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Andl'ehvorrichtung für Kraftmaschinen.
Die Erfindung betrifft eine Andrehvorrichtung für Kraftmaschine mit einem in axialer Richtung ein-und ausrückbaren Antriebsglied, das unter dem Einflusse einer im Ausrücksinn wirkenden Hilfskraft steht. Es ist hiebei unwesentlich, ob das Antriebsglied zum Einrücken samt seiner Welle axial verschoben wird, oder ob es gegen seine Welle verschiebbar oder verschraubbar angeordnet ist. Beim Einrücken lassen sich meist drei wichtige Abschnitte unterscheiden : die freie Verschiebung des Antriebsgliedes bis zur Berührung mit dem anzutreibenden Teil, der Beginn des Eingriffes (bei Zahnrädern das Einspringen in die Verzahnung) und endlich die Vollendung der Einrückbewegung bei bestehendem Eingriff. Beim Ausrücken verlaufen diese Vorgänge in umgekehrtem Sinn und umgekehrter Reihenfolge.
In jedem Bewegungsabschnitte unterliegt das Antriebsglied anderen äusseren Kräften.
Erfindungsgemäss ändert sich die Hilfskraft beim Einrücken zu Beginn des Eingriffes zwischen Antriebsglied und getriebenem Teil und beim Ausrücken am Ende des Eingriffes sprunghaft. Die Hilfskraft kann aus mehreren Teilkräften von verschiedener Grösse zusammengesetzt sein, die nacheinander einzeln oder in verschiedener Kombination zur Wirkung kommen. Eine ihrer wesentlichen Aufgaben ist die Erleichterung des Ausrückens ohne erhebliche Behinderung des Einrückens. Zu diesem Zwecke ist eine Anpassung an die wechselnden Kraftverhältnisse des Ein- und Ausrückvorganges notwendig, so dass für die Dauer des Eingriffes eine grössere Kraft für das Ausrücken, bei gelöstem Eingriff dagegen eine geringere Kraft zur Sicherung des Antriebsgliedes gegen unerwünschte Verschiebungen verfügbar ist.
Fig. 1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Andrehvorrichtung mit einem gegenüber seiner Welle versehraubbaren Ritzeh Auf der Welle a des Andrehmotors b ist unter Vermittlung eines Zwischengliedes, der Schraubenhülse e, das Ritzel d verschraubbar angeordnet. Auf das Ritzel wirkt ständig eine Hilfskraft im Sinne des Ausrückens, die in diesem Falle durch die Schraubenfedern e und t hervorgebracht vmd. Die Feder e ist schwach, die Feder/stark ausgebildet. Zwischen ihnen liegt eine Hubbegrenzung, die aus einem einzigen hülsenartigen Konstruktionsteil A besteht. Die Hilfskraft ist also aus zwei Teilkräften zusammengesetzt, von denen die eine die freie Verschiebung und das Ein-und Ausspringen des Ritzels, die andere den unter Eingriff vor sich gehenden Teil der Ritzelbewegung begleitet.
Wenn der Andrehmotor b anläuft, so bleibt das Ritzel d wegen seiner Massenträgheit gegen die Welle a zurück und verschraubt sich auf der Schraubenhülse c. Es führt dabei im wesentlichen eine Längsverschiebung zum Schwungrad g hin aus und drückt zunächst die Feder e zusammen. Diese ist so bemessen, dass sie die Längsbewegung nicht stört. Damit das Einspringen in die Schwungrad-
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eine Feder i, die bei Fehlen äusserer Kräfte der Feder f das Gleichgewicht hält. Trifft vor dem Einspringen ein Zahn des Ritzels auf einen Zahn des Schwungrades, so weicht die Hülse c aus ihrer durch die Federn i und f bestimmten Gleichgewichtslage im Ausrücksinn aus.
Dadurch bekommt das Ritzel Gelegenheit, so weit zu schlüpfen, dass seine Zähne in die Lücken der Gegenverzahnung hineinfinden.
Ist der Eingriff hergestellt, so wird die Massenträgheit des Ritzels durch die des Schwungrades g unterstützt. Diese ist aber so gross, dass das Schwungrad wie eine starre Führung auf das Ritzel wirkt. Der letzte Teil des Einrückvorganges vollzieht sich also nahezu zwal1gläufig. Ungefähr im Augenblicke des
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zusammen. Die Reaktion an der Schraubenhülse c wird zuerst durch die Feder i aufgenommen, diese legt sich aber bald gegen ihre Hubbegrenzung k und die Feder f wird nun bis zum Anliegen der Hub-
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begrenzung h gegen die Unterlagscheibe I zusammengedrückt, wobei sich der Körper h vom Ende der Hülse c entfernt. Damit ist das Einrücken beendet.
Springt die Fahrzeugkraftmaschine an, so steigt die Drehzahl des Schwungrades über den durch die Anwurfmotordrehzahl und die Übersetzung gegebenen Wert. Das Ritzel wird jetzt durch das Schwungrad angetrieben und hat das Bestreben, der Motorwelle a vorzueilen, womit eine Verschraubung im Sinne des Ausrückens verbunden ist. Dieser Vorgang wird aber bei den bekannten Einrichtungen in der Regel durch die Reibungswiderstände im Schraubengewinde und in der Verzahnung verzögert, manchmal sogar ganz verhindert, so dass das Getriebe und der Andrehmotor durch die Heftigkeit des verspätet einsetzenden Ausrückvorganges oder durch unzulässige Drehzahlsteigerungen gefährdet werden.
Bei der vorliegenden Einrichtung werden die erwähnten Reibungswiderstände durch die nunmehr freigegebene Feder t überwunden und das Ausrücken wird mit grosser Sicherheit eingeleitet. Hat das Ritzel die Schwungradverzahnung zum grössten Teile verlassen, so ist im allgemeinen die grosse Kraft der Feder/ nicht mehr notwendig. Die Hubbegrenzung h hat die Hülse c wieder erreicht, die Kraft der Feder t wird durch die der Feder i aufgehoben, wodurch die Hilfskraft sprunghaft abnimmt, und es beginnt sich die Feder e zu entspannen, bis das Ritzel das Ende des Schraubengewindes erreicht hat.
Um an Baulänge zu sparen, kann man den Federn e und f verschiedene Durchmesser geben und sie teilweise ineinander anordnen, so dass z. B. die tote Länge der Feder e innerhalb der Feder f liegt.
Die Feder i ist hier als Tellerfeder ausgebildet. Eine solche hat gegenüber einer Schraubenfeder den Vorteil, dass ihre Kraft symmetrisch zu ihrer Achse verteilt ist, während jene der Schraubenfeder an jener Stelle ihres Umfanges angreift, an der sich der letzte Schraubengang an die Anlagefläche anschmiegt. Dies kann unter Umständen ein Verklemmen des gefederten Teiles herbeiführen. Es ist daher, wenn es der verfügbare Raum erlaubt, zweckmässig, auch die Federn e und f als Tellerfedern auszuführen. Eine gleichwertige Anordnung erhält man, wenn man parallel zur Welle mehrere Schraubenfedern so legt, dass deren resultierende Kraft in die Wellenachse fällt.
Bei Andrehvorrichtungen, die das Einrücken des Ritzels durch Axialverschiebung des ganzen Andrehmotorankers bewirken, weichen die Kraftverhältnisse zum Teil von den eben geschilderten ab.
Der Motoranker wird durch den magnetischen Zug des Motorfeldes verschoben, u. zw. gegen die Kraft einer Feder, die ihn in der Ausrückstellung zu halten sucht. Da sich bei den bekannten Einrichtungen diese Federkraft nicht stufenweise ändert und auch nicht umkehren lässt, fehlt die Anpassung an die jeweiligen Betätigungskräfte und Bewegungswiderstände. Der Erfindungsgedanke lässt sich auf diese Einrichtungen anwenden, indem man z. B. zu der genannten Feder noch eine Hilfskraft hinzufügt, die in Abhängigkeit von einer oder mehreren Betriebsgrössen des Anlassvorganges (z. B. vom Ein-und Ausrückweg, von der Spannung der Anlassstromquelle oder bei Fahrzeugen von der Spannung eines mit der Kraftmaschine gekuppelten Lichtgenerators) gesteuert wird und die Wirkung der Feder unterstützt oder schwächt.
Fig. 2 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Motoranker m ist samt seiner Welle a und dem Ritzel d axial verschiebbar. Die Verschiebung erfolgt in bekannter Weise durch den magnetischen Zug, den das Motorfeld auf den in der Ruhelage dazu unsymmetrisch liegenden Anker ausübt. Der Motor ist als Reihenschlussmotor gewickelt ; die zum Einrücken verfügbare Kraft steigt also mit seinem Anlaufstrome. Als Hilfskraft im Sinne der Erfindung dient die Kombination der Kräfte der Feder n und des Solenoids o. Die Feder n drückt ständig den Anker gegen seine in der Figur gezeichnete Ausrückstellung.
Das Solenoid o wirkt in der gleichen Richtung, ist aber während des Einrückens stromlos ; es wird erst am Ende des Einrückhubes eingeschaltet und erhält von da an bis zur Lösung des Eingriffes die Spannung der Anlassstromquelle, z. B. der Batterie p. In Fig. 3 ist als Abszisse die Zeit, als Ordinate A der Anlaufstrom des Motors, B die Spannung der Batterie p aufgetragen. Der Anlassvorgang beginnt zur Zeit ta. Das Solenoid ist etwa bis zum Zeitpunkt ausgeschaltet. In diesem Augenblicke nähert sich das Ritzel d der Einrückendlage ; der auf der Welle a sitzende Anschlag q erfasst den Schalterr und schliesst ihn, wodurch das Solenoid an die Batterie gelegt wird.
Deren Spannung ist aber infolge der grossen Strom- entnahme zu dieser Zeit stark abgefallen, so dass die Solenoidkraft gering ist und zu der gesamten Aus- rückkraft nicht viel beiträgt. Springt die Fahrzeugkraftmaschine an, so wird der Andrehmotor entlastet sein Strom nimmt ab und im Verhältnis dazu sinkt auch die Einrückkraft. Zugleich steigt aber diE
Batteriespannung auf den normalen Wert, das Solenoid wird stärker erregt und liefert im Vereine mit de] Feder n eine zum sicheren Ausrücken genügend grosse Hilfskraft. Ungefähr im Zeitpunkte der Lösung des Eingriffes wird durch den Anschlag q der Mitnehmer s am Schalter r erfasst und dieser wieder geöffnet
Wesentlich ist, dass wenigstens einer der Schaltvorgänge (z.
B. das Abschalten) praktisch gleichzeitig mit dem Beginne oder Ende des Eingriffes erfolgt.
Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen tritt die Hilfskraft im wesentlichen in zwei Stufe] auf. Die Zahl der Kraftstufen bzw. der Grössenordnungen, in denen die Hilfskraft zur Wirkung kommt kann aber auch beliebig vermehrt werden. Z. B. kann bei der zuletzt beschriebenen Anordnung de
Solenoidkern t etwa durch eine Hilfswicklung polarisiert und die Solenoidspule umschaltbar sein. Da
Solenoid kann dann sowohl den Einrück- als auch den Ausrückvorgang unterstützen, wodurch unte anderem die Wicklungen des Motors beim Einrücken entlastet werden. Es sind hier also drei Kraftstufe
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vorhanden, nämlich Federkraft allein, Federkraft mehr Solenoidkraft und Federkraft weniger Solenoidkraft. Es kann auch innerhalb jeder Kraftstufe eine fortschreitende Kraftänderung erfolgen, indem z.
B. durch die Ein-und Ausrückbewegung ein im Solenoidstromlreis liegender feinstufige Regelwiderstand verstellt wird.
Es muss jedoch auch hier der plötzlichen Kraftänderung im Getriebe, die beim Einspringen des Ritzels in die Gegenverzahnung und bei der Lösung des Eingriffes auftritt, eine sprunghafte Änderung der resultierenden Hilfskraft entsprechen.
PATENT-ANSPRÜCHE
1. Andrehvorrichtung für Kraftmaschine mit einem in axialer Richtung ein-und ausrückbaren Antriebsglied, auf das eine Hilfskraft im Ausrüksinne wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskraft sich praktisch beim Einrücken zu Beginn des Ineingrifftretens und beim Ausrücken bei Beendigung des Eingriffes derart sprunghaft ändert, dass für die Dauer des Eingriffes eine höhere Kraft für das Ausrücken, bei gelöstem Eingriff dagegen eine geringere Kraft zur Sicherung des Antriebsgliedes gegen unerwünschte Verschiebungen wirksam ist.