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Elektrische Anlaßmaschine mit Übersetzungsgetriebe. Elektrische Anlaßmaschinen
für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, erfordern ein übersetzungsgetriebe,
um bei möglichst kleinen Abmessungen das für das Anwerfen der Kraftmaschine erforderliche
Drehmoment zu erzeugen. Wird die Anlaßmaschine zugleich als Stromerzeuger verwendet,
also.von der in Betrieb gesetzten Kraftmaschine angetrieben, so würde der Anker
dieser Motordynamo mit
übermäßig hoher Geschwindigkeit angetrieben,
und um das zu vermeiden, muß das für das Anlassen benutzte übersetzungsgetriebe
bei der Stromerzeugung durch ein anderes von geringerem übersetzungsverhältnis ersetzt
werden. Demgemäß wurden ursprünglich die Motordynamos mit zwei Getrieben von verschiedenem
Übersetzungsverhältnis ausgerüstet, von denen beim Anlassen dasjenige mit höherem,
bei der Stromerzeugung dasjenige mit niedrigem übersetzungsverhältnis mit der Kraftmaschine
gekuppelt wurde. Die Anordnung zweier Getriebe bedingt aber einen entsprechend großen
Raumbedarf und erschwert daher die Unterbringung der Anlaßvorrichtung in dem auf
Kraftfahrzeugen nur beschränkten Raum. Deshalb ging das Bestreben dahin, mit nur
einem einzigen Getriebe auszukommen und dieses möglichst im Gehäuse der Motordynamo
mit unterzubringen. Dieses Ziel wurde durch ein mehrfaches Planetenrädergetriebe
erreicht, das bei geringem Durchmesser ein hohes Übersetzungsverhältnis ergibt und
das bei der Stromerzeugung kurzgeschlossen und in diesem Zustande als einfache Kupplung
benutzt wird. Hierdurch "var weiter die Möglichkeit geboten, die Welle des Ankers
und des Getriebes gleichachsig mit der Welle der Kraftmaschine zu lagern.
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Diesem durch das Planetenrädergetriebe erzielten Fortschritt steht
aber als Nachteil ein. ungünstiger Wirkungsgrad des Getriebes gegenüber, der sich
aus den Reibungsverlusten an den vielfachen Eingriffsstellen und Zapfenlagerungen
der Zahnräder ergibt. Aus diesem Grunde muß die Motordynamo von höherer Leistung
und größerer Abmessung gewählt werden, als dem für das Anlassen erforderlichen Drehmoment
an sich entspräche.
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Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß als
übersetzungsgetriebe ein Taumelzalunradgetriebe benutzt wird, bei dem ein taumelnd
bewegtes Zahnrad mit bestimmter Zähnezahl auf einem achsrecht dazu angeordneten
Zahnrad von anderer Zähnezahl sich abwälzt. Bei dieser Abw älzung erfährt das Taumelrad
infolge der verschiedenen Zähnezahl zugleich eine Verschiebung im drehenden Sinne,
die die gewünschte Übersetzung bedeutet. Da einerseits das Taumelrad stets nur an
einer Stelle mit dem anderen Zahnrad in Eingriff steht, andererseits das L bersetzungsverhältnis
durch die Zähnezahl des einen Rades und durch den Unterschied gegenüber den Zähnen
des anderen Rades gewählt werden kann, so bietet ein solches Getriebe ein Mittel,
mit Hilfe nur zweier Zahnräder bei geringstem Reibungswiderstand und kleinsten Abmessungen
jedes gewünschte Ijbersetzungsverhältnis zu wählen, weil dieses nicht von den Teilkreisdurchmessern,
sondern lediglich vom Unterschied in der Zähnezahl abhängt.
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Wie eingangs erwähnt, wird beim Anlassen die Drehung des Ankers, mittels
des Getriebes ins Langsame übersetzt, auf die Kraftmaschinenwelle übertragen. Ist
diese in Gang gekommen, so erhöht sie schnell ihre Geschwindigkeit und treibt nun
der, Anker zum Zweck der Stromerzeugung für das Aufladen der Batterie und zum Speisen
der Lampen und sonstiger Stromverbrauchsstellen an. Hierbei muß die Übersetzung
wegen der höheren Umlaufzahl der Kraftmaschinenwelle ausgeschaltet werden, und dies
wird bei dem Taumelradgetriebe dadurch ermöglicht, daß das Zahnrad, auf dem sich
das Taumelrad abwälzt, beim Anlassen festgelegt wird, so daß das Taumelrad auf ihm
den nötigen Widerstand findet, dagegen bei der Stromerzeugung freigegeben wird,
so daß es sich mit dem von der Kraftmaschinenwelle aus in Umdrehung versetzten Taumelrad
drehen, letzteres also nicht mehr taumelnd abrollen kann. Dann, wirkt das Getriebe
als einfache Kupplung, die die Ankerwelle mitnimmt. Zu diesem Zweck ist das Zahnrad,
auf dem das Taumelrad sich abwälzt, mittels einer einseitig wirkenden Kupplung,
beispielsweise eines Kugelfreilaufs, über der Ankerwelle oder ein=er mit dieser
in Verbindung stehenden Zwischenwelle gelagert und ferner so eingerichtet, daß es
beim Anlassen, also wenn die Ankerwelle das antreibende Glied ist, sich feststellt
und dadurch das Taumelrad zum Abrollen zwingt. Zum Feststellen kann das Zahnrad
mit einem Sperrzahnkranz versehen sein, in den eine Klinke o. dgl. eingreift, die
bei der Stromerzeugung, also beim Antrieb des Zahnrades von der Kraftmaschine aus,
durch die Sperrzähne selbst zurückgeworfen und durch einen federnden Sperrstift
in dieser Stellung festgehalten, beim Anlassen aber wieder freigegeben wird, z.
B. durch einen Elektromagneten, der den Sperrstift zurückzieht, worauf die Klinke
in den Sperrkranz einfällt und das Zahnrad feststeckt.
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Die Übertragung der Drehtrog des Taumelrades auf die anzutreibende
Kraftmaschinenwelle erfordert wegen der Taumelbewegung besondere Anordnungen, beispielsweise
eine nach Art eines Kreuz- oder Kardangelenkes ausgebildete Verbindung. Vorteilhafter
ist aber eine Zahnradübertragung, bei der auf der anzutreibenden Welle ein Zahnrad
angeordnet ist, auf dem sich das Taumelrad. ebenfalls abwälzt und das die gleiche
Zähnezahl und den gleichen Teilkreisdurchmesser aufweist wie der mit ihm in Eingriff
komtuende
Zahnkranz des `I'aurnelrades. Bei einer solchen Anordnung
werden die ungleichförmigen Übertragungsbewegungen und Schleuder«Zrkungen des Kardangelenkes
vermieden, wodurch der Antrieb der Kraftmaschinenwelle gleichmäßiger und wirkungsvoller
wird.
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Gegenüber den Planetenradgetrieben ergibt das Taumelradgetriebe noch
den Vorteil, daß die kraftübertragenden Zahnräder größere Durchmesser erhalten können
und kleine Ritzeln auf den Wellen in Fortfall kommen. Bei der Kraftübertragung zwischen
beiden Wellen wirken sowohl beim Anlassen als auch bei der Stromerzeugung Radkränze
von verhältnismäßig großem Halbmesser von entsprechend vorteilhafter Hebelwirkung,
wodurch auch der Zahneingriff günstig beeinflußt wird.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Abb. 1 zeigt eine Anlaß-Motordynamo mit Taumelradgetriebe und Kardangelenkverbindung
im Längsschnitt, Abb.2 einen Querschnitt nach Linie A-B jener Darstellung und Abb.
3 eine Ansicht auf das Taumelrad und das Kardangelenk. Abb. .4 zeigt eine Motordynamo
mit Taumelradgetriebe und Zahnradübertragung im Längsschnitt, Abb. 5 in der Ansicht.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 1 befinden sich in dem letzten Teile
:eines zylindrischen Gehäuses 3 die Polschuhe q. und der Anker 5 einer Motordynamo.
auf derer Welle 6 ein Kollektor 2 gelagert ist. In die Stirnseite der Ankerwelle
6 oder eileer mit dieser verbundenen Zwischenwelle ist exzentrisch ein Kugellager
7 eingebaut, in das ein Kugelzapfen 8 eines Taumelzahnrades 9 eingreift. Dieses
Zahnrad ist auf einem am gegenüberliegenden Ende der Kraftmaschinenwelle 1 o oder
einer mit dieser verbundenen Zwischenwelle befindlichen Kugelzapfen 11 gelagert
und von einem Kardanring 12 umgeben, der um zwei diametral gegenüberliegende Zapfen
13 auf dem Taumelrad 9 und mittels zweier rechtwinklig dazu liegender, gestrichelt
angedeuteter Zapfen 14 in Wangen 15 einer auf der Kraftmaschinenwelle lo befestigten
Scheibe schwenkbar ist. Gegenüber dein Zahnrad 9 liegt ein Zahnrad 17, das in einem
Kugellager 18 ruht und mittels eines Kugelfreilaufs 19 die Ankerwelle 6 umgibt.
Am Umfange dieses Rades 17 ist ein Sperrzahnkranz 20 vorgesehen, in den eine Sperrklinke
21 eingreift, die in einem Ausbau 22 des Gehäuses 3 gelagert ist.
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Das Zahnrad 9 hat infolge seiner durch den, exzentrischen Eingriff
des Kugelzapfens 8 bestimmten Neigung einen größeren Teilkreisdurchmesser als das
ihm gegenüberliegende Zahnrad 17 und dementsprechend die größere Zähnezahl. Soll
beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis von 1:3o erzielt werden, so erhält das
Rad 17 dreißig Zähne, das Rad 9 einunddreißig Zähne, die trotz der Verschiedenheit
der Teilkreisdurchmesser gleichen Modul haben.
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Wird die Motordynamo auf Anlassen der Kraftmaschine geschaltet, so
läuft die Ankerwelle 6 um und versetzt den Kugelzapfen 8 in eine Kreispendelbewegung
um den Kugelzapfen 14. Die. Klinke 21 liegt im Sperrkranz 2o und hält das Zahnrad
17 fest. Infolgedessen wälzt sich das Zahnrad 9 auf dem feststehenden Zahnkranz
17 mit einer Taumelbewegung ab, die infolge der verschiedenen Zähnezahl beider Radkränze
dem Taumelrad zugleich eine Drehbewegung erteilt, und zwar im gleichen Sinne mixt
der Ankerwelle 6, weil das die geringere Zähnezahl aufweisende festgehaltene Rad
17 auf der antreibenden Seite liegt. Die durch den Unterschied in der Zähnezahl
beider Räder erzeugte Drehung des Taumelrades 9 wird durch den Kardanring 12, die
Wangen 15 und die Scheibe 16 auf die Kraftmaschinenwelle ho übertragen; die auf
diese Weise mittels nur zweier Zahnräder eine ins Langsame übersetzte Umdrehung
erhält.
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Ist die Kraftmaschine angesprungen, so erhöht sich schnell die Umlaufzahl
der Welle lo, und sobald deren Geschwindigkeit die der Ankerwelle übersteigt, wird
die Ankerwelle 6 über das Taumelrad hinweg von der Kraftmaschinenwelle aus angetrieben.
Dabei klemmt der Kugelfreilauf 19 das Rad 17 auf der Ankerpelle fest, so daß es
mit dieser umläuft. Infolge des Festklemmens des Zahnrades 17 auf der nun angetriebenen
Ankerwelle haben beide Zahnräder 9 und 17 die gleiche Umlaufgeschwindigkeit, so
daß ein Abwälzen des Taumelrades nicht mehr stattfindet. Die Übersetzung ist also
kurzgeschlossen, und das Getriebe bildet zusammen mit dem Kugelfreilauf 19 eine
starre Kupplung zwischen der jetzt antreibenden Kraftmaschinenwelle lo und der angetriebenen
Ankerwelle 6. Die Verbindung zwischen beiden Wellen wird durch die Eingriffsstelle
der beiden Zahnräder hergestellt, und da an dieser Stelle eine größere Anzahl von
Zähnen im Eingriff steht, die außerdem in verhältnismäßig weitem Abstande von der
Drehachse sich befinden, so ergibt sich eine wirksame Übertragung des Antriebs bei
geringer Beanspruchung der einzelnen Zähne. Die Drehbarkeit des festen Zahnrades
ermöglicht ferner das Auswiegen der Kraftmaschine bei deren Abstellen.
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Bei der Ausführungsform der Maschine nach Abb. ; ist an Stelle der
Kardanübertragung
eine Zahnradübertragung gewählt, die die Drehbewegung
des Taumelrades gleichmäßiger auf die anzutreibende Welle überträgt als eine Kardangelenkverbindung.
Zu' diesem Zweck ist das Taumelrad 9 mit einem zweiten Zahnkranz 23 versehen, der
nach der Seite der Kraftmaschinenwelle hin gerichtet ist und mit einem auf der Kraftmaschinenwelle
befestigten Zahnrad 24 in gleicher Weise abrollen kann wie auf dem Zahnrad 17, wobei
die jeweiligen Eingriffsstellen diametral einander gegenüberliegen. Während die
Zahnkränze 9 und 17 verschiedene Zähnezahl aufweisen, haben die Zahnkränze 23 und
2.1 gleiche Zähnezahl, gleiche Teilkreisdurchmesser und gleicher. Zahnmodul. Dies
ist dadurch erreicht, daß diese beiden übertragungsräder als Kegelräder von gleichem
Teilkreisdurchmesser ausgebildet und so zum Schwingungsmittelpunkt des Taumelrades
9 angeordnet sind, daß ihre Teilkreise an der jeweiligen Eingriffsstelle aufeinanderfallen
und die Berührungsstelle dieser Teilkreise auf einer durch den Schwingungsmittelpunkt
des Taumelrades gehenden Ebene liegt, die den Neigungswinkel des Taumelrades halbiert.
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Wenn beim Anlassen die Ankerwelle 6 umläuft, so setzt sie wieder mittels
der exzentrischen Vertiefung 7 und des Kugelzapfens S das Zahnrad 9 in taumelnde
Bewegung, wobei es einmal auf dem feststehenden Zahnrad 17 abrollt und dabei eine
langsame Umdrehung erhält, sodann aber auch mit dem Zahnkranz 23 auf dem Zahnrad
24 abrollt und auf dieses seine Drehbewegung überträgt, die dann der Welle io mitgeteilt
wird. Da außer dem Taumelrad keine schwingenden Übertragungsglieder vorhanden sind,
das Taumelrad aber eine gleichförmige Drehung zeigt, so wird auch das Zahnrad 24
und somit die Welle io gleichförmig angetrieben.