DE264030C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstromdynamomaschine, welche im besonderen zum Anlassen von Verbrennungskraftmaschinen dienen soll, anderseits aber auch die Abgabe elektrischer Energie, z. B. zur Speisung einer Batterie oder eines Beleuchtungsnetzes, gestattet. Eine derartige Verwendung einer Dynamo ist vor allem dadurch erschwert, daß die Dynamomaschine nicht als Motor und Generator unter Beibehaltung der gleichen mechanischen Übersetzung arbeiten kann, da das für jeden der beiden Fälle praktisch notwendige Geschwindigkeitsverhältnis zwischen treibender und getriebener Welle wesentlich verschieden ist. Ferner muß, wenn der Explosionsmotor eine bestimmte Geschwindigkeit unterschreitet oder zum Stillstand kommt, eine zu große Entladung der Batterie durch die Dynamo verhindert werden, welche dann als Motor unter großer Stromentnahme die Kraftmaschine anzutreiben sucht. Bei den bisher üblichen Ausführungen derartiger Dynamomaschinen suchte man diese und ähnliche Schwierigkeiten dadurch zu überwinden, daß man zwischen die Wellen der Dynamomaschine und des Wärmemotors besonders ausgebildete Kupplungsvorrichtungen einschaltete, welche den Übergang von der Motor- auf die Generatorwirkung ohne Nachteil für die Dynamo ermöglichten und von einer entsprechenden Steuerung bedient wurden.

Gemäß der Erfindung wird eine einfache Lösung dadurch erreicht, daß eine elektrische Gleichstrommaschine mit Doppeldrehung benutzt wird, welche in Kupplung mit der Verbrennungskraftmaschine und in Parallelschaltung mit einer Batterie oder einer ähnlichen Stromquelle oberhalb einer kritischen Geschwindigkeit als Generator und unterhalb derselben als Motor arbeitet. Nach der Erfindung wird eine solche Dynamomaschine derartig ausgebildet, daß das Magnetsystem bei der Generatorwirkung oberhalb der kritischen Geschwindigkeit festgehalten wird, dagegen bei Unterschreitung der kritischen Geschwindigkeit frei um den Anker in dem der normalen Umlaufrichtung des letzteren entgegengesetzten Sinn umlaufen kann.

Fig. ι zeigt eine beispielsweise Ausführungsform dieses Erfindungsprinzips. Die Welle 1 des Dynamoankers 2 ist mit der Achse 3 mittels der Kette 4 gekuppelt, so daß der Anker 2 ständig mit dem an der Welle 3 angreifenden Explosionsmotor verbunden ist. Das Magnetsystem 5 ist frei drehbar um die Achse 1 durch Vermittlung der beiden Kugellager 6 und 7 und besitzt eine Verzahnung 8. Der Anker 2 und das Magnetsystem 5 sind von zwei festen Kugellagern 9 und 10 getragen. An dem Lager 10 sitzt außerdem eine Klinke 11, welche das Magnetsystem 5 in einem Drehsinn durch Eingriff in die Verzahnung 10 festhält. Auf dem gleichen Zapfen wie die Klinke 11 sitzen noch zwei Bürsten 12 und 13, welche auf zwei mit der Feldwicklung der Dynamo verbundenen Ringen 14 und 15 aufliegen und den Strom einer Batterie 16 empfangen. Ein an dem Magnetgestell 5 befestigtes Zahnrad 17 greift in ein Zahnrad 18, welches lose auf der Welle 3 sitzt und mittels einer Klinke 19 in einem Drehsinn auf das fest an der Motorwelle 3 angeordnete Zahnrad 20 einwirkt. Der Anker 2 ist mit der Batterie über Bürsten 21 verbunden,

welche am Magnetgestell 5 befestigt sind. Um die notwendige Verbindung der Feld- und Ankerwicklungen der Dynamomaschine mit der Batterie zu sichern, muß natürlich immer die hierfür notwendige Zahl Bürsten und Schleifringe vorgesehen werden. Die Batterie 16 kann mittels eines Unterbrechers 22 ein- und ausgeschaltet werden, welcher unter Umständenmit dem Steuerhebel des Fahrzeuges verbunden sein kann. — Die Anordnung gemäß der Fig. 1 arbeitet in folgender . Weise: Während des Stillstehens des Explosionsmotors ist der Strom der Dynamomaschine beim Unterbrecher 22 geöffnet. Um den Wärmemotor anzulassen, wird zuerst dieser Unterbrecher geschlossen, so daß die Dynamomaschine als Motor Strom von der Batterie aufnimmt. Da der Anker 2 infolge seiner Kupplung mit dem Wärmemotor gebremst ist, wird das Magnetgestell 5 als

ao Motor zu laufen anfangen, indem die Klinke 11 für den diesbezüglichen Drehsinn in der Rieh-. tung des Pfeiles 23 unwirksam wird. Das kreisende Magnetsystem treibt durch Vermittlung der Übersetzung 17, 18 und der Klinke 19 das Zahnrad 20 an und bringt so den Wärmemotor und den Anker 2 auf Touren, wobei sich letzterer entgegengesetzt wie der Feldmagnet 5 im Sinne des Pfeiles 24 dreht. Gleichzeitig ist die Zündung des Gemisches im Wärmemotor erfolgt, so daß dieser unter steter Vermehrung seiner Geschwindigkeit bis zum Höchstwert zu arbeiten beginnt. Das Magnetgestell dreht sich allmählich immer langsamer, wobei das Zahnrad 20 frei unter der Klinke 19 hinweggleitet, und bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Wärmemotors wird der Anker 2 als Generatoranker wirken und das Magnetgestell ebenfalls im Sinne des Pfeiles 24 zu drehen suchen. Die Klinke 11 kommt nunmehr zur Wirkung und bringt das Magnetgestell sowie das lose Rad 18 zum Stillstand, so daß die Dynamomaschine von nun ab in normaler Weise als Generator mit ruhendem Feldmagneten vom Wärmemotor angetrieben wird. Die Dynamomaschine kann jetzt in Parallelschaltung zur Batterie zur Beleuchtung des Fahrzeuges oder zur Zündung für den Wärmemotor oder zur Wiederaufladung der Batterie verwendet werden, wenn sie in bekannter Weise so eingerichtet ist, daß sie von bestimmter Drehzahl ab gleichbleibende Spannung liefert.

Wenn der Explosionsmotor von der normalen Geschwindigkeit nach Abschaltung des Zündstromes zum Stillstand verlangsamt wird, sinkt die Geschwindigkeit des Ankers 2 ebenfalls unter den Wert, welcher das Arbeiten der Dynamomaschine als Generator sichert, und letztere arbeitet unter Stromaufnahme von der Batterie von neuem als Motor. Das Magnetgestell 5 wird also entgegengesetzt dem normalen Drehsinn des Ankers wieder unter Mitnahme der Verzahnung 17, 18 zu laufen beginnen. Da die Geschwindigkeit der Welle 3 des Explosionsmotors dauernd abnimmt, das Magnetgestell 5 dagegen immer schneller läuft, würde in einem bestimmten Zeitpunkt die Klinke 19 von neuem in Eingriff mit dem Rad 20 kommen und den Wärmemotor wieder anzukurbeln suchen. Vor Erreichung dieses Geschwindigkeitswertes wird daher zweckmäßig der Dynamostrom mittels des Schalters 22 unterbrochen, so daß das Magnetgestell ebenfalls zur Ruhe kommt..

Aus dem Vorangegangenen ist ersichtlich, daß das Anlassen des Explosionsmotors vollkommen selbsttätig erfolgt, indem die einzige von Hand auszuführende Steuermaßnahme in der Schlie-. ßung des Batteriestromkreises besteht, was am besten gleichzeitig mit der In- und Außerwirkungsetzung des Wärmemotors durch den betreffenden Hebel erfolgt. Die für das Anlassen des Wärmemotors notwendige elektrische Leistung erreicht keine hohen Werte, da das Übersetzungsverhältnis der zwischen Wärmemotor und Magnetgestell eingeschalteten Verzahnung, z. B. mit 20: 1, so gewählt werden kann, daß sich ein großes am Explosionsmotor angreifendes Drehmoment ergibt. Die Dynamomaschine und die Batterie überschreiten daher nicht die üblichen Abmessungen einer nur zur Beleuchtung dienenden Gruppe. Ferner vollzieht sich die Umwandlung der Dynamo- · maschine vom Motor in den Generator, ohne daß hierzu irgendeine Steuermaßnahme von Seiten des Fahrzeugführers notwendig ist, und gleichzeitig ist die Zahl der für diese Umformung vorgesehenen Organe äußerst gering. Während des Überganges des Wärmemotors von der normalen Drehzahl auf den Stillstand ist jede Möglichkeit ausgeschlossen, daß die Dynamomaschine, indem sie als Motor die Verbrennungskraftmaschine anzutreiben sucht, zuviel Strom, aus der Batterie entnimmt, da sie unterhalb der kritischen Geschwindigkeit ein Motor wird, der infolge Drehung des ■ Magnetgestelles entgegen der Bewegung des Ankers nur sehr wenig elektrische Energie braucht. Natürlich kann, wenn die Ein- und Ausschaltung des Dynamostromes vor dem Anlassen bzw. vor dem Stillsetzen des Wärmemotors vermieden werden soll, irgendein Mittel vorgesehen werden, das die zwischen . Motor und Magnetsystem eingeschaltete Übersetzung im geeigneten Moment unwirksam macht, z. B. ein Elektromagnet, der die Klinke 19 ein- und ausschaltet. Das Magnetsystem läuft dann als Motor während des Stillstandes der Verbrennungskraftmaschine und unterhalb der kritischen Geschwindigkeit des Ankers stets weiter, wobei der Stromverbrauch infolge der hohen E. M. G. K. sehr gering ist.

Wenn man auf die Verwendung der Dynamomaschine zum Anlassen des Wärmemotors ver-

ziehtet und sie nur für die Beleuchtung des Fahrzeuges und für die Zündung des Motors benutzt, so kann offenbar die Übersetzung zwischen dem Magnetsystem und der Welle des Explosionsmotors weggelassen werden. In diesem Falle hindert nichts, daß die Dynamomaschine dauernd an der Batterie liegt, indem das Magnetgestell ohne weiteres unterhalb der kritischen Geschwindigkeit frei um den Anker

ίο sich drehen kann. Die Erfindung ermöglicht also hier eine Beleuchtungsdynamo für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftwagen, welche trotz ihrer großen Einfachheit mit einem Minimum von zusätzlichen Organen alle an eine. derartige elektrische Maschine gestellten Anforderungen erfüllt.

Normalerweise wird der Wärmemotor beim Anhalten keine Bewegung im entgegengesetzten Drehsinn ausführen, jedoch kann es manchmal vorkommen, daß er vielleicht eine halbe Umdrehung nach rückwärts macht. In diesem Falle würde der Wärmemotor das Magnetsystem, das durch die Klinke 11 festgehalten wird, im Sinne der normalen Ankerdrehrichtung mitzunehmen suchen, so daß ein Bruch irgendeines Teiles des Organismus zu befürchten ist. Gemäß der Erfindung kann dieser Gefahr dadurch vorgebeugt werden, daß ein elastisches Glied mit der Sperrvorrichtung des Magnetgestelles verbunden wird, welches so bemessen ist, daß es von der bei der Generatorwirkung der Dynamomaschine durch den Anker auf das Magnetgestell ausgeübten Zugkraft nicht überwunden wird, wohl aber unter dem Einfluß einer Rückbewegung des Wärmemotors eine gewisse Drehung des Magnetgestelles in der Umlaufrichtung des Ankers ermöglicht. Wie Fig. ia zeigt, kann dies dadurch erreicht werden, daß mit der Klinke 11 eine Feder 25 verbunden wird, welche für gewöhnlich das Magnetgestell 5 in der Ankerdrehrichtung festhält, durch eine Rückbewegung der Wärmemotorwelle aber überwunden wird und eine dieser Rückbewegung entsprechende Drehung des Magnetgestelles 5 im Sinne des Pfeiles 24 gestattet. Statt einer Feder kann natürlich irgendeine andere den gleichen Zweck erfüllende elastische Dämpfungsvorrichtung angebracht sein.

Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt eine Verbesserung der Erfindung, welche vor allem für das Anlassen des Wärmemotors von Wichtigkeit ist. Beim Ankurbeln von Verbrennungskraftmaschinen muß nämlich die Welle sehr schnell gedreht werden, um ein sofortiges Arbeiten des Motors zu erhalten. Einerseits ist diese große Geschwindigkeit notwendig, um die genügende Lademenge anzusaugen, und anderseits ist es im Fall der Zündung durch eine magnetelektrische Maschine unerläßlich, den oberen Totpunkt mit einer großen Beschleunigung zu durchlaufen, um einen genügend großen Funken für die Zündung der Ladung hervorzurufen. Die Erfindung trägt diesem Umstand dadurch Rechnung, daß zwischen die Motorwelle und das Magnetsystem ein elastisches Zwischenglied eingeschaltet wird, das eine Aufspeicherung der durch das Magnetsystem als Motor gelieferten Energie ermöglicht. Anderseits bietet ein solches elastisches Zwischenglied gleichzeitig den Vorteil, daß eine Rückdrehung der Motorwelle für den Gesamtmechanismus unschädlich gemacht und abgedämpft wird.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist die Ankerwelle 30 der Dynamo mit der Motorwelle 31 durch die Kette 32 verbunden. Die Ausführung des Magnetgestelles 33 und des Ankers 34 ist ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 1, indem beide durch zwei Kugellager 35 und 36 getragen werden und die Verzahnung 37 des Magnetgestelles 33 in Eingriff mit einer festen Klinke 38 steht. Die Bürsten 39 und 40 dienen zur Zuführung des Feldstromes. Ein am Magnetsystem befestigtes Zahnrad 41 greift in zwei weitere Zahnräder 42 und 43, deren Zapfen an einer feststehenden, mit dem Lager 35 verbundenen Platte 44 angeordnet sind. Alle diese Zahnräder sind von einer Trommel 45 eingeschlossen, welche lose auf der Welle 30 sitzt und mittels einer inneren Verzahnung in Eingriff mit den Zahnrädern 42, 43 steht. Eine Feder 46 ist einerseits an der Welle 30 und anderseits an einem innerhalb der Trommel 45 angeordneten Ring 47 befestigt. Der Ring 47 ist lose mit der Trommel 45 gekuppelt, indem er z. B. unter Vermittlung von Kugeln in einer Drehrichtung innerhalb einer Verlängerung der Trommel 45 frei beweglich ist, in der anderen aber festgehalten wird.

Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet in der Weise, daß das Magnetgestell 33 beim Anlassen des stillstehenden Wärmemotors zuerst die auf der Welle 30 des Ankers befestigte Feder 46 spannt und so Energie in dieser aufspeichert. Die Bewegung des Magnetgestelles 33 ist auf die Feder 46 durch Vermittlung der Zahnräder 42, 43 übertragen, welche die Trommel 45 in der Richtung des Pfeiles 48 entgegengesetzt dem Drehsinn des Magnetgestelles — vgl. Pfeil 49 — bewegen, wobei die Trommel 45 den Ring 47 mitnimmt. In einem bestimmten Moment genügt das von dem Magnetsystem 33 ausgeübte Drehmoment zur Überwindung der Kompression des Wärmemotors, der mit der Ankerwelle 30 durch die Zahnradübertragung 32 verbunden ist. Die in der Feder 46 aufgespeicherte Kraft kommt nunmehr zur Wirkung, die Feder entspannt sich, und der Wärmemotor wird sehr rasch einige Touren gedreht, welche zum Ankurbeln genügen, indem infolge der großen Winkelgeschwindigkeit eine hinreichende Menge Ladung angesaugt und ein genügender Zündfunke erzeugt wird. Nach

Anlassen des Wärmemotors wird die Dynamomaschine sehr schnell ein Generator infolge Mitnahme des Ankers durch den Motor, wobei die Welle 30 entgegengesetzt der Drehrichtung des Magnetgestelles im Sinne des Pfeiles 48 umläuft und die Möglichkeit einer Relativbewegung zwischen Anker und Magnetsystem durch die Einschaltung der losen Kupplung zwischen Trommel 45 und Feder 46 gesichert ist, indem der von der Welle 30 mitgenommene Ring 47 gegenüber der Trommel 45 voreilen kann. Das Magnetsystem 33 und die Trommel 45 kommen dann allmählich zum Stillstand, und der Ring 47 läuft infolge seiner Kupplung mit der Welle 30 durch die Feder 46 mit einer der Motordrehzahl entsprechenden Geschwindigkeit während des normalen Betriebes frei in der Trommel 45 um. Die Feder 46 muß natürlich derart bemessen sein, daß sie im normalen Spannungszustand den Ring 47 mitnimmt, ohne sich aufzurollen. Von der kritischen Geschwindigkeit ab kann die Dynamo in bekannter Weise als Generator konstanter Spannung arbeiten. Beim Stillsetzen des Wärmemotors wird das Magnetsystem wieder als Motor zu laufen anfangen, bis der Stromkreis der Dynamo geöffnet wird. Wenn der Wärmemotor etwa eine Rückdrehung ausführt, ist die Feder 46 von neuem gespannt und gestattet der Welle 30 eine entsprechende Rückdrehung ohne Beeinflussung des Magnetsystems 33 unter gleichzeitiger Abdämpfung dieser Bewegung.

Offensichtlich erlaubt die Anordnung nach Fig. 2 ein sehr schnelles Ankurbeln des Explosionsmotors infolge des elastischen Zwischengliedes zwischen Motorwelle und Magnetsystem. Anderseits ergibt sich für die als Motor wirkende Dynamomaschine der Vorteil, daß der Eingriff des Magnetsystems mit der Motorwelle sich ohne jeden harten Stoß vollzieht, da die Feder den Eingriff sanft und allmählich gestaltet. Ferner ist eine Rückdrehung des Wärmemotors ohne Nachteil für die Dynamo möglich. Endlich ergibt die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 2 eine Anlaß- und Beleuchtungsdynamo, welche ebensowohl in neue wie in bereits im Gebrauch befindliche Fahrzeuge ohne jede Schwierigkeit eingebaut werden kann, da sie in Verbindung mit der zugehörigen Kupplungsvorrichtung eine Gesamtheit von sehr beschränkten Ausmaßen darstellt, welche, abgesehen von der sich dem Einzelfall leicht anpassenden normalen Kupplung von Dynamo- und Motorwelle, vollkommen unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine ist.

Die dargestellten Anordnungen geben natürlich nicht alle Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung wieder. Beispielsweise kann statt einer Feder jedes beliebige andere Mittel verwandt werden, welches eine elastische Verbindung zweier Teile ermöglicht. Ferner können die Rollen von Magnetsystem und Anker vertauscht werden, indem man das erstere normalerweise als Generator laufen läßt und den Anker für die Motorwirkung im entgegengesetzten Drehsinn heranzieht. Endlich ist die Verwendung der Erfindung nicht bloß auf Anlaß- und Beleuchtungsdynamomaschinen beschränkt, sondern sie kann in allen den Fällen verwirklicht werden, wo es sich um eine Dynamomaschine handelt, welche unter bestimmten Bedingungen unabhängig von der mit ihr gekuppelten Antriebsmaschine als Motor arbeiten soll.

Claims (4)

Pate nt-An Sprüche:

1. Elektrische Gleichstrommaschine mit Doppeldrehung, welche in Kupplung mit einer Antriebsmaschine und in Parallelschaltung mit einer Batterie oder einer ähnlichen Stromquelle oberhalb einer bestimmten kritischen Geschwindigkeit als Generator und unterhalb derselben als Motor arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß, solange die Dynamomaschine sich oberhalb der kritischen Geschwindigkeit befindet, also als Generator wirkt, das Magnetsystem oder der Anker entgegen der Wirkung des bei der Generatorwirkung umlauf enden Dynamoteiles festgehalten wird, dagegen bei Unterschreitung der kritischen Geschwindigkeit, wobei die Dynamomaschine als Motor wirkt, frei in umgekehrtem Sinne wie der andere Dynamoteil umlaufen kann, so daß, ζ. Β. bei Zugbeleuchtung, ein Abschalten der Dynamomaschine von der Batterie sich infolge der bei der zuletzt erwähnten Motorwirkung auftretenden hohen E. M. G. K. vermeiden läßt.

2. Anordnung zum selbsttätigen Anlassen von Verbrennungskraftmaschinen, im besonderen für Kraftwagen und ähnliche Fahrzeuge, mittels einer nach Anspruch 1 gebauten Dynamomaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Generatorwirkung festgehaltene Teil der Dynamomaschine mittels einer losen Kupplung derart mit der Welle eines Wärmemotors verbunden ist, daß er unterhalb der kritischen Geschwindigkeit als Antriebskraft des ständig mit dem anderen Dynamoteil gekuppelten Wärmemotors wirkt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrvorrichtung des bei Eintritt der Generatorwirkung festgehaltenen Dynamoteiles derart elastisch ausgebildet ist, daß sie von der von der Dynamomaschine auf diesen Teil ausgeübten Zugkraft nicht überwunden wird, aber unter dem Einfluß einer etwaigen Rückwärtsbewegung des Wärmemotors eine gewisse

Drehung dieses Dynamoteiles in der normalen Umlaufrichtung des anderen Dynamoteiles ermöglicht.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches, zweckmäßig durch eine Feder dargestelltes Verbindungsglied fest mit der Welle des Wärmemotors, aber nur in einer Drehrichtung, welche der Generatorwirkung entspricht, kuppelnd mit dem zum Anlassen des Wärmemotors benutzten Teile der Dynamomaschine verbunden ist, so daß von diesem Dynamoteil beim Anlassen mechanische Energie in dem Zwischenglied aufgespeichert werden kann und anderseits eine Rückdrehung des auslaufenden Wärmemotors ohne' Nachteil für den Gesamtmechanismus abgedämpft wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.