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Selbsttätige Kupplung', insbesondere für die Jíraftiibertragllngseinrichtung bei
Anlassern von Verbrennungskraftmaschinen.
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Technik der Kraftübertragung und-kontrolle. Sie bezieht sich auf eine Kupplung zwischen, treibenden und getriebenen Elementen, insbesondere bei Anlassern von Verbrennungskraftmusehinen. Der besondere Teil der Erfindung, der sich auf die Kraft- übertragung mittels der im nachstehenden beschriebenen Kupplung bezieht, kann aber auch auf verschiedenen Gebieten und für verschiedene Zwecke Anwendung finden. Überall, wo es darauf ankommt, Kraft durch Vermittlung eines treibenden und eines getriebenen Elements zu übertragen, können die Grundsätze, die der vorliegenden Kupplungsvorrichtung zugrunde liegen, benutzt werden.
Die Erfindung ist gleichfalls anwendbar in Verbindung mit Vorrichtungen, bei denen das Krpplungselement so ausge- bildet ist, dass es mit andern Mechanismen zusammenarbeitet, die geeignet sind, die Kupplung zu lösen und sie zu betätigen, je nach den Änderungen in der auf das treibende Element wirkenden Belastung. Sie kann auch mit Vorrichtungen verbunden werden, die geeignet sind, die Kupplung unter irgendwelchen vorgeschriebenen Bedingungen einzudrücken und zu lösen.
Eine der verschiedenen möglichen Ausführungsformen der Erfindung wird im nachstehenden in Anwendung auf Vorrichtungen beschrieben, die zum Anlassen von Verbrennungskraftmasehinen dienen. Dabei ist sie geeignet, mit derartigen Maschinen in erster Linie in der Weise zusammenzuwirken, dass die Kraft eines Primärmotors, beispielsweise eines Elektromotors benülz, wird, rni die Vorrichtung in der Weise züi betätigen, dass sie mit einem getriebenen Element, beispielsweise dem Schwungrad eines Benzinmotors, in Eingriff tritt und so das Schwungrad in Umdrehung versetzt, um die Verbrennungskraftmaschine anzupassen, worauf, sobald das Drehmoment der Kraftmaschine das des Primärmotors iibersehreitet, die in die Vorrichtung einbezogenen Elemente so zusammenwirken,
dass der treibende von dem getriebenen Mechanismus durch Lösen einer dazwischengeschalteten Kupplung getrennt wird, so dass die Verbrennungskraftmasehine sich drehen kann, ohne weiteres Zusammenwirken mit dem Primärmotor.
Die Erfindung ist in ihrer allgemeinen Anwendungsmöglichkeit sowie auch in ihrer besonderen Anwendung auf Anlasser der beschriebenen Art in den Zeichnungen beispielsweise veranschaulicht.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die einen Anlasser in Verbindung mit dem Schwungrad einer Verbrennungkraftmaschine darstellt, wobei das Schwungrad im Schnitt erscheint. Die elektrischen Verbindungen sind schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt die Einrichtung in axialer Richtung gesehen. Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt einer besonderen Ausbildungsform eines Anlassers und stellt diesen bei gelöster Kupplung dar. Fig. 4 ist eine entsprechende Darstellung mit eingerücktem Kl pplung. Fig. 5 ist eine Einzelheit eines der Kupplungselemente und zeigt diese in Verbindung mit einer Rolle, mit der sie zusammenarbeiten. Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der Beziehung gewisser Nocken und Rollen, u. zw. in Abwicklung des die Nocken enthaltenden Teiles in einer Ebene.
Fig. 7 zigt den in Fig. 5 veranschaulichen Teil in schaubildlicher Darstellung. Fig. 8 stellt schematisch die Ringfläehen eines Schwungrades dar, die zwischen die Wandungen einer Kopplung eingefügt werden können. Die Fig. 9 und 10 veranschaulichen in schematischer Weise die Wirkung der benutzten Kupplungselemente und die bei der Zusammenwirkung auftretenden Kräfte. Fig. 11 ist ein senkrechter Schnitt durch eine andere
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parallelen Ebenen mit den getriebenen Flächen des Umfanges des getriebenen Rades liegen, damit den Kupplungs-und Einsehlusselementen richtige Greiffläehen geboten werden.
Was die Nockenfläche 26,26 und ihre Beziehung zu den Rollen 18 und 19 sowie zu dem Zapfen 17 betrifft, so werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn die schraubenförmigen Nockenfläehen nach einem Winkel von 7 in bezug auf eine durch die Achse der Hülse 8 gehende senkrechte Ebene gefräst sind.
Es ist aber erwünscht, dass die Beziehung der Nockenfächen zu der Grösse der Rollen 18 und 19 sowie zu der Grösse des Zapfens 17 eine solche ist, dass das Mass des Druckes, der durch den Zapfen und die Rollen auf die Nocken ausgeübt wird, gleich der Wirkung der Rollen und des Zapfens auf einen unter einem Winkel von 70 gefrästen Nocken ist. Es versteht sich, dass dieselben Ergebnisse erzielt werden, wenn die Rollen und Zapfen einen abweichenden Durchmesser haben und die Nocken nach einem abweichenden Winkel gefräst sind. Es wird nur Wert darauf gelegt, diese Veränderungsmöglichkeit hervorzuheben, und es soll nur darauf hingewiesen werden, dass bei der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführung, die einen Nocken von 70 darstellt, die Einrichtung am besten arbeitet.
Wie aber bereits erwähnt, kann dieselbe erwünschte Wirksamkeit durch Änderung der Beziehungen des Zapfens, der Rollen sowie des Winkels der Nocken erreicht werden. Die Wirkung der Vorrichtung hat sich unter den erwähnten Bedingungen als am günstigsten herausgestellt. Das Gesetz der Beziehung dieser Teile ist mit der Absicht erläutert, Variationen des genannten Winkels und der genannten Nocken sowie die Beziehung der Rollen und des Zapfens als äquivalente Ausführungen in die Erfindung einzubeziehen.
In gleicher Weise versteht es sich, dass, obwohl bei der dargestellten Bauart die Rollen von der Hülse 9 getragen werden, sie auch von der Hülse getragen werden können, in welchem Falle die Nocken einen Teil der Hülse 9 bilden würden.
Zum Zwecke der graphischen Erläuterung der Stellung der Rollen in bezug auf die Nocken in Fig. G sind die letzteren in eine Ebene ausgebreitet. Aus dieser Abbildung ist zu ersehen, dass die Rollen für gewöhnlich in den Sitzen 27 ruhen und dass sie bei Drehung der treibenden Welle an den Nocken 26 aufwärts laufen. Das Diagramm zeigt einen Nocken vollständig, während der andere in zwei Abschnitte unterteilt ist.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende : Wird der Stromkreis 4 durch Betätigung des
Schalters 5 geschlossen, so fängt der Motoranker an umzulaufen. Findet der Schub der Motorwelle in der oben erwähnten Weise Anwendung, so wird die Hülse 9 in axialer Richtung auf die Umfangsfläche 7 des Schwungrades zu verschoben. Die Drehung der Welle 2 veranlasst eine Drehung der Hülse 9, die die Rollen 18 und 19 trägt. Diese laufen unverzüglich auf die Nocken 26 auf. Die der Hülse 8 innewohnende Trägheit widersteht zeitweilig der durch die Drehung auf ihren Lagern verursachten Reibung sowie auch der durch das Vorrücken der Rollen auf den Nocken bedingten Tendenz, die genannte Hülse zu drehen. Dadurch wird die Bewegung der Hülse verzögert, so dass die Rollen Zeit haben, auf die Nocken aufzulaufen.
Dabei heben sie sich zunächst aus ihren Sitzen 29 und laufen dann längs der Bahn der Nocken bis zu einer den Enden der Nocken benachbarten Stelle. Dadurch wird die Hülse S veranlasst, sich in axialer Richtung auf ihrem Lager zu bewegen. Das gleiche geschieht mit der Hülse 9. Beide Bewegungen sind einander entgegengerichtet, so dass die Grifflächen 15 und 25 sich einander nähern und die Seitenwände des Umfangteiles 7 des Schwungrades 6 zwischen sieh fassen. Dadurch wird eine Kupplungsbeziehung zwischen dem Umfangteil 7 und den Kupplungsflächen-M und 16 geschaffen.
Unter diesen Bedingungen veranlasst der treibende Teil, der sein Drehmoment von dem Elektromotor erhält, den getriebenen Teil, nämlich das Schwungrad 6, an der genannten Bewegung teilzunehmen und mit umzulaufen, wodurch die mit dem Schwungrad verbundene Verbrennungskraftmaschine in Bewegung gesetzt und der Bewegungskreislauf dieser Maschine in der üblichen Weise eingeleitet wird. Das Schwungrad wird dann durch die unabhängige Kraft der Verbrennungsmaschine angetrieben, u. zw. normalerweise mit einer Geschwindigkeit, die der dem getriebenen Teil durch den Elektromotor erteilten erheblich überlegen ist. Die Geschwindigkeit des Schwungrades 6 wird also grösser als die der Greifflächen 16 und 25, so dass die letzteren zurückbleiben.
In entsprechender Weise bleiben dann auch die Rollen auf den Nocken zurück und die Feder 28 veranlasst die Kupplungsfläehen 15 und 25 sich zu trennen. Dadurch wird der primäre treibende Teil von dem primären getriebenen Teil gelöst, wenn der primäre getriebene Teil mit grösserer Geschwindigkeit angetrieben wird als der primäre treibende Teil.
Die vorstehend beschriebene Auslösetätigkeit mag im einzelnen wie folgt erläutert werden : Beim Anlassen der Vorrichtung bleibt der getriebene Teil, das Schwungrad, wegen der ihm innewohnenden Trägheit in Ruhe. Erfolgt der Kupplungsvorgang durch Drehung des primären Motors sowie durch Auflaufen der Rollen auf die Nocken, so wird der getriebene Teil zwischen die Flächen 15, 25 geklemmt. Das Drehmoment des Elektromotors ist also zunächst darauf gerichtet, diese Klemmwirkung herbeizufuhren und dann die Trägheit des getriebenen Schwungrades zu. überwinden und dieses in Drehung zu versetzen.
Wenn die Verbrennungskraftmaschine zu laufen beginnt, so verliert zunächst das Schwungrad seine Trägheit und unterliegt der antreibenden Wirkung der Verbrennungskraftmaschine, von der es eine genügende Drehkraft erhält, um mit einer Geschwindigkeit umzulaufen, die grösser ist als die ihm durch den Primärmotor erteilte. Infolgedessen wird der anfängliche Widerstand gegenüber der Wirkung des Primärmotors, der zunächst durch die Trägheit des Schwungrades dargestellt wird, beseitigt.
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besteht für die mit den Nocken zusammenwirkenden Rollen kein Anlass, dass sie auf die Nocken auflaufen.
Infolgedessen wird die Greifwirkung, die darauf zllrückzufiÛ1ren ist, dass die Rollen auf die Nocken auflaufen, augenblicklich unterbrochen. Ausserdem wird eine etwaige Reibungsbeziehung, die zwischen der Fläche 25 und der Hülse 8 und der gegenüberliegenden Fläche des getriebenen Teiles 7 vorhanden sein könnte, die Hülse 8 veranlassen, mit dem genannten getriebenen Teil schneller umzulaufen, als der Drehung der Hülse 9 entspricht.
Es ergibt sich also, dass die Drehung der Hülse 10 in der Richtung, die ihr durch die schnelle Drehung des Schwungrades erteilt wird, die Hülse 10 veranlasst, sich in derselben Richtung wie das Schwungrad zu drehen, wodurch die von der Hülse 10 getragenen Nocken veranlasst werden, freiwillig aus ihrer Beziehung zu den betreffenden Rollen zarückzutreten und dadurch die Trennung der Kupplungsflächen- und 25 zu bewirken.
Es versteht sich, dass diese Tätigkeiten zusammenfallen und dass der Übergang von der Greifin die Auslösebeziehung augenblicklich ist und nur durch eine Analyse der verschiedenen Funktionen der einzelnen Elemente verstanden werden kann, die zar Durchführung der Lösung zusammenwirken.
Zum besseren Verständnis der Theorie, nach der die Vorrichtung gebaut ist, sowie der benutzten Kräfte, die sie zu ihrer Wirkung veranlassen, soll auf die Fig. 9 und 10 näher eingegangen werden. Es sei dabei vorausgeschickt, dass, wenn auch schematische Darstellungen nicht sämtliche Funktionen der Vorrichtung erläutern können, sie doch zum Verständnis der berücksichtigten Grundsätze beitragen können.
Es ist angenommen, dass die in den schematischen Darstellungen nach Fig. 9 und 10 veranschaulichten Elemente sich in einer Ebene bewegen. Mit 30 ist ein gabelförmiges Element bezeichnet, das zwei Schenkel 31 und 32 besitzt. 33 stellt eine Fläche dar, während 34 eine auf einem Zapfen 35 gelagerte Rolle ist. 36 ist ein keilförmig gestaltetes Element mit einer Schrägfläche 37 und einer weiteren parallel zu der Fläche 33 liegenden Fläche 38. 34 ist ein Treibelement, das mit einem zwischen den Flächen 33 und 38 liegenden Kopf 35 versehen ist. In Fig. 9 ist die Kupplung in offenem, in Fig. 10 in eingerücktem Zustande dargestellt. Das Keilelement 36 und das getriebene Element 34 stehen fest, während der gabelförmige Teil 30 beweglich ist.
Beim Vorrücken des letzteren in Richtung des Pfeiles läuft die Rolle 34 auf die Keilfläche 37 auf bis sie an eine Stelle gelangt, in der ein positiver Druck in Richtung der Linie 36 a ausgeübt wird. Es ist ersichtlich, dass, wenn die Vorrichtung die in Fig. 10 gezeigte Stellung erreicht, eine absolut positive Kraft in Richtung der Linie 36a auftritt, die das Element 35 zwischen den Wänden 33 und 38 kuppelt.
Eine Betrachtung des Vorstehenden wird ohne Zweifel ergeben, dass die hier erzielte Kupplung in ihren Grundeigenschaften von einer gewöhnlichen Reibungskupplung verschieden ist, da die in der Ebene 36a liegenden Kräfte absolut und positiv sind und einen solchen Grad der Pressung erzeugen, dass die Erfindung aus dem Gebiete von in Reibungseingriff stehenden Elementen gehoben und in die Klasse von Kupplungsvorgängen gedrückt wird, die weit über denen hinausliegt, die durch die wohlbekannten Reibungsvorrichtungen herbeigeführt werden können. Mit andern Worten, die Pressung ist eine solche, dass ein Eingriff von einzigartigem und besonderem Charakter zwischen den treibenden und den getriebenen Flächen verursacht wird, welcher Eingriff genügt, alle bei Reibungseingriff vorkommenden Oberflächenstörungen, z.
B. durch Anwesenheit von Öl oder andern zwischen die Flächen gelangenden fremden Stoffen, zu vermeiden.
In Fig. 11 ist eine zweite Ausführungsform der Kupplungsflächen veranschaulicht. Statt der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Nockenflächen15 und 25 können Noekenflächen der bei 140 angedeuteten Form benutzt werden. Diese Flächen können in ihrer Beziehung konisch oder parallel sein, ohne dass dadurch das Wesen der Erfindung berührt würde. Das angetriebene Element 141 ist in diesem Falle mit einem Umfangsreifen 142 versehen oder dieser kann mit dem angetriebenen Element 141 aus einem Stück bestehen. Die Kanten des Reifens 142 bilden einen dem Winkel der Kupplungsflächen 140 entsprechenden Winkel. Die betreffenden Flächen sind mit 143, 143 bezeichnet. Diese Bauart bietet insofern einen Vorteil, als die genannten Flächen so geschliffen und gehärtet werden können, dass sie mit grösserer Wirksamkeit zusammenarbeiten.
Die Konstruktionsformen dieser Art können natürlich verschiedenen Änderungen unterliegen.
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