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Brennkraftmaschine mit Ladeverdichter und einer Reibungskupplung zwischen
Motor- und Verdichterwelle Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen mit
Ladeverdichter, bei denen zwischen der Motor- und der Verdichterwelle eine vom Führer
ein- und ausschaltbare Reibungskupplung eingeschaltet ist.
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Es ist der Zweck der Erfindung, zwischen dem Motor und dem Verdichter
eine Kupplung vorzusehen, die bei Vollgas des Motors ein- und ausgerückt werden
kann, ohne daß Stöße auftreten, und die derart angeordnet ist, daß die Mitnahme
im Augenblick des huppelns unabhängig von dem Willen und der Bedienung des Führers
ist. Ferner soll nach der Erfindung die Kuppelkraft eine Funktion der Geschwindigkeit
der Teile und zweckmäßig proportional dem Quadrat dieser Geschwindigkeit sein, derart,
daß die Kuppelkraft gleichzeitig mit dem Widerstand wächst.
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Zu diesem Zweck stehen nach der Erfindung die die Mitnahme bewirkenden
Teile in Verbindung mit dem angetriebenen Teil, und ihre Kuppelkraft vermehrt sich
mit der Geschwindigkeit des angetriebenen Teiles, z. B. unter Wirkung der Fliehkraft.
Ferner sind die die Kuppelkraft liefernden Teile mit Hilfsteilen verbunden, die
eine Anfangskuppelkraft von geringer Größe liefern.
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Um ferner eine Mitnahme des Kompressors durch den Motor zu ermöglichen,
wenn die Hauptkupplungsvorrichtung ausgekuppelt ist, z. B. bei niedriger Geschwindigkeit
des Motors, benutzt man eine zweite oder Hilfskupplung zwischen der Kurbelwelle
des Motors und der Verdichterwelle, die selbsttätig eingeschaltet wird, wenn die
Hauptkupplung ausgeschaltet wird, und die selbsttätig wieder ausgeschaltet wird,
wenn die Hauptkupplung eingerückt wird. Zu diesem Zweck kann man eine Freilaufkupplung
in an sich bekannter Weise zwischen Kurbelwelle und Verdichterwelle benutzen.
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Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen d_
es Erfindungsgegenstandes.
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Abb. i stellt die erste Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
im mittleren Längsschnitt dar, wobei oberhalb der Achse die Vorrichtung in der Entkuppelstellung
und unterhalb der Achse in der Kuppelstellung ersichtlich gemacht ist.
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Abb.2 stellt einen Querschnitt nach 2-2 der Abb. i dar.
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Abb. 3 stellt eine Endansicht, von der Seite der Planetenräder gesehen,
dar.
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Abb. d zeigt die Ausrückvorrichtung im Grundriß.
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Abb.5 ist ein Schnitt durch eine abweichende Ausführung des übersetzungsgetriebes.
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Abb. 6 zeigt eine abweichende Ausführung des Übersetzungsgetriebes.
Abb.7
stellt einen Teilschnitt durch eine Einrichtung zur Mitnahme des Kompressors bei
geringer Umlaufsgeschwindigkeit des Motors dar.
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Abb.8 ist ein Ouerschnitt nach 8-8 der Abb. 7.
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Abb. 9 zeigt in einem der Abb. i ähnlichen Längsschnitt eine abweichende
Vorrichtung mit einer zweiten Übersetzung für die Mitnahme des Kompressors bei geringen
Umlaufsgeschwindigkeiten des Motors.
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Abb. i o ist ein Schnitt in größerem Maßstab nach io-io der Abb. g.
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Abb. i i stellt eine Abänderung der Vorrichtung nach Abb. g im Teilschnitt
dar. Abb. 12 zeigt schematisch die Einrichtung gemäß der Erfindung.
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In Abb. 12 stellt A den Flugzeugmotor und C einen Kompressor
zur Speisung des Motors A mit der Brennstoffmischung dar. Der Kompressor C wird
durch den Motor unter Vermittlung einer Kupplung sowie einer Übersetzung, die späterhin
beschrieben werden wird, mitgenommen. B bezeichnet den Vergaser, welcher mit der
Einlaßleitung des Kompressors verbunden ist.
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Wie aus Abb. i ersichtlich, nimmt die Kurbelwelle i des Explosionsmotors
unter Vermittlung eines an derselben sitzenden Teiles 2 eine Zwischenwelle 3 mit,
welche an ihren beiden Enden mit Riffelungen versehen ist. Die Welle ist genügend
lang, um eine antreibende Kuppelscheibe 4. der Wirkung der Schwingungen der Kurbelwelle
zu entziehen, zu welchem Behufe die Welle 3 in die Nabe 5 dieser Scheibe dringt.
Die Mitnehmerrillen sind an dem der Wellenkröpfung entgegengesetzten Ende vorgesehen.
Die Nabe 5 läuft in Schalen in. der Nabe 6 einer die Schwungniassen tragenden Scheibe
7, welche an einer kreisförmigen, den geführten bzw. angetriebenen Kupplungsteil
bildenden Treibscheibe 9 zentrisch befestigt ist. Mit dieser Treibscheibe wird bei
deren Drehung zwangsläufig eine Kupplungsringscheibe io durch einen gezahnten Eingriff
verbunden, welcher die Längsverstellung der Kupplungsringscheibe 1o mit Bezug auf
die Treibscheibe 9 ermöglicht. Die Scheibe 4. ist zwischen der Treibscheibe 9 und
der Kupplungsringscheibe io angeordnet. Treibscheibe und Kupplungsringscheibe sind
an ihren Berührungsstellen mit der Scheibe 4. mit eigenartigen Reibungsbelegen versehen.
Wird durch einen genügenden Druck die Kupplungsringscheibe io der Treibscheibe 9
genähert, so nimmt die Scheibe 4 die Treibscheibe 9 bei ihrer Drehung mit. Der zum
Einrücken erforderliche Druck wird durch Kipphebel i i gesichert, welche mit auf
der Scheibe 7 angeordneten Schwungmassen 12 versehen sind, die um Zapfen 13 der
Scheibe 7 verschwenkbar sind. Diese Kipphebel stützen sich mit Fingern i.t gegen
den Gegenflansch io ab, werden ständig durch Blattfedern 15 unter leichtem Druck
beeinflußt und sind in genügender Anzahl vorgesehen, um den Druck auf den Scheibenumfang
zu verteilen. Hebel 16 sind in Augen 17 vierschwenkbar, die auf der Scheibe 7 festsitzen,
und gestatten unter Vermittlung einer in der Längsrichtung durch eine Gabel ig beweglichen
Muffe 18 die Beeinflussung der Kipphebel i i sowie die Aufhebung der Berührung zwischen
den Schwungmassen und den Scheiben. Ein Kugeldrucklager 18' überträgt den Druck
der Muffe 18 auf den Hebel 16.
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Die Wirkungsweise dieser Einschaltvorrichtung ist wie folgt: Läuft
der Motor und ist die Muffe 18 in der Abschaltstellung, wie dies in der Zeichnung
angedeutet ist, und zwar in dem oberhalb der Achse gelegenen Teilschnitt, so sind
die Federn 15 gedrückt, und die Schwungmassen 12 sind von derKupplungsringscheibe
io entfernt. Zwischen der treibendenScheibe4 und der angetriebenen, 7, ist hierbei
ein gewisses Spiel vorhanden, und die Scheibe läuft lose, ohne demnach die Treibscheibe
9 mitzunehmen. Wird aber durch die Gabel ig in nachbeschriebener Weise die Muffe
18 in die in Abb. i der Zeichnung angedeutete Einschaltstellung gebracht, so werden
die Federn 15 freigegeben und beeinflussen die Kipphebel i i, so claß diese leicht
gegen den Flansch io angedrückt werden. Nun beginnt die Scheibe q. den Hohlflansch
und mit ihm die Kipphebel mitzunehmen. Unter Wirkung der die Schwungmassen 12 beeinflussenden
Fliehkraft drücken die Kipphebel stets kräftiger auf den Gegenflansch, bis die Scheibe
und die Treibscheibe 9 vollständig ineinandergreifen, so daß die Einschaltung vollzogen
ist.
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Behufs Abschaltung wird die Muffe i8 in die ursprüngliche Lage unter
Wirkung der Gabel ig zurückgeführt, so daß die Einwirkung der Kipphebel auf die
Scheiben neuerlich aufgehoben ist und die Scheibe d. wieder ohne Mitnahme der Treibscheibe
9 lose läuft. Zu bemerken ist, daß: i. die Verkupplung bzw. Einschaltung sehr abgestuft,
ungeachtet der Schnelligkeit der Einrückung erfolgt, da der zuBeginn derEinrückung
sehr geringe Druck seinen Höchstwert nicht brüsk, wie dies bei den gewöhnlichen
federbeeinflußten Vorrichtungen der Fall ist, erreicht, sondern allmählich in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit des angetriebenen Organs wächst; .
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2. daß die Druckkräfte der Kipphebel ausgeglichen sind und ein resultierender
Druck
auf die Lagerbüchsen nicht vorhanden ist; 3. daß während der Einrückung die Schwungmassen
unabhängig und getrennt wirken und die Ausrückmuffe druckfrei ist; daß im Augenblick
der Abschaltung zur Überwindung der Fliehkraft nur ein kurz dauernder Druck erforderlich
ist, welcher aufhört, sobald die Ausrückung vollzogen ist, da die Kipphebel auf
dem geführten und nicht auf dem führenden Teil angeordnet sind, woraus folgt, daß
während der Abschaltperiode, die in Anbetracht der besonderen Anwendungsart der
Vorrichtung von großer Dauer - sein kann, Schaltgestänge, Hebel usw. keinerlei Druck
unterworfen sind; 5. daß, da der zum Einrücken erforderliche Druck der Schwungmassen
dem Quadrat der Geschwindigkeit proportional ist und im wesentlichen dem gleichen
Gesetz des Wachsens mit der Geschwindigkeit wie das Lastmoment des Kompressors folgt,
die Möglichkeit, durch das Einrücken die Schwingungen und Unregelmäßigkeiten des
übertragenen Drehmomentes zu beheben, im wesentlichen bei jeder Mitnahmegeschwindigkeit
die gleiche bleibt. Insbesondere bei niedrigen Umlaufsgeschwindigkeiten des Motors,
bei denen das Drehmoment und der Umlauf der Kurbelwelle im allgemeinen sehr unregeli
nä ' ßig sind, kann die Einrückung durch diese lTnregelinäßigkeiten
beeinflußbar sein, ohne daß sie bis zum Übersetzungsgetriebe sich fortpflanzen,
wie dies der Fall ist, wenn der Einrückungsdruck gleichmäßig ist und seinen Höchstwert
bei jeder Geschwindigkeit beibehält.
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Die beweglichen Teile laufen in einem in einem geschlossenen Gehäuse
#g-r zentrierten und durch Bolzen befestigten Lager 2o. Diese Anordnung vereinfacht
das Abgießen und gestattet den getrennten Zusammenbau des beweglichen Gesamtkörpers.
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Die Betätigung der Muffe r8 erfolgt in nachstehender Weise: Die Gabel
r9 sitzt auf einer Welle 30 (Abb. 2) fest und ist mit zwei Fingern 31 versehen,
die in zwei am Umfang der :Muffe 18 vorgesehenen Ausnehmunf;en dringen, der Drehung
der letzteren sich entgegenstellen und ihr Verschieben auf der Welle am Lager 2o
ermöglichen. Zu diesem Belauf läuft die Welle 3,0 in Lagern 32, welche mit dem Gehäuse
starr verbunden sind, und trägt einen Hebel 33, welcher an seinem Ende mit
einer Rolle versehen ist. Ein hei 36 angelenkter Hebel 35 trägt einen die Rolle
34 beeinflussenden Daumen 37 (Abb. 2, -.) und gestattet die Ausrückungmit einer
richtigen Übersetzung zwecks Vermeidung zu großer Antriebskraft. Der Daumen 37 ist
derart entworfen, daß die Übersetzung zu Beginn der Ausrückung größer ist, wenn
die zu überwindende Kraft verhältnismäßig hoch ist, wodurch der Hebelhub verringert
werden kann. Ein Anschlag 38 begrenzt die Verstellbarkeit des letzteren.
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Die Übersetzung ist folgendermaßen beschaffen Die angetriebene Scheibe
9 ist mit drei mit ihm aus einem bestehenden und in gleicher Weise um 12o° verteilten
Tragzapfen 40 versehen, auf denen unter Vermittlung glatter Ringe oder .von Kugellagern
Planetenräder 41 drehbar angeordnet sind, die einesteils mit einem Kranz mit innerer
Verzahnung q.2 bzw. dem Antriebsrad, das am Kompressorgehäuse festsitzt, und.andernteils
mit einem mittleren Zahnrad 43 kämmen, das auf der Rotorwelle und demnach gleichachsig
mit den Schaltorganen und der Kurbelwelle angeordnet ist. Die Durchbiegungen der
Tragzapfen werden durch eine Verstrebung 44 hintangehalten. Läuft die Treibscheibe
9 um, so nimmt sie die Planetenräder 41 mit, welche am Kranz 42, rollen und das
mittlere Zahnrad 43 mit einer Geschwindigkeit mitnehmen, die im gewählten Verhältnis
größer als jene der Treibscheibe 9 ist. Die Mitnahmekräfte haben nur Drehmomente
zur Folge und sind über eine große Anzahl von Zähnen verteilt, welche Bedingung
das gute Arbeiten der Getriebe fördert. Überdies wird die Übersetzung im kleinsten
Raum der Länge und dem Durchmesser nach erhalten.
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Um einen richtigen und gleichzeitigen Eingriff der drei Planetenräder
mit dem Antriebsrad 42 zu sichern, kann das letztere, wie Abb.5 zeigt, eingebaut
sein. Dieser Kranz .4.2' trägt z. B. außen Riffelungen, die in entsprechende innere
Riffelungen eines am Gehäuse :2r durch Bolzen o. dgl. befestigten Feststellteiles
46 eingreifen. Ein gewisses diametrales Spiel ist zwischen dem Eingriffskranz 42'
und diesem Feststellteil .I6 vorhanden, so daß kleine Unterschiede der konzentrischen
und parallelen Anordnung des Kranzes und des die Planetenräder abstützenden Gehäuses
ausgeglichen werden, da die Planetenräder den Kranz derart verstellen, daß er sich
selbsttätig zentriert.
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In gleicher Weise und zu gleichem Behuf kann das mittlere Zahnrad
4.3 mit einem leichten diametralen und Längsspiel vermittels Riffelungen auf der
Kompressorwelle angeordnet sein.
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In Abb. 6 ist eine abweichende Bauart des in Abb. r, 3 und 5 dargestellten
Übersetzungsgetriebes veranschaulicht. Gemäß dieser Ausführungsform trägt die Treibscheibe
9 drei Lager 5o mit zusammenlaufenden Achsen, in denen Planetenräder mit doppelten
konischen
Verzahnungen 51 laufen, die einesteils mit einem festen, am Gehäuse :21 angeordneten
Kranz 52 mit konischer Verzahnung, andernteils mit einem Kegelrad 53 in Eingriff
stehen, das an Stelle des Zahnrades 43 tritt. Es ist leicht einzusehen, daß, wenn
der Hohlflansch 9, wie vorerwähnt, initgenommen wird, die Planetenräder 51 am Kranz
52 rollen und das Zahnrad 53 mit einer Geschwindigkeit mitnehmen, die jene des Hohlflansches
9 überragt.
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Im vorhergehenden wurde angenommen, claß die Mitnahme des Kompressors
durch den Motor nur dann erfolgt, wenn die Schaltvorrichtung in der Einschaltstellung
sich befindet, d. h. wenn die Motorgeschwindigkeit hoch ist, wenn bei dem in einer
gewissen Höhe befindlichen Flugzeug der Führer den Kompressor betätigen will. Indessen
ist es von Belang, wenn der Vergaser (Abb. 1a) an die Zuleitung des Kompressors
G angeschlossen ist, d. h. wenn die Motoransaugurig durch den Kompressor hindurch
erfolgt, den Kompressor auch dann arbeiten zu lassen, wenn die Umlaufszahl des Motors
gering ist, um ein Durchrühren der Brennstoffmischung zu sichern und den Unterdruck
in den zum Motor führenden Einlaßleitungen zu vermindern. Zu diesem Behuf gestattet
die in Abb. 7 dargestellte Einrichtung, die, was die Schaltung bzw. die Kupplung
und die Übersetzung anbetrifft, jener nach Abb. i gleich ist, die unmittelbare Mitnahme
des Kompressors durch den Motor, wenn dieser mit einer verhältnismäßig geringen
Geschwindigkeit umläuft und die Kupplung in der Entkuppelstellung sich befindet.
Zu diesem Behuf trägt die antreibende Kupplungsscheibe 4 an ihrer Vorderseite einen
zylindrischen Ansatz 54, welcher innen mit Kerben 549 mit schrägen Flanken versehen
ist (Abb. 8). Der Ansatz 54 ist konzentrisch zur Kurbelwelle i angeordnet und bildet
ein Sperrad, mit dem Klinken 55 zusammenwirken, die bei 56 an einem Kranz 57 angelenkt
sind, welcher unter Vermittlung von Riffelungen auf einem Fortsatz 58 des auf der
Kompressorwelle 59 befestigten Zahnrades 43 angeordnet ist. Die Klinkenhebel 55
sind an den Enden, die entgegengesetzt zu den in Eingriff mit den Kerben befindlichen,
54.a, gelegen sind, mit Gewichtsmassen Goa versehen und werden durch Federn 61 beeinflußt,
welche den Eingriff der Klinken in die Kerben 54.a sichern.
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Läuft der Motor und ist die Kupplung ausgerückt, so nimmt die mitlaufende
Scheibe 4 unter Vermittlung der Klinken 55 den Kranz 57 mit, welcher seinerseits
das Zahnrad 43 mitnimmt und daher die Kompressorwelle in Drehung versetzt. Diese
Stellung der Klinken 55 ist iin oberhalb der Achse liegenden Teil der Abb. 8 angedeutet.
Wird die Kupplung eingerückt und in der Folge die Scheibe 4 mit dem Hohlflansch
9 verkuppelt, so übergeht der Rotor des Kompressors von der ihm durch den Motor
mitgeteilten niedrigen Geschwindigkeit zur hohen Geschwindigkeit, die ihm durch
die Übersetzung mitgeteilt wird, wobei die freilaufartig wirkenden Klinken von den
Kerben 54.a abrücken und sich sodann vollständig von ihnen unter dem Einfluß der
auf die Gewichtsmassen Goa (Offenlage, die in der Abb. 8 unter der Achse angedeutet
ist) entfernen. Von dem Augenblick an erfolgt die Kompressormitnahme unter Vermittlung
der Übersetzung ins Schnelle. Beim Entkuppeln, wobei die Kipphebel nicht wirken,
läuft die Scheibe 4 weiter, ohne die Treibscheibe 9 mitzunehmen, und die Geschwindigkeit
des Zahnrades 43 wird allmählich vermindert. Die Klinken 55 gelangen nunmehr
in die Einklinkstellung unter der Wirkung der Federn 61 und stellen den Freilauf
her bis zum Augenblick, da die Geschwindigkeit des Rotors des Kompressors kleiner
als jene des Motors zu werden sucht. In diesem Augenblick wird der Rotor unmittelbar
stoßfrei mitgenommen und läuft mit der Geschwindigkeit des Motors.
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Die eben beschriebene Vorrichtung gestattet demnach entweder die unmittelbare
Mitnahme des Kompressors durch den Motor, wenn die Umlaufszahl des Motors gering
ist, oder die Mitnahme des Kompressors mit einer Geschwindigkeit, die höher als
jene des Motors ist, wobei die Übersetzung eingeschaltet wird, sobald der Motor
mit großer Geschwindigkeit umläuft. Man kann indessen statt der unmittelbaren Mitnahme
des Kompress6rs durch den Motor bei dessen Umlauf mit kleiner Geschwindigkeit zwischen
den Motor und den Kompressor eine Übersetzung einschalten, die nur bei geringen
Umlaufsgeschwindigkeiten des Motors zur Wirkung gelangt und die Umlaufszahl des
Kompressors mit Bezug auf die des Motors steigert. In den Abb. 9 und io ist eine
derartige Vorrichtung dargestellt, welche eine Kupplung sowie eine Übersetzung für
große Geschwindigkeiten, ähnlich den in den früheren Abbildungen dargestellten Vorrichtungen,
für geringe Geschwindigkeiten aufweist. Die letztere ist folgendermaßen gestaltet:
Die Scheibe 4 trägt- Achsstummel 6a, welche sie an einen Flansch 63 anschließen,
der am Ende :der durch die Zwischenwelle 3 mitgenommenen Nabe 5 vorgesehen ist.
Auf den Achsstummeln 62 sind Planetenräder 64 lose angeordnet, die einesteils
mit einem Zahnkranz mit innerer Verzahnung65 und andernteils mit einem gezahnten,
innen mit Kerben
mit schrägen Flanken 66a versehenen Kranz 66 kämmen.
Dieser Kranz bzw. Ring 66 bildet ein Sperrad, mit dem die Klinken 67 zusammenwirken,
die auf einem am Fortsatz ()9 des auf der Kompressorwelle befestigten Zahnrades
7o aufgetriebenen Kranz 68 angelenkt sind. Der Kranz 65 wird von einer hohlen Achse
71 getragen, die konzentrisch zur Welle 3 und der Nabe 5 liegt und in dem mittleren
Lager 2o durch Riffelungen oder sonstwie festgehalten wird.
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Ist die Kupplung ausgerückt, so laufen die Teile 63 und 4 infolge
der Mitnahme durch die Welle 3 um. Die Planetenräder 6:I laufen im Innern des gezahnten
Kranzes 65 und nehmen ihrerseits den Ring 66 mit, welcher die Kompressorwelle mitnimmt,
ähnlich wie sie durch den Kranz 57 erfolgt. Beim Einrücken bilden die Klinken 67
Freilauf, ähnlich den Klinken 55, und die Mitnahme der Kompressorwelle erfolgt unter
Vermittlung der Übersetzung ins Schnelle. Beim Entkuppeln wirken die Klinken 67
in gleicher Weise wie die Klinken 55.
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Gemäß der abweichenden Ausführungsform nach Abb. i i kämmen die Planetenräder
64. unmittelbar mit einer Verzahnung, die am Fortsatz 69 des Zahnrades 7o vorgesehen
ist. In soldrein Falle wird die hohle Achse 71 an das Lager 2o durch ein Fliehkraftgesperre
nach Art der vorbeschriebenen angeschlossen.