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Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine
Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für solche zum Antrieb von
Kraftfahrzeugen, mit einem elektrischen Andrehmotor, wobei zwischen letzterem und
der anzudrehenden Brennkraftmaschine ein die Andrehmotordrehzahl untersetzendes
und das Andrehmoment übersetzendes Zwischengetriebe und eine Freilaufkupplung angeordnet
sind.
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Es sind Andrehvorrichtungen mit einem Zwischengetriebe bekannt, die
als Untersetzungsgetriebe benutzt werden. Letztere sind für den vorliegenden Anwendungszweck
so ausgebildet, daß eine Antriebsgeschwindigkeit in eine zu dieser proportionale
Abtriebsgeschwindigkeit umgewandelt wird. Derartige Getriebe sind erfahrungsgemäß
nur für bestimmte Eingangs- und Ausgangsgeschwindigkeitsbereiche brauchbar, und
es stellt einen erheblichen technischen Aufwand dar, wenn sie über einen vergleichsweise
weiten Bereich verschiedener Umlaufgeschwindigkeiten angewandt werden sollen.
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Bei einem Andrehmotor für Brennkraftmaschinen treten an der anzutreibenden
Welle tatsächlich erhebliche Umlaufgeschwindigkeitsunterschiede auf, die mit den
herkömmlichen proportionalen Untersetzungsgetrieben nur unter Inkaufnahme beträchtlicher
Energieverluste überbrückt werden können und Spezialelektromotoren sowie elektrische
Batterien besonders großer Kapazität erforderlich machen.
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Es sind nun bereits andere Vorrichtungen mit einem elastischen Zwischenglied
als Zwischengetriebe bekanntgeworden, insbesondere zur Energieübertragung bei der
Betätigung der Kupplung eines Kraftfahrzeuges, bei denen eine Drehbewegung über
eine Kurbel, eine Koppel, eine Schwinge, einen Torsionsstab und eine Freilaufkupplung
in eine gleichgerichtete Schwingbewegung umgewandelt und auf die Anlasserwelle übertragen
wird.
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Derartige Getriebe, bei denen mit periodisch wechselnden Massenkräften
und/oder mit periodisch wechselnden Federkräften Drehmomente übertragen werden,
haben die Eigenschaften, daß während einer Arbeitsphase Massen beschleunigt oder
Federn gespannt werden, während in einer anderen Arbeitsphase die gespeicherte Energie
dem Verbraucher zugeleitet wird, so daß während der zweiten Arbeitsphase die antreibende
Maschine entlastet ist. Außerdem tritt bei diesen Getrieben die Wirkung ein, daß
das Lastmoment an der treibenden Welle nicht größer als der maximale Widerstand
der Massen der Federn im Getriebe sein kann. Es kann daher ein darüber hinausgehender
Widerstand an der getriebenen Welle nur wirkungslos bleiben und keine Beschädigung
oder Zerstörung des Antriebsaggregates hervorrufen. Aus diesem Grund hat sich auch
dieses Getriebe in der erwähnten Benutzungsart als Zwischengetriebe in einer Kraftfahrzeugkupplungsanordnung
bestens bewährt.
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Die der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen haben nun gezeigt,
daß die Wirkungsweise bezüglich der Übertragungsverhältnisse des beschriebenen Schaltwerkwechselgetriebes
mit elastischem Zwischenglied derart ist, daß nicht nur der gesamte Energieverlust
wesentlich geringer ist als bei den proportionalen Übersetzungsgetrieben, sondern
daß auch die Entlastung des Andrehmotors nicht nur in der zweiten Arbeitsphase,
sondern sogar noch stärker in der ersten Arbeitsphase auftritt, wodurch das Getriebe
auch als Zwischengetriebe für den vorliegenden Zweck des Andrehens einer Brennkraftmaschine
durch einen Elektromotor als besonders geeignet erscheint.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Andrehvorrichtung
für Brennkraftmaschinen mit einem Zwischengetriebe zu schaffen, das es gestattet,
einen üblichen Elektromotor zum Andrehen einer Brennkraftmaschine zu verwenden,
ohne besondere Maßnahmen zur Regelung der Spannungsquelle des Elektromotors vornehmen
zu müssen. Zum Lösen dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Zwischengetriebe
ein an sich bekanntes Kurbelschwingengetriebe ist, welches eine auf der Andrehmotorwelle
angeordnete Kurbel aufweist, die über eine Koppel, eine Schwinge, einen
federnden
Torsionsstab und die Freilaufkupplung mit einer mit der Brennkraftmaschine kuppelbaren
Andrehwelle in Wirkverbindung steht.
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Durch die Erfindung wird nicht nur der Vorteil erreicht, daß der Andreh-Elektromotor
verhältnismäßig klein dimensioniert werden kann, sondern daß es darüber hinaus auf
Grund der überraschend günstigen übertragungsverhältnisse des Zwischengetriebes
möglich ist, als Spannungsquelle für den Elektromotor eine elektrische- Batterie
mit fallender Charakteristik und kleinerer Ladekapazität zu verwenden, als es mit
den herkömmlichen Andrehaggregaten möglich ist.
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Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 eine Schnittansicht, F i g. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles
F2 in F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt auf den in F i g. 1 .dargestellten Freilauf
in Richtung des Pfeiles F3, F i g. 4 ein Schaubild der zu einem Andrehmotor bekannter
Ausführung gehörenden Kennlinien, F i g. 5 eine Darstellung gemäß F i g. 4 mit den
Kennlinien eines Andrehmotors gemäß der Erfindung.
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F i g.1 zeigt einen Elektromotor 1, dessen -Andrehmotorwelle 2 eine
Kurbel 3 antreibt, welche einen Kurbelzapfen 4. trägt, an welchem eine Koppel 5
(F i g. 2) schwenkbar angelenkt ist. Der Kopf der Koppel 5 greift an einer Kurbel
? an, welche starr an einem Ende- 8 eines federnden Torsionsstabes 9 befestigt ist.
Das andere Ende 10 des Tor= sionsstabes ist starr mit einem Freilauf verbunden.
Bei 11 (F i g. 3) sind die schrägen Ebenen eines Sperrades sichtbar, an die die
Rollen 12 in Eingriffsstellung gelangen, wenn der Torsionsstab 9 das Rad in dem
Sinn des Pfeiles 13 antreibt, welcher der einzig mögliche Drehsinn für einen Außenkranz
14
des Freilaufes ist.
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Ein mit Öl gefülltes Gehäuse 1.5 umgibt den obigen Mechanismus und
trägt ein Kugellager 16,
in welchem die Andrehwelle 17 des Freilaufes gelagert
ist. Die Andrehwelle 17 ist mit einem steilgängigen Gewinde versehen, welches mit
einem Zahnrad 18 zusammenwirkt, das mit einem Zahnrad 19 in Eingriff kommen kann,
welches mit der anzutreibenden Welle oder der Abtriebswelle verbunden ist. Eine
Feder 20 drückt das Zahnrad 18 so zurück, daß es mit dem Zahnrad 19 nicht im Eingriff
steht, wenn sich der Freilauf nicht dreht.
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Wenn die anzulassende Welle stillsteht und der Elektromotor 1 in Betrieb
gesetzt ist, ist der Wert des von dem Torsionsstab 9 übertragenen Drehmomentes am
größten. Nach einem kleinen auf den Freilauf übertragenen Impuls, welcher eine Drehung
des Zahnrades 18 bewirkt und dieses mit dem mit der Abtriebswelle verbundenen Zahnrad
19 in Eingriff bringt, dreht sich nämlich in dieser Phase der Freilauf weder in
der einen noch in der anderen Richtung, und das Ende 10 des Torsionsstabes 9 nimmt
in bezug auf die Abtriebswelle eine feste Lage ein.
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Der Elektromotor 1. kann mit seiner höchsten Drehzahl laufen und verbraucht
bis auf die Reibungsverluste keine Energie, da die elastische Arbeit in dem Torsionsstab
9 umkehrbar ist. Die von dem Motor 1 aufgenommene Stromstärke ist daher sehr gering,
wodurch bei einem Kraftfahrzeug die Abmessungen der Batterie zur Speisung des Motors
verringert werden.
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Mit Fortdauer des Anlaßvorganges nimmt der Torsionswinkel des Stabes
9 ebenso wie das übertragene Moment ab, während der Ausschlagwinkel des Freilaufes
zunimmt. Die von dem Motor 1 gelieferte Leistung nimmt allmählich zu, während sich
die Drehzahl und das Abtriebsmoment bis zur Herstellung der betriebsmäßigen Drehzahl
selbsttätig anpassen.
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Wenn die Brennkraftmaschine angedreht ist und mit der erforderlichen
Drehzahl läuft, wird die Speisung des Elektromotors ausgeschaltet, so daß der Freilauf
stehenbleibt, worauf die Feder 20 das Zahnrad 18 zurückdrückt, so daß dieses nicht
mehr mit dem mit der Abtriebswelle verbundenen Zahnrad 19 im Eingriff steht.
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Die Kennlinien eines erfindungsgemäßen Andrehmotors und eines Andrehmotors
bekannter Ausbildung gleicher Leistung veranschaulichen die Schaubilder der F i
g. 3 bzw. 4. In letzteren sind die Änderungen der Drehzahl Ni des Andrehmotors in
Umdrehungen je Minute, die Stromstärke des Motors und das Drehmoment an der Welle
des Andrehmotors in Kilojoule als Funktion der Drehzahl Nm
der Abtriebswelle
in Umdrehungen je Minute dargestellt.
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Wie man sieht, ändern sich bei einem Andrehmotor üblicher Bauart diese
drei Größen linear mit der Drehzahl der Abtriebswelle. Bei der Drehzahl Null der
Abtriebswelle ist die Drehzahl Ni des Andrehmotors Null und nimmt allmählich zu,
während das Moment und die Stromstärke am größten sind und linear abnehmen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Andrehmotor ist dagegen die Drehzahl Ni
des Motors zu Beginn am größten und nimmt dann ab, während das Moment und die Stromstärke
Null sind und hierauf mit der Drehzahl der Abtriebswelle allmählich zunehmen.
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Bei gleichen Werten der Drehzahl und des Moments im Betriebszustand
liefert somit die erfindungsgemäße übertragung im Stillstand ein größeres Moment.
Das von dem Elektromotor zu Beginn des Andrehvorganges zu liefernde Moment ist praktisch
Null, und die zu Beginn des Andrehvorganges aufgenommene Stromstärke ist ebenfalls
praktisch Null. Schließlich sind die Eintritts- und die Austrittsgeschwindigkeit
unabhängig voneinander.
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Die Erfindung kann natürlich abgewandelt werden. So kann die in F
i g. 2 dargestellte Vorrichtung zur Umformung der gleichförmigen Drehbewegung der
Welle des Motors in eine Pendelbewegung z. B. durch einen Exzenter oder eine Anordnung
mit Nokken und Koppelstange gebildet werden. Ebenso kann die übertragung zwischen
dem Freilauf und der Abtriebs-welle entweder unmittelbar oder über Zahnräder erfolgen.
Schließlich kann eine beliebige andere bekannte Vorrichtung zur Kupplung zwischen
dem Freilauf und der Abtriebswelle benutzt werden, z. B. eine Fliehkraftkupplung.
Die Kupplung kann sogar fortfallen, und der Kranz 14 des Freilaufes kann unmittelbar
mit der Abtriebswelle verbunden werden, da der Freilauf eine Drehung der Abtriebswelle
ohne Antrieb des Andrehmotors ermöglicht.