ebenfalls klein, und die Erzeugung von Lärm und ein Bruch
der drehbaren Abtriebswelle können verhindert werden.