Aggregat bei Brennkraftmaschinen, mit einer bald als Anlassmotor, bald als Stromerzeuger arbeitenden elektrischen Maschine und einem mit dieser zusammengebauten Getriebe. Die Erfindung betrifft ein Aggregat bei Brennkraftmaschinen, mit einem bald als Anlassmotor für die Bremskraftmaschine, bald als von dieser angetriebener Stromerzeu ger arbeitenden elektrischen Maschine und einem mit dieser zusammengebauten Ge triebe, das zwei mit der Läuferwelle der elektrischen Maschine gleichachsige Zahn räder, einen mit dieser Welle verbundenen Zwischenradträger, und ein auf dem letzte ren exzentrisch zur Achse .der genannten Welle gelagertes, mit den beiden Zahnrädern im Eingriff stehendes Zwischenrad enthält,
wobei das eine Zahnrad mit der Brennkraft- maschine in Antriebsverbindung steht und das andere Zahnrad an sich frei drehbar ist, aber wahlweise mit einem feststehenden Teil des Gehäuses oder mit dem Zwischenrad träger gekuppelt werden kann.
Bei einem derartigen Aggregat wird die ses an sich frei drehbare Zahnrad mit dem Gehäuse gekuppelt, wenn die elektrische Maschine als Anlassmotor arbeiten soll; dann soll sich das mit der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehende Zahnrad lang samer drehen als die Läuferwelle der elek irischen Maschine. Soll letztere dagegen als Stromerzeuger arbeiten, so wird das an sich frei drehbare Zahnrad mit dem Zwischenrad träger gekuppelt; die genannte Läuferwelle wird dann mit der Drehzahl des mit der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden Zahnrades angetrieben.
Bei den bekannten Aggregaten dieser Art ergibt sich beim Betrieb der elektrischen Maschine als Anlassmotor ein wesentlich höheres Übersetzungsverhältnis: zwischen der Läuferwelle und dem mit der Brennkraft- maschine in Antriebsverbindung ;stehenden Zahnrad, als bei Brennkraftmaschinen mit normaler Anlass- und Höchstdrehzahl ge wünscht wird.
Sind dagegen die Glieder des Getriebes für ein vorteilhaftes Übersetzungs verhältnis bemessen, so werden .die Aussen abmessungen des Getriebes in .der Richtung senkrecht zu seiner Achse so gross, dass das Getriebe nur bei schwungradartig ausgebil deten, nicht aber bei normalen walzenförmi gen elektrischen ',Maschinen in deren zylindri schem Profil untergebracht werden kann.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist zwecks Ermöglichung der Unterbringung des Getriebes innerhalb des zylindrischen Profils der elektrischen Maschine das eine Zahnrad des Getriebes als aussenverzahntes und das andere als innenverzahntes Zahnrad ausge führt, wobei das Zwischenrad mit einer in den Zahnkranz des innenverzahnten Zahn rades eingreifenden Aussenverzahnung und mit einer in den Zahnkranz des aussenver zahnten Rades eingreifenden Innenverzah nung versehen ist und die Eingriffsstellen einander in bezug auf die Achse des Zwi schenrades gegenüberliegen.
Das an sich frei drehbare Zahnrad kann mit dem feststehenden Gehäuseteil bezw. mit dem Zwischenradträger selbsttätig durch je eine Freilaufvorrichtung kuppelbar sein, wo bei zweckmässigerweise die Nabe des an sich frei drehbaren Zahnrades im Lagerschild der elektrischen Maschine gelagert sein kann und ihrerseits ein Lager für den Zwischenrad träger bilden kann, und wobei ferner die Freilaufvorrichtungen vorteilhafterweise in derselben Radialebene zwischen der Nabe und dem Zwischenradträger bezw. zwischen der Nabe und dem Lagerschild untergebracht sind.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge stellt.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch das Ge triebe. Die Fig. 2, 3 und 4 sind Querschnitte längs den Linien A-A, B-B und C-C der Fig. i.
In den Figuren bezeichnet die Bezugs ziffer 1 eine elektrische Maschine, die sowohl als Elektromotor wie auch als Stromerzeuger arbeiten kann und über geeignete Schaltvor richtungen beispielsweise an eine Batterie und an ein Verbrauchernetz angeschlossen ist. Aus dem Gehäuse der elektrischen Ma schine ragt ein Ende ihrer Ankerwelle oder einer mit dieser über eine Rutschkupplung verbundenen Antriebswelle 2 hervor. Dieses Wellenende trägt eine den Zwischenradträger bildende Büchse 3, die durch einen Keil 4 mit ihm drehfest verbunden ist.
In der Längsbohrung der Büchse 3 ist das Ende einer andern Antriebswelle 5 drehbar ge lagert, die mit der Welle 2 gleichachsig ist.
Diese Antriebswelle 5 ist mit der Kurbel welle der Brennkraftmaschine durch eine Kupplung, eine Zahnradübersetzung, einen Riementrieb oder dergleichen ständig ver bunden. Auf ihr ist ein innenverzahntes Zahnrad 6 mittels eines Keils 7 befestigt; die Nabe 8 dieses Zahnrades ist im Gehäuse 9 des Getriebes gelagert, das mittels Schrau ben 41 an der elektrischen Maschine 1 ange flanscht ist.
Am Getriebegehäuse 9 ist der Lagerschild 11 der elektrischen Maschine durch Schrau ben 42 befestigt. In diesem Lagerschild ist die Nabe eines aussenverzahnten Zahnrades 10 gleichachsig mit den Wellen 2 und 5 ge lagert, die ihrerseits ein Lager für die Büchse 3 'bildet. An sich ist dieses Zahnrad frei drehbar; doch .ist zwischen der Büchse 3 und der Nabe des Zahnrades, und zwischen dieser und dem Lagerschild 11 je eine Freilaufvor richtung vorgesehen;
diese Vorrichtungen liegen in ein und derselben Radialebene und dienen dazu, das Zahnrad 1.0 selbsttätig bald mit dem Zwischenradträger 3, bald mit dem feststehenden Lagerschild 11 zu kuppeln. Die Büchse 3 hat nämlich in ihrer Lauffläche 1? Nuten 13, die parallel zur Achse laufen und deren Grund in bezug auf die jeweilige Tan- gentialebene zur Lauffläche leicht geneigt ist, so dass die Nute in ihrem - in bezug auf die mit den Pfeilen 14 angegebene %eh- richtung der Büchse 3;
d. h. der Welle 2 der elektrischen Maschine - hintern Teil 15 am tiefsten ist. In jeder von diesen Nuten 13 liegt eine Stahlwalze 16, die auf der innern Lauffläche 17 des Zahnrades 10 rollen kann, wenn sie sich im hintern, tieferen Teil 15 der Nute 13 befindet, während sie sich zwi schen dem Nutengrund und der Zahnradlauf fläche 17 festklemmt, wenn sie in den vor dern Teil 18 der Nute gerät.
Der ringförmige Raum zwischen den Laufflächen 12 und 17 ist im übrigen von einer Büchse 19 ausge füllt, in welcher Einschnitte zur Aufnahme der Walzen. vorgesehen -sind.
Die im Lagerschild 11 vorgesehene Öff nung, durch welche sich die Nabe .des Zahn rades 10 erstreckt, besitzt eine zylindrische, mit der Welle 2 gleichachsige Leibung 21, deren Durchmesser etwas grösser ist als der jenige der Nabe des Zahnrades 10. Der in der Öffnung des Lagerschildes 11 gelegene Teil dieser Nabe ist aussen mit einer versenkten glatten Lauffläche 20 versehen. In der Lei- bung :31 der Lagerschildöffnung sind zu deren Achse parallele Nuten 22 vorgesehen, deren Grundflächen mit der entsprechenden Tangentialebene der zylindrischen Leibung 21 einen kleinen Winkel einschliessen. Dabei hat jede Nute 22 ihre grösste Tiefe längs des jenigen Randes, der in bezug auf die Dreh richtung 14 der Büchse 3 vorn liegt.
In jeder Nute befindet sich eine Stahlwalze 23 von solchem Durchmesser, dass sie im vordern Teil 24 der Nute auf der Lauffläche 20 des Zahnrades, 10 rollen kann, im hintern Teil 25 der Nute dagegen zwischen Nutengrund fläche und Lauffläche 20 eingekeilt wird.
Zwischen der Leibung 21 der Öffnung im Lagerschild 11 und der Lauffläche 20 des Zahnrades 10 sind Bogenstücke 26 angeord net, von denen jedes durch eine Druckfeder 27 gegen eine der Walzen 23 gedrückt wird und diese in den hintern Teil 25 der Nute zu schieben sucht. ,Jede von den Druckfedern 27 liegt teils in einer Ausnehmung im entspre chenden Bogenstück 26, teils in einer von der Leibung 21 ausgehenden Ausnehmung im Lagerschild 11.
Zwischen den Zahnrädern 6 und 10 hat die Büchse 3 ausser einem Bund 29 eine zylindrische, zur gemeinsamen Achse der Antriebswellen 2 und 5 parallel, aber exzen trisch gelegene Lauffläche 30. Auf dieser ist das Zwischenrad 31 gelagert, das mit zwei Zahnkränzen 32 und @33 versehen ist. Von diesen ist der eine, 32, aussenverzahnt und greift in den innenverzahnten Zahnkranz 34 des Rades. 6 ein, während der. andere, 33, innenverzahnt ist und in den aussenverzahn ten Zahnkranz 28 des Zahnrades 10 ein greift.
Da die Exzentrizität der Lauffläche 30 in bezug auf die Getriebeachse viel klei ner ist Tals die Radien der Teilkreise der genannten Zahnkränze, umschliessen beide Zahnkränze 3;2 und 33 .des Zwischenrades 31 die gemeinsame Achse der Wellen 2 und 5 und des Zahnrades 10. Die Stelle, wo der Zahnkranz 32 in den. Zahnkranz 34 des Rades 6 eingreift, liegt auf der einen, die Stelle, wo der Zahnkranz 33 in den Zahn kranz. 28 des Rades 10 eingreift, auf der diametral. gegenüberliegenden Seite der Ge triebeachse.
Die beschriebene Einrichtung hat die folgende Wirkungsweise: Wenn die stillstehende Brennkraftma- schine angelassen werden soll, wird zunächst die elektrische Maschine durch Einschalten des Stromes in Betrieb gesetzt, so dass sich die Welle 2 im Sinne der Pfeile 14 zu drehen beginnt.
Mit ihr dreht sich die Büchse 3, während die Welle 5 und das Zahnrad 6, die mit der Kurbelwelle der Brennkraft maschine verbunden sind, zunächst noch stillstehen. Infolge der exzentrischen Lage rung des Zwischenrades 31 auf der Büchse 3 rollt dessen Zahnkranz 32 längs des still stehenden Zahnkranzes 34.
Diejenigen Zähne des Zahnkranzes 33, die augenblicklich in die Zahnlücken des Zahnkranzes 28 eingrei- fen, bewegen sich in bezug auf die augen blickliche Eingriffsstelle des Zahnkranzes 32 mit dem Zahnkranz 34 in gleicher Rich tung wie die Achse des Rades 31; die Rich tung, in der sich dieses Rad um seine Achse dreht, ist also entgegengesetzt zur Richtung des Pfeils 14, in der diese Achse um die Achse der Welle 2 und der Büchse 3 um läuft.
Der Zahnkranz 33- nimmt nun mittels des Zahnkranzes 28 das Zahnrad 10 eben falls entgegen der Richtung des Pfeils mit. Dabei werden aber die Stahlwalzen 23 zwi schen der Lauffläche 20 des Rades 10 und der Grundfläche der Nuten 22 in den weni ger tiefen Teil 23 dieser Nuten gewälzt und dort eingekeilt, so dass sie durch ihre Rei- bring das Rad 10 in bezug auf den Lager schild 11 festhalten.
Der Zahnkranz 33 des zweikränzigen Zwischenrades 31 wird da durch gezwungen, beim Weiterdrehen der Welle 2 und Büchse 3 längs des nunmehr stillstehenden Zahnkranzes 28 umzulaufen: diejenigen Zähne des Zahnkranzes 32, die augenblicklich in Zahnlücken des Zahnkran zes 34 am Rad 6 eingreifen, müssen sich dann in bezug auf die Stelle, wo der Zahn kranz 33 in den Zahnkranz 28 eingreift, in gleicher Richtung bewegen, wie die Achse des Zwischenrades 31 in bezug auf die Achse der Welle \? und der Büchse 3; das Rad 31 dreht sich also nunmehr im Sinne der Pfeile 14.
Infolgedessen wird nun das innenver zahnte Zahnrad 6 in derselben Drehrichtung mit einem Bruchteil der Drehzahl der Welle mitgenommen und treibt über die Welle 5 die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine an. Die von der elektrischen Maschine abge gebene Leistung ermöglicht es, auf diese Weise das Triebwerk der Brennkraftmaschine allmählich so zu beschleunigen, dass diese aus eigener Kraft zu laufen beginnt und sich weiter beschleunigt. Durch die Konstruktion, Schaltung oder Bedienung der elektrischen Maschine wird das Drehmoment, das diese über die Welle 2 abgibt, im Verlaufe dieses Beschleunigungsvorganges, z. B. beim Er reichen einer gewissen Drehzahl, zum Ver schwinden gebracht.
Die Brennkraftmaschine treibt dann die elektrische Maschine über das Zahnrädergetriebe an. Sobald dies der Fall zu sein beginnt, wird die Geschwindigkeit der Zähne des Zahnkranzes 34 grösser als die durch die Drehzahl der Büchse 3 und den Stillstand des Zahnrades 10 bedingte Ge schwindigkeit der Zähne des Zahnkranzes 32. Da diese ebenfalls die erhöhte Geschwindig keit annehmen müssen, nimmt die Drehzahl des zweikränzigen Zwischenrades 31, das sich rin Sinne der Pfeile 14 dreht, trotz gleich- bleibender Drehzahl der Büchse 3 zu.
Der Zahnkranz 28 kann dann nicht mehr stehen bleiben, sondern muss ebenfalls mit einer Winkelgeschwindigkeit, die der Differenz zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Büchse 3 und des Zwischenrades 31 propor tional ist, im Sinne der Pfeile 14 umlaufen. Dabei werden die Walzen 23 infolge ihrer Reibung an der Lauffläche 20 mitgenommen und entgegen dem Druck der Federn 27 in den tieferen Teil 24 der Nuten 22 gewälzt, -wo sie sich frei drehen können, ohne die Drehung des Rades 10 in bezug auf den Lagerschild 11 zu beeinträchtigen.
Die elektrische Maschine ist nun von der Brennkraftmaschine getrennt.; durch geeig nete Vorkehren, z. B. durch selbstregelnde Ausführung, durch Anordnung eines Dreh zahlreglers, oder durch selbsttätiges oder willkürliches Abschalten von der Strom quelle ist verhindert, dass ihre Drehzahl un begrenzt zunimmt. Das Rad 10 läuft zu nächst langsamer um als die Welle 2 bezw. die mit ihr verbundene Büchse 3; das ist möglich, weil heim Voreilen dieser Büchse in bezug auf die Lauffläche 12 des Zahn- i i.des die Walzen 16 in den tiefere Teil 15 der Nuten 13 gewälzt werden, wo sie sich frei drehen können.
Die Drehzahl der Welle 5 nimmt weiter zu, während diejenige der Welle 2 gleich bleibt oder gar abnimmt; die beiden Wellen erreichen so nach einiger Zeit dieselbe Drehzahl. In diesem Augenblick hurt die Abwälzbewegung des Zahnkranzes 32 längs des Zahnkranzes 34 auf. da ja die Achse des Zwischenrades, 31 mit derselben Tinkelgeschwindigkeit um die gemeinsame Achse der Wellen 2 und 5 umläuft wie das. lad 6. Auch das Zahnrad 10 nimmt diese Winkelgeschwindigkeit an.
Sobald die, Drehzahl der Welle 5 um ein weniges weiter zunimmt, fangen die Räder 6, 31 und 10 an, sich in bezug auf die Welle 2 und Büchse 3 im Sinne der Pfeile 14 zu drehen. Dabei werden die Walzen 16 zwi schen der l.auffl < i.ehe 17 und der Grundfläche der Nuten 13 in den weniger tiefen Teil 18 dieser Nuten gewälzt und dort eingekeilt, so class wegen ihrer Reibung an diese Flächen (las Zahnrad 10 die Büchse 3 in seiner Dre hung mitnimmt..
Das zweikränzige Zwischen rad 31, das auf der Büchse 3 gelagert und finit dein Zahnrad 10 im Eingriff ist, wird dadurch an der Drehung um seine Achse, also am Abrollen seines Zahnkranzes 32 längs des Zahnkranzes 34 des Zahnrades 6 verhindert, und muss dessen Drehzahl an nehmen. Infolgedessen bilden für diesen Be triebszustand die Zahnräder 6, 31 und 10 und die Büchse 3 eine direkte, starre Kupp lung zwischen den Wellen 5 und 2. Die Welle 2 wird mit der Drehzahl der Welle 5 angetrieben, und,die elektrische Maschine ar beitet, sobald ihr Stromkreis über die Ver braucher geschlossen, ist, als Stromerzeuger.
An Stelle der beschriebenen Freilaufvor richtungen kann für das Festhalten des Zahnrades 10 in bezug auf das Gehäuse oder für dessen Kupplung mit der Welle 2 oder für jeden dieser beiden Zwecke eine beispiels weise elektromagnetisch betätigte Brems- bezw. Kupplungsvorrichtung vorgesehen sein. Solche Vorrichtungen und ihre elektrische Schaltung sind in der schweizerischen Pa tentschrift Nr. 193425 erläutert.
Der geringe Raumbedarf des beschriebe nen Getriebes, der dessen Unterbringung innerhalb des zylindrischen Profils 44 der elektrischen Maschine ermöglicht, rührt da von her, dass der aussenverzahnte Zahnkranz 32 und der innenverzahnte Zahnkranz 33 des Zwischenrades 31 auf entgegengesetzten Sei ten der Getriebeachse mit den Zahnkränzen 34 bezw. 28 der Räder 6 bezw. 10 im Ein griff stehen. Das Zustandekommen einer Übersetzung mit dem benötigten mässigen Übersetzungsverhältnis zwischen den: Wellen 2 und 5 ist dann nicht davon abhängig, dass die Zahnkränze 34 und 28 verschiedenen Durchmesser haben.
Es braucht also keiner von diesen Zahnkränzen grösser dimensioniert zu werden, als es der Durchmesser seiner Nabe und die Festigkeits- und Eingriffsver hältnisse seiner Zähne erfordern. Auch die Exzentrizität der Lauffläche 30, von welcher der für die Zahnräder 6, 31 und 10 benötigte lichte Raum im Gehäuse 9 ausserdem ab hängt, kann klein gewählt werden.