DE398109C - Elektrische Anlage fuer Kraftfahrzeuge mit einer als Anlassmotor und Dynamo verwendbaren elektrischen Maschine - Google Patents

Description

Kraftfahrzeuge mit elektrischer Lichtanlage haben vielfach auch einen Elektromotor zum Anwerfen der Verbrennungskraftmaschine. Zur Verminderung der Teile der Anlage kann man diesen AnlaBmotor zugleich als Dynamomaschine verwenden und so eine besondere Lichtmaschine sparen. Man bezeichnet diese Art von elektrischen Anlagen für Kraftfahrzeuge als »Einmaschinensystem«.

Da nun einerseits der Anlaßmotor, um ihn in kleinen Abmessungen halten zu können, mit einer großen Übersetzung auf die Verbrennungskraftmaschine wirken soll, anderseits aber die Lichtmaschine von der Verbrennungskraftmaschine nicht mit dieser großen Übersetzung angetrieben werden darf, so wird bei Einmaschinensystemen vielfach zwischen die elektrische Maschine und die Verbrennungskraftmaschine ein Umlauf- oder Planetengetriebe eingeschaltet, das beim Anlassen, d. h. wenn die elektrische Maschine cjer treibende Teil ist, die erforderliche hohe Übersetzung hergibt, während beim'Dynamobetrieb, d. h.. wenn die Verbrennungskraftmaschine der treibende Teil ist, seine beiden Wellen starr miteinander gekuppelt werden. Diese Wirkungsweise läßt sich selbsttätig erreichen mit Hilfe von geeignet angeordneten einseitig wirkenden Kupplungsvorrichtungen wie Klinkengesperren, Freiläufen o. dgl.

Die Erfindung besteht nun darin, daß man die Planetenräder mit der Welle der elektrischen Maschine zwangläufig kuppelt und in zwei innen verzahnte Räder von gleichem Teilkreisdurchmesser, aber verschiedener Zähnezahl eingreifen läßt, von denen dasjenige mit der geringeren Zahnezahl beim Anlassen stillgesetzt wird, während das andere mit der Welle der Verbrennungskraftmaschine zwangläufig gekuppelt ist.

Die Vorteile dieser Anordnung bestehen darin, daß man bei kleinem Außendurchmesser des ganzen Getriebes eine sehr hohe Übersetzung zwischen der elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine erzielen kann, und daß das Getriebe auch in achsialer Richtung nur sehr wenig Raum erfordert.
Die zwangläufige Kupplung der Planetenräder mit der Welle der elektrischen Maschine kann man in verschiedener Weise herstellen. Man kann z. B. den Träger der Planetenräder auf die beim Anlassen treibende Welle des Planetengetriebes, die meistens zugleich die Ankerwelle der elektrischen Maschine sein wird, fest aufkeilen oder sonstwie undrehbar darauf befestigen. Man kann aber auch die Planetenräder in ein Zahnrad eingreifen lassen, das undrehbar auf der treibenden Welle angeordnet ist, wobei dann der Träger der Planetenräder frei drehbar ist. Diese zweite Ausführungsform eignet sich besonders zur Erzielung außergewöhnlich hoher Ubersetzungszahlen. Außer den angeführten zwangläufigen Kupplungsarten können aber natürlich auch noch andere in Betracht kommen. Ebensowenig ist die Erfindung an eine bestimmte Form der zwangläufigen Kupplung des innen verzahnten Rades von größerer Zähnezahl mit der Welle der Verbrennungskraftmaschine gebunden.

Auch die starre Kupplung der beiden Wellen des Planetengetriebes beim Voreilen der Verbrennungskraftmaschine kann an und für sich in beliebiger Weise bewerkstelligt werden. Man kann beispielsweise eine einseitig wirkende Kupplungsvorrichtung so anordnen, daß sie die beiden Wellen unmittelbar miteinander verbindet. Dabei kann diese Kupplungsvorrichtung selbst wieder verschieden ausgebildet sein. Sie kann ein Klinkengesperre, ein Freilauf o. dgl. sein, ihre einseitige Wirkung kann aber auch durch elektromagnetische Steuerung oder sonstwie herbeigeführt werden.

Eine zweite grundsätzliche Möglichkeit, die starre Kupplung der beiden Wellen des Planetengetriebes zu erreichen, besteht darin, daß man die Planetenräder gegen ihre eigenen Achsen sperrt. Als weiteres Beispiel sei noch angeführt, daß man auch die zwei innen verzahnten Räder gegeneinander sperren kann, wobei die Planetenräder durch Klemmen ihrer Zähne · in den verengten Lücken, die infolge der verschiedenen Zahnezahlen der Innenverzahnungen entstehen, an der Eigendrehung verhindert werden. In allen Fällen gilt bezüglich der erforderlichen Sperrvorrichtung dasselbe, was hierüber bei der unmittelbaren

Kupplung der beiden Wellen .des Planetengetriebes gesagt worden ist.

Endlich kann man sich auch zum Stillsetzen des einen der innen verzahnten Räder beim Anlassen der verschiedensten Mittel bedienen. An die Stelle eines Klinkengesperres, eines Freilaufs o. dgl. kann auch hier wieder irgendeine Sperr- oder Bremsvorrichtung treten, deren einseitige Wirkung auf elektromagnetischem Wege erreicht wird. Als eine besondere Ausführungsform sei eine elektrische Bremse- erwähnt. Ihr gibt man zweckmäßig die Gestalt eines ringförmigen Topfmagneten, um bei geringster Rauminanspruchnahme eine möglichst kräftige Wirkung zu erzielen.

Vorteilhaft bringt man die Erregung des Elektromagneten der Sperr- oder Bremsvorrichtung derart in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der elektrischen Maschine, daß die Wirkung der von ihm beeinflußten Sperr- oder Bremsvorrichtung beim Übergang der- elektrischen Maschine von der Arbeitsweise als Motor zu der als Dynamo selbsttätig aufgehoben wird. Zu diesem Zwecke kann -man die Wicklung des Elektromagneten mit der für das Anlassen vorgesehenen Ankerwicklung der · elektrischen Maschine in Reihe schalten. Anstatt eines einzigen Elektromagneten können natürlich auch mehrere zur Anwendung kotnmen.-

Die verschiedenen Möglichkeiten. der zwangläufigen Kupplung der Planetenräder mit der Welle der elektrischen Maschine und die verschiedenen Möglichkeiten der starren Kupplung der beiden Wellen des Planetengetriebes beim Voreile-n der Verbrennungskraftmaschine können in beliebiger Kombination miteinander verwendet werden, so daß "sich also - eine sehr große- Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung ergibt.

Drei Ausführungsbeispiele sind auf der Zeichnung dargestellt.- In allen Abbildungen sind dieselben Teile mit denselben Buchstaben bezeichnet. ■- -

α ist der Anker der. elektrischen Maschine, 'C die Ankerwelle, d die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine, e - eine Zwischenwelle, die mit der Kurbelwelle- d durch die Zahnräder f_x, f₂ gekuppelt ist. Auf der Ankerwelle c ist bei dem ersten und dritten Beispiel eine Scheibe g festgekeilt, /an welcher die Zapfen Ji₁ und A₂ für zwei Planetenräder sitzen. . .„.-.■-■

- Bei der Anordnung nach den Abb. 1" und 2 können sich die Planetenräder k_x und k₂ nach beiden Richtungen frei auf ihren Zapfen A₁ und A₂ drehen. Die Planetenräder sind so breit, daß sie zugleich in zwei Innenverzahnungen eingreifen, von denen-die eine an einem Ring b und die andere an einer Scheibe» angebracht ist, die mit der Zwischenwelle e fest verbunden-ist. Zwischen dem Ring b und -dem Maschinengehäuse η ist ein Röllenfreilauf r angeordnet. Die Innenverzahnung des Ringes b, welche denselben Teilkreisdurchmesser besitzt wie die Innenverzahnung an der Scheibe», hat einige Zähne ,. weniger als diese. Zwischen der Nabe/, und einem an der Scheibe m vorspringenden Ring t befindet sich ebenfalls ein Rollenfreilauf, der mit w bezeichnet ist. Dieser Freilauf ist also unmittelbar zwischen den Wellen c und e angeordnet.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende:

Es sei zunächst angenommen, daß -die Verbrennungskraftmaschine stillstehe und mittels der elektrischen Maschine angeworfen werden soll. Die Drehung der Ankerwelle q und damit der Scheibe g· erfolge im .Uhrzeigersinne (Pfeil ι in Abb. 2). -Die Planetenräder Ji₁ und k₂ kreisen ■ mit der Scheibe g. Da die Scheibe «, in deren Innenverzahnung die Planetenräder eingreifen, noch stillsteht, drehen sich diese Räder entgegen dem Uhrzeigersinne auf ihren Zapfen (Pfeile 3). Weil aber der ■ Ring b, mit dessen Innenverzahnung die Planetenräder ebenfalls im. Eingriff stehen, weniger Zähne, hat als der Ring m, wird hierbei auf den Ring & ein Drehmoment in der Richtung -des Pfeiles 2 ausgeübt. Dadurch ■sperrt alsbald der Freilauf r diesen Ringgegen das Maschinengehäuse n. Jetzt walzen sich die Planetenräder k_x und ·Α'₂ mit einer Bigendrehung in Richtung der Pfeile 3 auf dem feststehenden. Zahnkranz b ab und drehen, dabei die Scheibe m im Sinne des Pfeiles r, d.h. die Zwischenwelle e, die mit der Scheibem fest verbunden ist, dreht sich gleichsinnig mit der Anlasserwelle c, natürlich aber sehr-viel .langsamer als diese. Die Übersetzung, mit der die Kurbelwelle ei-angetrieben wird, ist >— von dem Getriebe f_t, f_:2 abgesehen —^-bestimmt durch das Verhältnis der Öifieöenz der Zähnezahlen yonrn und b zu der Zähnezahl von ». Der Freilauf w zwischen der Wabe/ und dem Ring t bzw. zwischen c und e ist bisher ohne Wirkung geblieben, denn er ist so ,angeordnet, daß er nicht sperrt,. solange die Welle c der Welle e vor edit.

Ist die Verbrennungskraftmaschine angesprungen, so wird die Kurbelwelle d treibende Welle. Die Scheibe» überholt alsbald die Seheibe g, und nunmehr kuppelt der Freilauf w beide Scheiben bzw: die Wellen.β und c starr miteinander. Infolgedessen dreht sich der Anker α der elektrischen Maschine mit derselben Geschwindigkeit wie die Zwischen-•wellee, beim gezeichneten Beispiel also wegen der Zahnradübersetzung f_x, f₂ mit größerer Geschwindigkeit als die Kurbelwelle d, was für den Betrieb der elektrischen Maschine als

Dynamo von Vorteil ist. Der Ring b wird dabei einfach durch die Planetenräder Zi₁ und k₂ mitgenommen, da diese sich nicht mehr auf ihren Zapfen H₁ und h₂ drehen können und der Freilauf r bei einer Drehung des Ringes b in der Richtung des Pfeiles ι nicht sperrt.

Die Anordnung nach den Abb. 3 und 4 weicht von der eben beschriebenen in zweierlei Hinsicht ab. Erstens ist der Träger der Planetenräder, die Scheibe g, nicht mehr fest mit der Ankerwelle c verkeilt;, sondern die zwangläufige Kupplung zwischen der Welle c und den Planetenrädern U₁ und k₂ ist durch ein Zahnrad I hergestellt, welches undrehbar auf der Welle c sitzt und mit den beiden Planetenrädern im Eingriff steht. Die Scheibe g aber ist nach beiden Richtungen gegen die Welle c frei drehbar. Die zweite Abweichung besteht darin, daß die Planetenräder It₁ und k₂ sich nicht unmittelbar auf den Zapfen K₁ und A₂ drehen, sondern daß auf diese Zapfen zunächst Ringkörper i_x und i_% aufgekeilt sind, auf denen dann erst die Planetenräder laufen. Zwischen den Ringkörpern i_x und i₂ und den Planetenrädern aber sind Freilaufe^ und J₂ angeordnet. Dafür ist der Freilauf w zwischen den Wellen c und e in Wegfall gekommen. Der Anlaßvorgang spielt sich im wesentlichen ebenso ab wie bei dem ersten Beispiel. Das Zahnrad I dreht sich mit der Anlasserwelle c im Uhrzeigersinne und erteilt dadurch den Planetenrädern U₁ und k₂ eine Eigendrehung im Sinne der Pfeile 3, bei welcher die Freiläufe J₁ und S₂ wirkungslos sind. Im übrigen geht alles ebenso vor sich wie es bei dem ersten .Beispiel beschrieben wurde, nur wird natürlich durch die Einschaltung des Zahnrades I die Übersetzung zwischen den Wellen c und e bzw. d noch weiter erhöht.

Die andere Ausbildung der einseitig wirkenden Kupplungsvorrichtung zwischen den Wellen e und c, welche in der Verlegung des hierfür benutzten Freilaufs an die Planetenräder besteht, ist für den Anlaßvorgang ganz ohne Bedeutung, denn die Freiläufe J₁ und S₂ sperren bei einer Eigendrehung der Planetenräder in der Richtung der Pfeile 3 nicht. Wird jedoch die Verbrennungskraftmaschine zum treibenden Teil und überholt die Scheibe m das Zahnrad I₁ so wird die j Richtung der Eigendrehung der Planetenräder umgekehrt (Pfeile 4). Bei diesem Drehsinn werden jedoch die Planetenräder alsbald durch die Freiläufe J₁ und J₂ gegen die Ringkörper I₁ und i₂ gesperrt und bilden so mit der Scheibe g ein starres Ganze. Sie wirken daher als einfache Mitnehmer zwischen der Scheibem und dem Zahnradi, so daß dieses bzw. die Ankerwelle c jetzt mit derselben Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, mit der die Scheibe m bzw. die Zwischenwelle e umläuft. Die starre Kupplung der beiden Wellen e und c des Planetengetriebes ist also in diesem Falle auf dem Umweg über die Planetenräder hergestellt.

Bei dem Ausführungbeispiel nach Abb. 5 ist der Planetenradträger g wieder fest mit der Ankerwelle c der elektrischen Maschine verbunden, und das Zahnradi der Abb. 3 und 4 fehlt infolgedessen. Dagegen ist wie bei den Abb. 3 und 4 zwischen jedem Planetenrad k_x bzw. k₂ und seiner Drehachse ein Freilauf J₁ bzw. J₂ angeordnet. Ferner ist abweichend von den zwei bisher beschriebenen Beispielen der >■ Freilauf r zwischen dem innen verzahnten Ring b und dem Maschinengehäuse η durch eine elektromagnetische Bremsvorrichtung ersetzt. Diese besteht aus zwei Ringen u und v, die an der Lagerplatte 0 aus magnetisierbarem Material vorspringen, und einer Wicklung^, die zwischen die Ringe u und ν eingelegt ist. Die elektromagnetische Bremsvorrichtung ist also eine Art Topfmagnet in Ringform. Den Anker dieses Elektromagneten bildet ein flacher Ring q, der mit dem innen verzahnten Ring b fest verbunden ist. Die Schaltung des Elektromagneten und überhaupt der ganzen elektrischen Maschine ist aus der Abb. 6 er- go sichtlich.

Zum Anlassen wird der Druckknopfschalter k geschlossen. Dann fließt Strom aus der Batterie B über K und die Magnetwicklung des Hauptschalters 5 zur Masse. Der Schalter S schließt sich und verbindet dabei die Kontakte χ und y' leitend miteinander, wodurch der folgende Stromfluß zustande kommt: Von der Batterie B über die Kontakte λ· und y, die Wicklung^ der elektromagnetischen Bremse, die Hauptschlußerregerwicklung H der elektrischen Maschine, deren Ankerwicklung A für den Anlasserbetrieb und über Masse zurück zur Batterie.

Der Bremsmagnet^ zieht bei seiner Erregung seinen Anker q (Abb. 5) an, der sich samt dem Ring b in achsialer Richtung verschieben kann, und preßt ihn auf die Stirnflächen der Ringe u und v, wodurch der Ring b an einer Drehung verhindert, d. h. ebenso gegen das Maschinengehäuse η gesperrt wird, wie bei den Beispielen nach den Abb. i, 2 und 3, 4 durch den Freilauf r. Die elektromagnetische „Bremse ist jedoch wegen ihrer Nachgiebigkeit vorzuziehen. Alle übrigen Vorgänge bis zum Anspringen der Verbrennungskraftmaschine spielen sich hier ebenso wie bei dem Beispiel nach den Abb. 1 und 2 ab, da die Freiläufe J₁ und J₂ kein Hindernis gegen eine Eigendrehung der Pianetenräder k_t und k₂ im Sinne der Pfeile 3 bilden- und die Anordnung daher nicht anders

wirkt, als wenn die Planetenräder nach beiden Richtungen frei drehbar unmittelbar auf ihren Zapfen h_x und h_% sitzen wurden.

Sobald dann die Verbrennungskraftmaschine angesprungen ist und die Scheibe m den Planetenradträger g überholt, wird den Planetenrädern ein Drehmoment im Sinne der Pfeile 4 (Abib. 4) erteilt, das zu einer Sperrung der Planetenräder gegen die Ringkörper i_x und i₂ bzw. gegen die Scheibe g führt, denn die Freiläufe J₁ und S₂ sind so angeordnet, daß: sie beim Vöreilen der Planetenräder gegen die Ringkörper in der Pfeilrichtung 4 ihre Sperrwirkung ausüben. Da aber die Scheibe g undrehbar auf der Ankerwelle c sitzt, so ist wieder eine starre Kupplung zwischen e und c hergestellt, und zwar über die Planetenräder, ähnlich wie im Falle der Abb. 3 und 4.

ao Während der Anker α der elektrischen Maschine zum getriebenen Teil wird, nimmt durch die gegenelektromotorische Kraft der Strom, der die Magnetwicklung p durchfließt, immer mehr ab und wird endlich so schwach, daß der Anker q der elektrischen Bremsvorrichtung freigegeben wird. Der Ring b kann dann also wie hei den Ausführungsbeispielen mit dem Freilauf r von den Planetenrädern mitgenommen werden.

Wenn der Wagenführer merkt, daß die Verbrennungskraftmaschine angesprungen ist, wird er den Druckknopf K loslassen, worauf der Hauptschalter S in seine Ruhelage zurück-, kehrt. Dadurch werden die Wicklungen H und p und die Anlaßankerwicklung A ausgegeschaltet. Die elektrische Maschine arbeitet nunmehr mit der Ankerwicklung D und der Erregerwicklung N als Nebenschlußdynamo. Sobald sie eine bestimmte Spannung erreicht hat, stellt der selbsttätige Schalter R die Verbindung mit der Batterie B her, so daß diese von der Dynamo geladen werden kann.

Selbstverständlich können noch besondere Einrichtungen oder Schaltungen vorgesehen sein, um eine schädliche Wirkung der Ankerwicklung D während des Anlasserbetriebes zu verhindern oder um beim Dynamobetrieb beide Ankerwicklungen zur Stromlieferung heranzuziehen. An Stelle eines einzigen Ankers mit zwei Wicklungen können auch zwei selbständige Anker auf ein und derselben Welle angeordnet werden.

Claims (7)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Elektrische Anlage für Kraftfahrzeuge mit einer als Anlaßmotor und Dynamo verwendbaren elektrischen Maschine, die mit der Verbrennungskraftmaschine durch ein Planetengetriebe in Verbindung steht, deren beide Wellen beim Voreilen der \^rerbrennungskraftmaschine starr miteinander gekuppelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder mit derselben Verzahnung in zwei innen verzahnte Räder von gleichem Teilkreisdurchmesser, aber verschiedener Zähnezahl eingreifen, von denen dasjenige mit der geringeren Zähnezahl beim Anlassen in an sich bekannter Weise stillgesetzt wird.
2. 2. Ausführungsform der elektrischen Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Kupplung der beiden Wellen des Plantengetriebes durch Sperren der Planetenräder gegen ihre eigenen Achsen bewirkt wird.
3. 3. Ausführungsform der elektrischen Anlage nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Kupplung der beiden Wellen des Planetengetriebes dadurch bewirkt wird, daß¹ die zwei innen verzahnten Räder gegeneinander gesperrt werden, wobei die Planetenräder durch Klemmen ihrer Zähne in den verengten

   • Lücken, die infolge der verschiedenen Zähnezahlen der Innenverzahnungen entstehen, an der Eigendrehung verhindert werden.
4. 4. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperr- go vorrichtung, die zum Stillsetzen des einen innen verzahnten Rades beim Anlassen dient, elektromagnetisch beeinflußt wird.
5. 5. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sperrvorrichtung für das beim Anlassen stillzusetzende Rad eine elektromagnetische Bremse vorgesehen ist.
6. 6. Elektrische Anlage nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß die Erregung des Elektromagneten der Sperroder Bremsvorrichtung derart in Abhängigkeit von dem· Betriebszustand der elektrischen Maschine steht, daß die Wirkung der von ihm beeinflußten Sperr- oder Bremsvorrichtung beimÜbergang der elektrischen Maschine von der Arbeitsweise als Motor zu der als Dynamo selbsttätig aufgehoben wird.
7. 7. Elektrische Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Elektromagneten der Sperr- oder Bremsvorrichtung mit der für das Anlassen vorgesehenen Ankerwicklung der elektrischen Maschine in Reihe geschaltet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.