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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Anlasser, der dafür ausgelegt
ist, um eine Maschine zu starten, und betrifft spezieller einen
solchen Anlasser, der mit einer verbesserten Konstruktion einer
Freilauf-Kupplung ausgestattet ist.
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2.
Stand der Technik
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Es
sind Solenoid-Anlasser vom Drück-Typ bekannt,
die dafür
ausgelegt sind, um ein Kleinzahnrad in Kämmeingriff mit einem Ringzahnrad
einer Brennkraftmaschine zu drücken
oder zu stoßen.
Dieser Typ von Anlassern hält
das Kleinzahnrad außer Kämmeingriff
von dem Ringzahnrad ausgenommen, wenn die Maschine gestartet wird.
Spezifischer gesagt, wenn es erforderlich wird die Maschine zu starten,
betätigt
der Anlasser im Voraus das Kleinzahnrad, um es in Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad zu bringen, um ein Drehmoment zu übertragen,
welches durch einen Elektromotor erzeugt wird, der in dem Anlasser
installiert ist, und zwar in Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad, um die Maschine anzukurbeln. Wenn der Zündschalter
von der Startposition in die Einschaltposition gedreht wird und
zwar nach dem Starten der Maschine, bringt der Anlasser das Kleinzahnrad
außer
Eingriff von dem Ringzahnrad.
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Während die
Maschine sich vor einem Stoppvorgang frei dreht, dreht sich das
Ringzahnrad gewöhnlich
mit hohen Drehzahlen. Die Solenoid-Anlasser vom Drück- oder Stoß-Typ sind
daher mit einer Schwierigkeit behaftet, gemäß welcher das Kleinzahnrad
mit dem Ringzahnrad in Kämmeingriff
gebracht werden muss, um die Maschine erneut zu starten und zwar
bevor die Maschine vollständig
gestoppt wird.
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Es
sind auch Konstant-Kämm-Anlasser
bekannt, die dafür
ausgelegt sind, dass ein Kleinzahnrad konstant in Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad der Maschine gebracht ist und zwar direkt oder über ein
Zwischenzahnrad. Beispielsweise offenbart die japanische Patenterstveröffentlichung
Nr. 2004-225544 solch einen Anlassertyp.
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Die
Anlasser vom Konstant-Kämmtyp
sind dafür
konstruiert, um das Kleinzahnrad in Eingriff mit dem Ringzahnrad
zu halten und zwar selbst nach dem Starten der Maschine und sie
können
daher die Maschine wieder starten und zwar bevor die Maschine vollständig angehalten
worden ist. Die Solenoid-Anlasser vom Stoß-Typ erzeugen mechanische Geräusche und
zwar beim Ineingriffbringen des Kleinzahnrades mit dem Ringzahnrad,
während
jedoch die Anlasser vom Konstant-Kämmtyp mit einem derartigen
Problem nicht behaftet sind und hinsichtlich der Geräuschentwicklung
ausgezeichnete Eigenschaften haben.
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Wenn
die Drehzahl der Maschine die Drehzahl des Anlassers überschritten
hat und zwar nach dem Anlassen der Maschine, wird das Kleinzahnrad durch
das Ringzahnrad zum Drehen veranlasst. Spezifischer ausgedrückt wird
der Anker des Motors, der in dem Anlasser installiert ist, mit einer
Drehzahl in Drehung versetzt, die aus dem Produkt aus der Drehzahl
der Maschine und dem Übersetzungsverhältnis des
Kleinzahnrades zu dem Ringzahnrad besteht (in typischer Weise 1:8–15), was
zu einer mechanischen Bremsung des Ankers führt, die aus der Zentrifugalkraft
resultiert, die darauf wirkt.
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Um
das zuvor geschilderte Problem zu vermeiden wird gewöhnlich eine Überlaufkupplung
in den Anlassern installiert, oder wird mit dem Ringzahnrad verbunden.
Die Überlaufkupplung
ist dafür konstruiert,
um frei zu drehen, wenn die Drehzahl der Maschine die Drehzahl des
Anlassers überschreitet, um
die Übertragung
des Drehmoments der Maschine auf den Anker des Anlassers zu blockieren.
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Die Überlaufkupplung
wird eingekuppelt, wenn die Maschine umgekehrt wurde beispielsweise aufgrund
von Vibrationen der Maschine, die nach dem Anhalten dersel ben auftreten.
Die Anlasser vom Konstant-Kämmtyp
sind daher mit dem Problem behaftet, dass ein rückwärts gerichtetes Drehmoment der
Maschine in unerwünschter
Weise auf den Anlasser übertragen
wird, so dass der Anker des Elektromotors gedreht wird, was jedoch
zu einer Abnahme in der Lebensdauer der Bürsten des Motors führt oder
auch zu einem mechanischen Bruch oder mechanischer Beschädigung des
Ankers führt.
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Um
die oben erläuterten
Probleme zu vermeiden kann eine Freilauf-Kupplung verwendet werden,
die dafür
ausgelegt ist, um die Ankerwelle an einer Drehung in einer Richtung
entgegengesetzt zu derjenigen beim Ankurbeln der Maschine festzuhalten.
Es wird daher eine Verbesserung der Konstruktion solch einer Freilauf-Kupplung
in Betracht gezogen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung die dem Stand der Technik
anhaftenden Nachteile zu beseitigen.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung besteht darin einen Maschinenanlasser
zu verbessern, der mit einer verbesserten Konstruktion einer Freilauf-Kupplung
ausgestattet ist, die dafür
ausgelegt ist, um eine Rückwärtsdrehung
eines Ankers eines Elektro-Anlassermotors zu vermeiden.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Anlasser für eine Maschine geschaffen,
der in automatischen Maschinenstopp/Wiederstart-Systeme für Automobile
verwendet werden kann. Der Anlasser umfasst folgendes: (a) einen
Elektromotor, der mit einer Ankerwelle ausgerüstet ist, die ein Drehmoment erzeugt,
wenn der Motor erregt wird; (b) eine Ausgangswelle; (c) eine Drehzahluntersetzungsvorrichtung,
die in solcher Weise arbeitet, um eine Drehzahl der Ankerwelle in
einer normalen Richtung zu reduzieren, um ein Drehmoment für die Ausgangswelle
zu liefern; (d) ein Kleinzahnrad, welches auf der Ausgangswelle
angeordnet ist und sich konstant in Kämmeingriff mit einem Ringzahnrad
befindet, welches an die Maschine gekuppelt ist, wobei das Ring zahnrad
zusammen mit der Ausgangswelle in Drehung versetzt wird, um das
Drehmoment der Ausgangswelle auf das Ringzahnrad zu übertragen,
um die Maschine zu starten; und (e) eine Freilauf-Kupplung, die
in solcher Weise arbeitet, um es der Ankerwelle zu ermöglichen
sich lediglich in der normalen Richtung zu drehen. Die Freilauf-Kupplung
enthält ein
Kupplungsinneres, ein Kupplungsäußeres und ein
Kupplungsteil. Das Kupplungsinnere beziehungsweise das Kupplungsinnenteil
ist an der Ankerwelle des Motors angeordnet. Das Kupplungsäußere oder Kupplungsaußenteil
ist koaxial zu dem Kupplungsinnenteil angeordnet und wird gegen
eine Drehung zurückgehalten
und besitzt eine keilförmig
gestaltete Nockenkammer, die zwischen dieser selbst und dem Kupplungsinnenteil
festgelegt ist und in welcher ein Nockenteil so angeordnet ist,
dass es sich zu dem engeren Einen der Enden der Nockenkammer hin
bewegt, um das Kupplungsinnenteil vor einer Drehung festzuhalten,
wenn das Drehmoment auf die Freilauf-Kupplung übertragen wird, um die Ankerwelle
in einer Richtung entgegengesetzt zur normalen Richtung zu drehen.
Das Kupplungsinnenteil ist so ausgelegt, dass es von der Ankerwelle
getrennt ist und auf der Ankerwelle zurückgehalten wird und zwar vor
einer Drehung relativ zur Ankerwelle.
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Spezifischer
ausgedrückt
sind das Kupplungsinnenteil und die Ankerwelle, wie dies oben beschrieben
wurde, aus getrennten Teilen hergestellt und können somit aus Materialien
hergestellt werden, die voneinander verschieden sind. Beispielsweise
kann lediglich das Kupplungsinnenteil aus einem hochfesten Material
hergestellt sein, um dadurch den Abriebwiderstand und die mechanische
Festigkeit desselben zu verbessern, während jedoch die Ankerwelle
aus irgendeinem Material hergestellt sein kann, welches einfach
geschmiedet werden kann. Die Ankerwelle und das Kupplungsinnenteil
können
unterschiedlichen thermischen Behandlungen unterworfen werden. Beispielsweise
kann die Ankerwelle einer Hochfrequenz-Induktionshärtung unterzogen werden.
Das Kupplungsinnenteil kann aufgekohlt sein und abschreck-behandelt
sein.
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Das
Kupplungsinnenteil und die Ankerwelle können unabhängig bearbeitet werden und
man vermeidet dadurch eine physikalische Interferenz zwischen dem
Außenumfang
des Kupplungsinnenteiles mit der Bearbeitung der Ankerwelle. Spezifischer ausgedrückt kann
die Ankerwelle geschmiedet werden, ohne dass sie dabei durch den Außendurchmesser
des Kupplungsinnenteiles eingeschränkt wird, was zu einer Reduzierung
der gesamten Produktionskosten des Anlassers führt.
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Wenn
ein Anker des Motors einer Pulver-Behandlung unterworfen wird, um
dadurch die Zentrifugalfestigkeit der Ankerwelle zu verbessern,
kann eine solche Behandlung durchgeführt werden bevor das Kupplungsinnenteil
an der Ankerwelle befestigt wird, wonach dann das Kupplungsinnenteil
an der Ankerwelle durch einen Presssitz befestigt werden kann. Dies
beseitigt einen thermischen Einfluss der Pulver-Behandlung an dem
Kupplungsinnenteil, obwohl dieses nahe dem pulverbehandelten Abschnitt
gelegen ist, wodurch die mechanische Festigkeit des Kupplungsinnenteils
sichergestellt wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung können
das Kupplungsinnenteil der Freilauf-Kupplung mit einem Außenumfang
der Ankerwelle des Motors durch einen Presssitz verbunden sein,
was zu einer Einfachheit der Sicherstellung der Koaxialität zwischen
dem Kupplungsinnenteil und der Ankerwelle führt.
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Eine
der Größen entsprechend
dem Außenumfang
der Ankerwelle, auf welcher das Kupplungsinnenteil durch einen Presssitz
befestigt ist, und ein Innenumfang des Kupplungsinnenteiles, der
auf die Ankerwelle durch einen Presssitz aufgesetzt ist, enthält Riffelungen,
was zu einer Reduzierung des Druckes führt, der erforderlich ist,
um einen Presssitz des Kupplungsinnenteiles auf der Ankerwelle zu
erreichen.
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Die
Freilauf-Kupplung kann durch eine Planentengetriebe-Drehzahluntersetzungsvorrichtung implementiert
sein. Die Ankerwelle kann einen Presssitzabschnitt aufweisen, das
ist ein Abschnitt an dem Außenumfang,
auf welchem das Kupplungsinnenteil durch einen Presssitz befestigt
wird. Die Planetenzahnrad-Drehzahluntersetzungsvorrichtung kann
ein Sonnenzahnrad umfassen, welches auf einem Abschnitt des Außenumfangs
der Ankerwelle benachbart dem Presssitzabschnitt ausgebildet ist.
Dies ermöglicht
es dem Kupplungsinnenteil auf dem Presssitzabschnitt von der Seite
des Sonnenzahnrades her aufgepasst zu werden, wodurch das Kupplungsinnenteil
die Mög lichkeit
erhält
aufgesetzt oder aufgepasst zu werden und zwar nachdem ein Ankerkern,
eine Ankerwicklung und ein Kommutator auf der Ankerwelle installiert
worden sind.
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Das
Kupplunginnenteil kann in Anlage mit einem Ende des Ankerkernes
platziert werden und kann an der Ankerwelle des Motors befestigt
werden. Dies ermöglicht
es, dass das Kupplungsinnenteil durch einen Presssitz auf der Ankerwelle
in eine gewünschte
Position angebracht wird und zwar ohne die Verwendung von irgendwelchen
Positionierungslehren.
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Das
Kupplungsinnenteil besitzt eine Oberflächenhärte, die größer ist als diejenige des Außenumfangs
der Ankerwelle, auf welcher das Kupplungsinnenteil durch einen Presssitz
aufgesetzt ist. Dies führt
zu einem erhöhten
zulässigen
Kontaktdruck des Kupplungsinnenteiles, so dass das Kupplungsinnenteil
die Möglichkeit
erhält
in der Größe kompakt
zu sein, was zu einer Reduzierung der Gesamtgröße des Anlassers führt und
zwar verglichen mit einem Fall, wenn das Kupplungsinnenteil die
gleiche Härte
besitzt wie diejenige der Ankerwelle.
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Das
Kupplungsaußenteil
der Freilauf-Kupplung kann so konstruiert sein, dass es einen Innenabschnitt
enthält,
in welchem die Nockenkammer ausgebildet ist, und einen äußeren Abschnitt
enthält,
der durch ein Anlassergehäuse
gegen eine Drehung zurückgehalten
wird. Der innere Abschnitt ist mit dem äußeren Abschnitt verbunden oder
an diesen angefügt.
Dies führt
zu einer verbesserten Formbarkeit der Kupplung.
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Der äußere Abschnitt
kann eine ringförmige Gestalt
haben und zwar mit einem kreisförmigen Loch,
in welches der innere Abschnitt durch einen Presssitz eingesetzt
ist.
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Das
Kupplungsinnenteil kann über
einen Presssitz auf dem Außenumfang
der Ankerwelle aufgesetzt sein. Eine Außenfläche des inneren Abschnitts,
die in das Loch des äußeren Abschnitts durch
einen Presssitz eingesetzt wird, ist so ausgelegt, dass diese ein
Schlupf-Drehmoment aufweist, welches größer ist als dasjenige einer
Innenwand des Kupplungsinnenteiles, welches auf der Ankerwelle durch
einen Presssitz aufgesetzt ist, wodurch sichergestellt wird, dass
die Innenwand des Kupplungsinnenteiles schlupfen kann, wenn ein übermäßiges Schlag-Drehmoment,
welches größer ist
als ein zulässiges
Drehmoment der Kupplung, in die Kupplung eingespeist wird. Die wünschenswerte
Fähigkeit der
Kupplung einen Schlag zu absorbieren wird daher ebenfalls realisiert
indem man nämlich
lediglich das Schlupf-Drehmoment der inneren Wand des Kupplungsinnenteiles
steuert. Das Kupplungsinnenteil ist hohlzylindrisch ausgebildet
und besitzt eine einfache Struktur, so dass das Schlupf-Drehmoment in
einfacher Weise gesteuert werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung kann vollständiger anhand der folgenden
detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
und unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen verstanden werden, die jedoch nicht so zu interpretieren sind,
dass sie die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern
lediglich dem Zwecke der Erläuterung
und dem Zwecke des Verständnisses
dienen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Teil-Querschnittsansicht, welche die Konstruktion eines Konstant-Kämm-Anlassers
für eine
Maschine wiedergibt und zwar gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
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2(a) eine Frontansicht, die einen Anker eines
Elektromotors darstellt, der in dem Anlasser von 1 installiert
ist;
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2(b) eine Teil-Längsschnittansicht eines Ankers
eines Elektromotors, der in dem Anlasser von 1 installiert
ist;
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3(a) eine vertikale Teil-Schnittansicht, die eine
innere Konstruktion der Freilauf-Kupplung veranschaulicht, die in
dem Anlasser von 1 installiert ist;
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3(b) eine quer verlaufende Teil-Schnittansicht
von 3(a);
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4 eine
Teil-Querschnittsansicht, welche die Konstruktion eines Konstant-Kämm-Anlassers
für eine
Maschine gemäß der zweiten
Ausführungsform der
Erfindung wiedergibt; und
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5 eine
vertikale Teil-Querschnittsansicht, die eine innere Konstruktion
einer Freilauf-Kupplung darstellt, die in dem Anlasser von 4 installiert
ist.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß den Figuren,
in welchen gleiche Bezugszeichen in allen Ansichten gleiche Teile
bezeichnen, speziell in 1 ist ein Konstant-Kämm-Anlasser 1 gezeigt,
der in automatischen Maschinenstopp/Wiederstart-Systeme für Automobile
verwendet werden kann (auch bei sogenannten Leerlauf-Stopp-Systemen
oder Eco-Fahrsystemen), die in solcher Weise arbeiten, dass eine
Kraftfahrzeugmaschine automatisch gestoppt wird beispielsweise dann,
wenn das Fahrzeug an einer Kreuzung anhält oder aufgrund eines Verkehrsstaus,
wobei dann die Maschine wieder gestartet wird und zwar automatisch,
wenn der Fahrer des Fahrzeugs eine gegebene Startoperation durchführt (zum
Beispiel nach dem Loslassen oder Abheben des Fußes des Fahrers vom Bremspedal).
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Der
Anlasser 1 enthält
einen Elektromotor 2, einen elektromagnetischen Schalter 3,
eine Drehzahluntersetzungsvorrichtung 4, eine Ausgangswelle 5, ein
Kleinzahnrad 6 und eine Freilauf-Kupplung 7. Der Motor 2 arbeitet
in solcher Weise, um an einer Ankerwelle (das heißt einer
Ausgangswelle) desselben ein Drehmoment zu erzeugen. Der Schalter 3 arbeitet
in solcher Weise, um einen Hauptschalter zu öffnen oder zu schließen, der
in einem Motor-Treiber (der im Folgenden auch als eine Motorschaltung
bezeichnet wird) des Elektromotors 2 installiert ist, um
den Motor 2 zu erregen oder zu entregen. Die Drehzahluntersetzungsvorrichtung 4 arbeitet
in solcher Weise, um die Drehzahl des Motors 2 zu reduzieren
und um diese zu der Ausgangswelle 5 zu übertragen. Das Kleinzahnrad 6 ist
an dem Ende der Ausgangswelle 5 installiert und befindet
sich konstant in Kämmeingriff mit
einem Ringzahnrad 29 der Maschine. Die Freilauf- Kupplung 7 ist
dafür konstruiert,
um den Motor 2 gegen eine Drehung in einer umgekehrten
Richtung festzuhalten.
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Der
Motor 2 besteht in typischer Weise aus einem Gleichstrommotor,
der mit einer Magnetschaltung beziehungsweise Magnetkreis ausgestattet
ist, der aus einem Joch 8, und aus Permanentmagneten 9 (oder
Feldwicklungen) besteht, die ein Magnetfeld innerhalb eines Innenumfangs
des Joches 8 erzeugen, und mit einem Anker 10,
welcher der magnetischen Kraft ausgesetzt wird und welcher sich
dreht.
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Das
Joch 8 besitzt eine zylinderförmige Gestalt und wird zwischen
einem Frontgehäuse 11 und einem
Endrahmen 12 festgehalten. Das Joch 8 ist an dem
Frontgehäuse 11 mit
Hilfe einer Befestigung über
Bolzen oder Schrauben angebracht (nicht gezeigt) und zwar von der
Außenseite
eines hinteren Endes des Endrahmens 12 her, um diese in
das Frontgehäuse 11 einzuschrauben.
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Die
Permanentmagnete 9 sind in regulären Intervallen entlang einem
Innenumfang des Joches 8 angeordnet.
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Der
Anker 10 enthält
eine Ankerwicklung 16, die um einen Ankerkern 15 gewickelt
ist, der an einem Außenumfang
der Ankerwelle 14 über
Riffelungen befestigt ist. Der Anker 10 enthält auch
einen Kommutator 17, der an einem Ende der Ankerwelle 14 angeordnet
ist.
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Der
Kommutator 17 besteht aus einer Vielzahl von Segmenten,
die in Form eines Hohlzylinders angeordnet sind und zwar um den
Umfang der Ankerwelle 14 herum und zwar über einen
Isolator 18. Jedes der Segmente ist mechanisch und elektrisch an
die Ankerwicklung 16 angefügt. Eine Vielzahl an Kohlenstoffbürsten 19 reiten
auf dem Außenumfang des
Kommutators 17.
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Der
elektromagnetische Schalter 3 umfasst eine Erregerwicklung
(nicht gezeigt), die als ein Elektromagnet dient, wenn eine Erregung
durch elektrische Energie erfolgt, die von einer Speicherbatterie her
zugeführt
wird, und umfasst einen Tauchkolben (nicht gezeigt), der innerhalb
der Erregerwicklung angeordnet ist. Wenn eine Erregung auftritt
erzeugt die Erregerwicklung eine magnetische Anziehung, um den Tauchkolben
anzuziehen, um den Hauptschalter des Motorkreises zu schließen. Wenn
alternativ die Erregerwicklung entregt wird, verschwindet die magnetische
Anziehung, wodurch dann der Tauchkolben veranlasst wird sich zurück zu bewegen
und zwar vermittels einer Rückholfeder
(nicht gezeigt), um dadurch den Hauptschalter zu öffnen.
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Der
Hauptschalter besteht aus einem Paar von feststehenden Kontakten
und einem Paar von beweglichen Kontakten. Die feststehenden Kontakte sind
mit der Motorschaltung oder dem Motorkreis über zwei externe Anschlüsse 20 und 21 angeschlossen.
Die bewegbaren Kontakte können
zusammen mit dem Tauchkolben bewegt werden, um eine elektrische
Verbindung mit den feststehenden Kontakten herzustellen oder zu
blockieren, wodurch dann der Hauptschalter geschlossen oder geöffnet wird.
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Der
externe Anschluss 20 besteht aus einem so genannten B-Anschluss,
der mit der Speicherbatterie verbunden ist, die in dem Fahrzeug
installiert ist, und zwar über
ein Batteriekabel verbunden ist. Der externe Anschluss 21 ist
ein sogenannter M-Anschluss, an dem ein Motorleiter 22,
der sich von dem Motor 2 aus erstreckt, angeschlossen ist.
Die externen Anschlüsse 20 und 21 sind
an einer Abdeckung 3a des elektromagnetischen Schalters 3 befestigt.
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Die
Drehzahluntersetzungsvorrichtung 4 ist durch einen typischen
epizyklischen Untersetzungsgetriebestrang implementiert (als ein
Planetengetriebe-Drehzahluntersetzer bezeichnet) und besteht aus einem
Sonnenzahnrad 23, einem ringförmig gestalteten Innenzahnrad 24 und
aus Planetenzahnrädern 25,
die mit den Zahnrädern 23 und 24 kämmen. Das Sonnenzahnrad 23 ist
an einem Ende der Enden der Ankerwelle 14 des Motors 2 ausgebildet,
welches von dem Kommutator 17 weit entfernt gelegen ist. Das
innere Zahnrad 24 ist koaxial zu dem Sonnenzahnrad 23 angeordnet
und wird in der Drehung durch einen Drehmomentbegrenzer gesteuert,
was noch weiter unten in Einzelheiten beschrieben wird.
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Der
Drehmomentbegrenzer enthält
eine Drehscheibe 26, die durch einen Reibdruck gegen eine
Drehung festgehalten wird. Wenn ein übermäßiges Drehmoment, welches größer ist
als das Festhaltedrehmoment (das heißt das Einstelldrehmoment), welches
die Drehscheibe 26 gegen eine Drehung fest hält, auf
das innere Zahnrad 24 wirkt, hat dies zur Folge, dass die
Drehscheibe 26 schlupft oder sich gegen den Reibungsdruck
dreht, wodurch das innere Zahnrad 24 die Möglichkeit
erhält
sich zu drehen, um die Übertragung
des Überschusses
des Drehmoments auf den Motor 2 zu blockieren.
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Die
Ausgangswelle 5 erstreckt sich in Ausrichtung mit der Ankerwelle 24.
Die Ausgangswelle 5 ist an einem der Enden derselben mit
der Ankerwelle 14 gekuppelt und zwar über die Drehzahluntersetzungsvorrichtung 4,
und an dem anderen Ende mit einem Frontgehäuse 11 über ein
Lager 27 gehaltert, so dass diese drehbar ist.
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Das
Kleinzahnrad 6 ist auf die Ausgangswelle 5 über das
Lager 28 aufgesetzt und ist in konstantem Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad 29 platziert. Das Kleinzahnrad 6 ist
mechanisch mit der Ausgangswelle 5 über einen Stoßabsorber
gekuppelt, was weiter unten noch beschrieben wird.
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Der
Stoßabsorber
besteht aus einer ersten Drehscheibe 30, die mit der Ausgangswelle 5 verbunden
ist, einer zweiten Drehscheibe 31, die an das Kleinzahnrad 6 angefügt ist,
und aus zwei Sätzen
von Kissen 32, die zwischen den Scheiben 30 und 31 angeordnet
sind. Jedes der Kissen 32 besteht beispielsweise aus Gummi.
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Die
erste Drehscheibe 30 ist mit dem Umfang der Ausgangswelle 5 über Riffelungen
gekuppelt, so dass sich diese zusammen mit der Ausgangswelle 5 drehen
kann. Die zweite Drehscheibe 31 ist über Riffelungen mit der Peripherie
eines zylinderförmigen
Abschnitts 6a gekuppelt, der durch das hintere Ende (das
heißt
ein rechtes Ende, wenn man wie in 1 blickt)
des Kleinzahnrades oder Ritzels 6 definiert ist, so dass
sich diese zusammen mit dem Kleinzahnrad oder Ritzel 6 drehen
kann. Die Kissen 32 sind in zwei (2) Sätze unterteilt, die in Reihen
in der axialen Richtung des Anlassers 1 über eine
mittlere Scheibe 33 angeordnet sind. Eine Gesamtzahl der
Kissen 32 beträgt
3 × 2
Sätze =
6 bei dieser Ausführungsform.
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Wenn
im Betrieb die Maschine eine Trägheitsenergie
im großen
Maßstab
aufweist und angekurbelt wird, arbeitet die Stoßabsorbiervorrichtung, um das
Aufschlagdrehmoment zu absorbieren, welches auf die Maschine wirkt,
und zwar über
die kompressive Verformung der Kissen 32.
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Die
Freilauf-Kupplung 7 ist aus einem Kupplungsinnenteil 34 gebildet,
welches auf die Ankerwelle 14 aufgepasst ist, einem Kupplungsaußenteil 36 gebildet,
welches koaxial zu dem Kupplungsinnenteil 34 angeordnet
ist, und durch keilförmig
gestaltete Nockenkammern 35 gebildet, wie dies auch klar
in 3(b) gezeigt ist, die in einer
inneren Umfangswand des Kupplungsaußenteiles 36 definiert
ist, wobei Rollen 37 innerhalb der Nockenkammern 35 zurückgehalten
werden.
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Das
Kupplungsinnenteil 34 besteht aus einem Hohlzylinder, der über eine
Presssitzverbindung auf dem Außenumfang
der Ankerwelle 14 aufgesetzt ist. Spezifischer ausgedrückt besitzt
die Ankerwelle 14 einen inneren Presssitzabschnitt 14a,
wie in 2(b) veranschaulicht ist, das
heißt
einen Abschnitt mit der Länge
der Ankerwelle 14 zwischen den Riffelungen, der mit dem
Ankerkern 15 und dem Sonnenzahnrad 23 kämmt und
auf welchem das Kupplungsinnenteil 34 über einen Presssitz befestigt ist.
Der innere Presssitzabschnitt 14a besitzt einen Außendurchmesser,
der geringfügig
größer ist
als derjenige des Sonnenzahnrades 23.
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Das
Kupplungsaußenteil 36 besteht
gemäß den Darstellungen
in den 3(a) und 3(b) aus einer
hohlzylindrischen inneren Nabe 36a, die auf einer der sich
gegenüberliegenden
Hauptflächen
derselben ausgebildet ist, und aus einer ringförmigen äußeren Scheibe 36b,
die fest an dem Frontgehäuse 11 befestigt
werden muss.
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Die
ringförmige
Außenscheibe 36b besitzt eine äußere Umfangswand,
die so konstruiert ist, um das Ende des Joches 8 montieren
zu können
und zu befestigen und zwar über
eine Sockelverbindung und die auch auf die innere Umfangswand des
Frontgehäuses 11 aufgepasst
ist. Die äußere Umfangswand besitzt
einen daran ausgebildeten Vor sprung 36c, der in die innere
Umfangswand des Frontgehäuses 11 eingepasst
ist und als ein Anschlag dient, um das Kupplungsaußenteil 36 gegen
eine Drehung festzuhalten.
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Jede
der Rollen 37 wird gemäß der Darstellung
in 3(b) durch eine Feder 38 in
einer Richtung gedrückt,
in welcher die Nockenkammer 35 schmaler wird, das heißt das Einheitsvolumen
der Nockenkammer 35 abnimmt.
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Die
Kupplung 7 arbeitet in solcher Weise, dass die Ankerwelle 14 die
Möglichkeit
erhält
sich lediglich in einer normalen Richtung zu drehen. Spezifischer
ausgedrückt,
wenn die Ankerwelle 14 sich in der normalen Richtung zum
Ankurbeln der Maschine dreht, wird jede der Rollen 37 zu
einem weiteren einen Ende der Enden hin bewegt und zwar von einer entsprechenden
einen der Nockenkammern 35, so dass diese schlupft oder
leer läuft,
wodurch sich dann das Kupplungsinnenteil 34 drehen kann.
Wenn alternativ das Drehmoment, welches von der Maschine auf die
Kupplung 7 übertragen
wird, um die Ankerwelle 14 in einer Richtung entgegengesetzt
zu derjenigen beim Ankurbeln der Maschine zu drehen, hat dies zur
Folge, dass jede der Rollen 37 in das schmälere Ende
der Enden der Nockenkammer 35 bewegt wird und zwischen
dem Kupplungsaußenteil 36 und dem
Kupplungsinnenteil 34 blockiert wird, um das Kupplungsinnenteil 34 gegen
eine Drehung festzuhalten. Dies hält auch die Ankerwelle 14 gegen
eine Drehung in der Richtung entgegengesetzt zu derjenigen beim
Ankurbeln der Maschine fest.
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Wenn
es im Betrieb erforderlich wird die Maschine 2 zu starten
und wenn der Hauptschalter der Motorschaltung oder des Motorkreises
durch den elektromagnetischen Schalter 3 geschlossen wird, hat
dies zur Folge, dass die Wicklung 16 durch elektrische
Energie erregt wird, die von der Batterie her zugeführt wird,
um ein Drehmoment an dem Anker 10 zu erzeugen. Die Drehung
des Ankers 10 in der normalen Richtung wird mit Hilfe der
Kupplung 7 zugelassen, so dass das Drehmoment des Ankers 10 auf die
Ausgangswelle 5 über
die Drehzahlreduktionsvorrichtung 4 und das Kleinzahnrad 6 übertragen wird,
um das Ringzahnrad oder Hohlzahnrad 29 in Drehung zu versetzen,
wodurch dann die Maschine angekurbelt wird. Die Maschine besitzt
normalerweise eine hoher Trägheitsenergie.
Demzufolge entsteht in dem Moment, bei welchem das Drehmoment des Kleinzahnrades 6 auf
das Ringzahnrad 29 ausgeübt wird, ein Schlag und dieser
wirkt auf das Kleinzahnrad 6, welches seinerseits durch
die Stoßabsorbiervorrichtung
absorbiert wird (das heißt
die kompressive Deformation der Kissen 32). Wenn der Stoß jedoch
zu groß wird,
um durch die vollständige
Komprimierung der Kissen 32 absorbiert zu werden, wird dieser
durch den Drehmomentbegrenzer absorbiert.
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Nach
dem Starten der Maschine wird der Hauptschalter der Motorschaltung
geöffnet,
um den Motor 2 auszuschalten, so dass die Ankerwelle 14 an einer
Drehung gehindert wird beziehungsweise angehalten wird. Nach dem
Starten der Maschine, wenn die Drehzahl der Maschine die Drehzahl
des Anlassers 1 überschritten
hat, bewirkt dies, dass eine Freilauf-Kupplung, die in dem Hohlzahnrad
oder Ringzahnrad 29 installiert ist, leer läuft, um
eine Abtrennung des Ringzahnrades 29 von der Kurbelwelle der
Maschine zu erreichen, so dass dadurch die Übertragung des Drehmoments
der Kurbelwelle auf das Ringzahnrad 29 blockiert wird.
Dies verhindert ein Überholen
des Ankers 10.
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Wenn
die Maschine umgekehrt worden ist, was durch das Schwingen der Kurbelwelle
verursacht wird, wie dies beim Stoppen der Maschine induziert wird,
oder bei einer Rückwärtsbewegung
des Fahrzeugs hervorgerufen wird und zwar nach dem Abwürgen der
Maschine während
eines Anstiegs des Fahrzeugs an einer Steigung, wird eine derartige
umgekehrte Drehung der Maschine auf das Kleinzahnrad 6 übertragen,
welches in konstantem Kämmeingriff
mit dem Ringzahnrad oder Hohlzahnrad 29 platziert ist,
wodurch die Ausgangswelle 5 veranlasst wird sich in einer
Richtung zu drehen, die zu derjenigen entgegen gesetzt ist, wenn
die Maschine angekurbelt wird. Nach der Übertragung solch eines Drehmoments
der Ausgangswelle 5 auf die Ankerwelle 14 über die
Drehzahlreduktionsvorrichtung 4, werden die Rollen 37 der
Kupplung 7 veranlasst zu blockieren, so dass das Kupplungsinnenteil 34 festgehalten wird,
dass heißt
die Ankerwelle 14 wird daran gehindert sich in der umgekehrten
Richtung zu drehen. Dies verhindert somit ein Rückwärtsdrehen oder Drehen in umgekehrter
Richtung des Ankers 10.
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Das
Kupplungsinnenteil 34 der Kupplung 7 ist, wie
oben dargelegt wurde, so ausgelegt, dass es sich von der Ankerwelle 14 abtrennt
und somit die Möglichkeit
geschaf fen wird, dass dieses aus einem Material hergestellt wird,
welches von demjenigen der Ankerwelle 14 verschieden ist.
Beispielsweise kann lediglich das Kupplungsinnenteil 34 aus
einem hochfesten Material hergestellt werden, um den Abriebwiderstand
und die mechanische Festigkeit desselben zu erhöhen oder zu verbessern, während jedoch
die Ankerwelle 14 aus irgendeinem Material hergestellt
werden kann, welches einfach geschmiedet werden kann. Die Ankerwelle 14 und
das Kupplungsinnenteil 34 können auch unterschiedlichen thermischen
Behandlungen unterworfen werden. Beispielsweise kann die Ankerwelle 14 einer
Hochfrequenz-Induktionsaushärtung
unterzogen werden. Das Kupplungsinnenteil 34 kann karbonisiert
und abgeschreckt werden.
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Das
Kupplungsinnenteil 34 und die Ankerwelle 14 können unabhängig von
einander bearbeitet werden und man vermeidet dadurch eine physikalische
Interferenz des Außenbereiches
des Kupplungsinnenteiles 34 mit dem Bearbeitungsvorgang der
Ankerwelle 14. Spezifischer ausgedrückt kann die Ankerwelle 14 geschmiedet
werden ohne dass dabei eine Einschränkung auf den Außendurchmesser
des Kupplungsinnenteiles 34 realisiert wird, was zu einer
Reduzierung der Gesamtproduktionskosten des Anlassers 1 führt.
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Das
Kupplungsinnenteil 34 ist, wie dies oben dargelegt wurde,
so ausgelegt, dass es auf den Außenumfang der Ankerwelle 14 über einen
Presssitz aufgesetzt ist, wodurch die Installation des Kupplungsinnenteiles 34 an
der Ankerwelle 14 vereinfacht wird und auch das Ausrichten
des Kupplungsinnenteiles 34 mit der Ankerwelle 14 einfach
gestaltet wird, wodurch die Qualität der Kupplung 7 verbessert
wird.
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Das
Kupplungsinnenteil 34 kann auch so ausgebildet werden,
dass es eine Oberflächenhärte oder
eine Gesamthärte
besitzt, die größer ist
als diejenige des inneren Presssitzabschnitts 14a der Ankerwelle 14.
Dies führt
zu einem erhöhten
zulässigen Kontaktdruck
des Kupplungsinnenteiles 34, so dass das Kupplungsinnenteil 34 die
Möglichkeit
bietet dieses in einer kompakten Größe auszuführen, was zu einer Reduzierung
in der Gesamtgröße des Anlassers 1 führt und
zwar verglichen mit einem Fall, wenn das Kupplungsinnenteil 34 die
gleiche Oberflächenfestigkeit
besitzt wie diejenige der Ankerwelle 14.
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Der
innere Presssitzabschnitt 14a der Ankerwelle 14 ist
so ausgelegt, dass dieser einen Außendurchmesser besitzt, der
kleiner ist als derjenige des Sonnenzahnrades 23, so dass
der Ankerkern 15, die Ankerwicklung 16 und der
Kommutator 17 auf der Ankerwelle 14 installiert
werden können
und dann das Kupplungsinnenteil 34 über einen Presssitz auf den
inneren Presssitzabschnitt 14a von der Seite des Sonnenzahnrades 23 der
Ankerwelle 14 her gemäß einem
Presssitz befestigt werden kann. Wenn somit der Außenumfang
der Ankerwicklung 16 einer Pulverbehandlung unterzogen
wird, wie dies in 2(b) veranschaulicht ist, und
dadurch die Zentrifugalfestigkeit des Ankers 10 zu verbessern,
kann diese Behandlung durchgeführt
werden bevor das Kupplungsinnenteil 34 an der Ankerwelle 14 befestigt
wird, wonach dann das Kupplungsinnenteil 34 über einen Presssitz
an der Ankerwelle 14 befestigt werden kann. Die beseitigt
auch einen thermischen Einfluss der Pulver-Behandlung an dem Kupplungsinnenteil 34,
obwohl dies nahe bei der Ankerwicklung 16 gelegen ist,
wodurch dann eine mechanische Festigkeit des Kupplungsinnenteiles 34 sichergestellt
wird.
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4 zeigt
den Anlasser 1 gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der Erfindung, die sich in der Konstruktion der Kupplung 7 von
der ersten Ausführungsform
unterscheidet.
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Die
Kupplung 7 enthält
ein Kupplungsaußenteil 36,
welches gemäß der klaren
Darstellung in 5 aus zwei diskreten Teilen
gebildet ist: einer hohlzylindrischen inneren Nabe 39a und
einer ringförmigen äußeren Scheibe 39b.
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Die äußere Scheibe 39b ist
als Montagevorrichtung ausgelegt, um die Kupplung 7 zwischen
dem Joch 2 und dem Frontgehäuse 11 zu befestigen.
Die äußere Scheibe 39b besitzt
ein kreisförmiges
zentrales Loch, in welches die innere Nabe 39a über einen Presssitz
eingesetzt ist.
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Es
ist gewöhnlich
schwierig die innere Nabe 39a zu schmieden und die äußere Scheibe 39b in
einem Stück
auszubilden, da die Nockenkammern 35 irregulär gestaltet
sind oder eine komplizierte Gestalt aufweisen (das heißt keilförmig gestaltet
sind) und da die Außendurchmesser
der inneren Nabe 39a und der äußeren Scheibe 39b stark
von einander verschieden sind. Die innere Nabe 39a und
die äußere Scheibe 39b der
Kupplung 7 der zweiten Ausführungsform sind gemäß der obigen
Beschreibung voneinander getrennt, so dass die innere Nabe 39a die Möglichkeit
erhält,
die gewöhnlich
schwierig zu schmieden ist, durch Schneiden bearbeitet werden kann
und die äußere Scheibe 39b,
die eine einfache Gestalt aufweist, geschmiedet werden kann. Dies verbessert
die Formbarkeit des Kupplungsaußenteiles 36 und
zwar verglichen mit der inneren Nabe 39a und der äußeren Scheibe 39a,
die zusammenhängend
oder einstückig
auszubilden sind.
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Ein
Umfangsabschnitt der inneren Nabe 39a, der in das zentrale
Loch der äußeren Scheibe 39b über einen
Presssitz eingesetzt ist, ist so ausgelegt, dass dieser ein Schlupf-Drehmoment aufweist,
welches größer ist
als dasjenige einer Innenwand des Kupplungsinnenteiles 34,
in welche die Ankerwelle 14 über einen Presssitz eingesetzt
ist, wodurch sichergestellt wird, dass die Innenwand des Kupplungsinnenteiles 34 schlupft,
wenn ein übermäßig hohes
Schlag-Drehmoment welches größer ist
als das zulässige
Drehmoment der Kupplung 7, in die Kupplung 7 eingebracht
wird. Die wünschenswerte
Fähigkeit
der Kupplung 7 den Schlag zu absorbieren wird somit dadurch
erreicht indem lediglich das Schlupf-Drehmoment der inneren Wand
des Kupplungsinnenteils 34 gesteuert wird. Das Kupplungsinnenteil 34 ist
hohlzylindrisch ausgebildet und besitzt eine einfache Struktur,
so dass das Schlupf-Drehmoment in einfacher Weise gesteuert werden
kann.
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Während die
vorliegende Erfindung in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen
dargestellt wurde, um das Verständnis
derselben zu verbessern, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende
Erfindung auch auf vielfältige
Arten realisiert werden kann, ohne dadurch das Prinzip der Erfindung
zu verlassen. Die Erfindung ist daher so zu interpretieren, dass
sie alle möglichen
Ausführungsformen
und modifizierten Ausführungsformen
zu den dargestellten Ausführungsformen
mit umfasst, die realisiert werden können, ohne dabei von dem Prinzip
der Erfindung, wie es sich aus den anhängenden Ansprüchen ergibt,
abzuweichen.
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Beispielsweise
kann der Außenumfang
der Ankerwelle 14, auf welchem das Kupplungsinnenteil 34 über einen
Presssitz aufgesetzt ist oder es kann der Innenumfang des Kupplungsinnenteiles 34 mit Riffelungen
ausgestattet sein, um den Druck zu reduzieren, der erforderlich
ist, um die Ankerwelle 14 in dem Kupplungsinnenteil 34 zu
befestigen, wodurch eine Deformation des Kupplungsinnenteiles 34 minimiert
wird, die sich aus der Verbindung beziehungsweise dem Presssitz
ergibt.
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Das
Kupplungsinnenteil 34 kann so angeordnet sein, dass es
an seiner Endfläche
mit der Endfläche
des Ankerkernes 15 anstößt, wodurch
das Kupplungsinnenteil 34 die Möglichkeit erhält über einen Presssitz
auf der Ankerwelle befestigt zu werden und zwar in einer gewünschten
Position ohne Verwendung von irgendwelchen Positionierungslehren.