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Kupplungsvoirichtungen für Anlaßmotoren von Verbrennungskraftmaschinen
Gegenstand der Erfindung ist eine Kupplungsvorrichtung für Anlaßmotoren von Verbrennungskraftmaschinen.
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Die Erfindung ermöglicht eine kleinere und schwächere Ausbildung der
Anlaßmotoren mit dem gleichen Nutzeffekt wie bei den augenblicklich gebräuchlichen
Anlagen. Gleichzeitig kann dadurch die als Stromquelle erforderliche Akkumulatorenbatterie
ebenfalls kleiner gehalten werden, was sich im Anschaffungspreis -der Batterie vorteilhaft
auswirkt.
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Bekanntlich werden die Verbrennungskraftmaschinen in den überwiegenden
Fällen maschinell durch einen Elektromotor über ein Zahnradgetriebe angelassen.
Im Augenblick des Anlassens kommt durch axiale Verschiebung ein Zahnrad dieses Getriebes,
das sogenannte Ritzel, mit einem zweiten Zahnrade in Eingriff, das auf der Kurbelwelle
der Verbrennungskraftmaschine fest aufsitzt und das meistens im inneren oder äußeren
Umfange des Maschinenschwungrades eingefräst ist. Beginnt die Verbrennungskraftmaschine
durch eigene Kraft zu laufen, so wird der Eingriff des Ritzels durch auf geeignete
Weise bewirkte axiale Rückverschiebung desselben wieder gelöst. Die unelastische
plötzliche starre Verbindung des Anlassers mit der Verbrennungskraftmaschine erfordert
im Augenblick des Einrückens des Ritzels ein erhebliches Kraftmoment, dem der Anlaßmotor
angepaßt sein muß und dem der Stromverbrauch des Anlassers-natürlich proportional
ist.
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An Stelle dieses zwischen Anlasser und Verbrennungskraftmaschine festsitzenden
starren Zahnradgetriebes mit dem nur axial verschiebbaren Ritzel als Kupplungsorgan
sieht die Erfindung eine rotierende Pulverschlupfkupplung vor, welche vermöge ihrer
Bauart zu Beginn des Anlassens eine weiche und nachgiebige Verbindung des Anlassers
mit der Verbrennungskraftmaschine herstellt, was eine kontinuierlich ansteigende
Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine zur Folge hat, so daß das bei starrer Kupplung
auftretende sehr hohe Anlaßmoment vermieden wird.
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Es ist das Charakteristische einer Pulverschlupfkupplung, daß sie
eine vollständig stoßfreie Ingangsetzung einer anzutreibenden Welle ermöglicht und
daß die Belastungskurve keinerlei Sprünge aufweist, wie es bei anderen Kupplungen
der Fall ist. Solche sprunghafte Belastungen bedingen heftige Stromstöße aus der
Anlasserbatterie in den Motor, woraus nur zu häufig Beschädigungen der ersteren
resultieren. Bei Verwendung einer Pulverschlupfkupplung werden die Beschädigung
und die bei anderen Kupplungen nötige Überdimensionierung der Batterie gänzlich
vermieden.
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Die Pulverschlupfkupplung zeigt eine an sich bekannte Anordnung, bei
der mit der Anlasserwelle verbundene Flügel beim Stillstehen des Anlassers in das
im Kupplungsgehäuse befindliche Pulver nicht eingreifen, sondern erst durch Rotieren
der Anlasserwelle durch die Fliehkraft in eine Stellung gebracht werden, in der
sie mit dem Pulver in Eingriff kommen. Zweckmäßig wird in die Pulverschlupfkupplung
ein kleines Zahnradzwischengetriebe eingebaut,
welches ein Verschieben
des Ritzels zum Eingreifen in das auf der Welle der Verbrennungskraftmaschine festsitzende
Zahnrad bewirkt, wenn die Flügel der Kupplung durch die Flieh-.-kraft im Gehäuse
aufgerichtet werden. Weiterhin können diese Flügel schaufelförmig mit. einer Aushöhlung
ausgebildet sein, wodurch bei. gleichbleibender Kupplungsleistung. die Kupplungsorgane,
insbesondere der Gehäusedurchmesser, kleiner gehalten werden können.
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In den Zeichnungen ist - die Erfindung beispielsweise veranschaulicht:
Fig. i ist ein Längsschnitt durch die .Kupp-, lungsvorrichtung; Fig.2 ist ein Querschnitt
nach der Linie C-B der Fig.i; Fig. 3 ist ein verkleinertes schematisches Bild der
Anlasseranlage und des Zahnrades auf der Welle der Verbrennungskraftmaschine in
getrennter (Ruhe-) Stellung.
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In der Fig. 3 ist der Anlaßmotor mit i bezeichnet, der hier als Elektromotor
gedacht ist, der aber auch aus einem anderen Motor bestehen kann; 2 ist das Gehäuse
der Pulverschlupfkupplung. 3 ist das Ritzel (in ausgerückter' Lage) und 4 ist der
Zahnkranz, mit dem das Ritzel zur Übertragung der Anlaßbewegung durch axiale Verschiebung
in Eingriff -gebracht wird. Der Anlaßmotor ist fest auf einer Unterlage angeordnet,
-während das Kupplungsgehäuse 2 drehbar gelagert ist.
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Auf der Anlaßmotorwelle 5 (Fig. i) ist mit einem ihrer Enden eine
Art Hülse 6 fest aufgesetzt, beispielsweise durch Keil und Nut. In die andere Seite
dieser Hülse ist verschiebbar aber nicht drehbar ein Gleitstück 7 eingeschoben,
dessen in die Hülse hineinragendes Ende als doppelseitige Zahnstange 8 ausgebildet
ist oder mit einer solchen verbunden ist. Das Gleitstück 7 kann beispielsweise ein
prismatisches Profil aufweisen oder an seinem Umfange mit Wülsten versehen sein,
die in entsprechende axial verlaufende Rillen der Hülse 6 eingreifen. Am äußeren
Ende ist das Gleitstück 7 mit einer Stange oder Schraube verbunden, die ein Paar
Lagerbuchsen ro für die Hohlwelle il des Anlaßmotorzahnrades 3 trägt. Die Welle
ii und das Zahnrad 3 sind fest miteinander verbunden und auf den Buchsen io drehbar.'
Auf der Außenseite ist die Hohlwelle ii durch Wulst und Nut o. dgl: axial verschiebbar
aber nicht drehbar mit einer Nabe 12 des Kupplungsgehäuses z verbunden: Der Gehäusedeckel
13, der dem Anlaßmotor direkt benachbart liegt, ist mit einer Nabe 14 auf dem entsprechenden
Ende der Hülse 6 oder direkt auf der Anlaßmotorwelle 5 drehbar gelagert. Die Nabe
12 ist ihrerseits in einem feststehenden Lager 15@auf der das Aggregat tragenden
Unterlage drehbar angeordnet.
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Die Kupplungsflügel, in dem- gezeigten Bei-, spiele zwei an der Zahl
und diametral angeordnet, sind mit 16 bezeichnet. Sie sind in der Hülse 6 auf Zapfen
drehbar gelagert, die neben der Kupplungswelle sich gegenüberstehend senkrecht zu
derselben angeordnet sind.
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Die in Fig. i mit ganz ausgezeichneten Linien angegebene Stellung
des Kupplungsflügels ist diejenige, in der der Flügel mit dem Kupplungspulver in
Eingriff kommt (Arbeitslage), wähx'end die gestrichelten Linien die Ruhelage bei
stillstehendem Anlaßmotor andeutet.
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Die Drehzapfen der Flügel 16 sind zu Zahnräder 17 ausgebildet, welche
mit der Zahnstange $ auf entgegengesetzten Seiten in Eingriff stehen: - Wenn die
Flügel von der mit ganz ausgezogenen Linien zu der gestrichelt gezeichneten Lage
gedreht werden, wird das Gleitstück 7 und damit auch das Ritzel 3 in die Kupplung
hineingezogen, d. h. es besteht nun keine Verbindung vom Anlasser zur Verbrennungskraftmaschine.
Beim Ausschwingen der Flügel in die Arbeitslage in entgegengesetzter Richtung tritt
das Umgekehrte ein, d: h. Ritzelzahnrad 3 kommt mit dem Zahnrad 4 der Verbrennungskraftmaschine
in Eingriff. -Zur Begrenzung des Schwenkwinkels der Flügelschaufeln kann einmal
beim Eintreten in die Ruhelage das Auftreffen des inneren Endes der Zahnstange 18
auf das Ende der Anlassermotorwelle 5 und eine besondere Ausbildung der Wulstverbindungen
zwischen den Teilen 6 und 7 oder ii und 12 beim Einschwenken in die Arbeitslage
als Anschlag benutzt werden: Ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ist das
Einschieben des Ritzels 3 in das Zahnrad 4 der Verbrennungskraftmaschine beim Ingangsetzen
des Anlassermotors. Dies wird, wie oben beschrieben, automatisch dadurch bewirkt,
daß die Flügelschaufeln durch die Fliehkraft in an sich bekannter Weise in die in
der Fig. i durch ganz ausgezogene Linie gezeichnete Lage gebracht werden, wodurch
dann das @Auswärtsschieben des Ritzels durch Einwirkung des kleinen Zahnrades 17
auf die Zahnstange 8 bedingt wird. Die Verschiebung des Ritzels 3 in der entgegengesetzten
Richtung, d. h. in die Ruhelage, ist in diesem Zusammenhang von geringerer Bedeutung
und kann auf mancherlei Weise bewirkt werden.
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Bei Pulverschlupfkupplungen der hier beschriebenen, an sich bekannter
Art ist es üblich, daß die Flügel 16 unter der stetigen Einwirkung von Federn stehen,
die danach streben, die Flügel in die in Fig. i gestrichelt angedeutete Lage zu
ziehen. Solche Federn können selbstverständlich auch am Zwischengetriebe 8, 17 unmittelbar
angebracht sein, um die Rückverschiebung des Ritzels 3 zu bewirken, wenn der Anlaßmotor
stillgesetzt wird und die die Flügel beeinflussende Fliehkraft soweit abgenommen
hat,
daß dieselbe von den genannten Federn überwunden werden kann. Ferner kann man das
Gleitstück 7 oder einen anderen mit ihm axial fest verbundenen Teil unter den Einfluß
einer oder mehrerer Federn stellen, die entweder mit den die Kupplungsflügel beeinflussenden
Federn zusammenwirken oder diese ersetzen. Schließlich können die Zähne des Ritzelzahnrades
3 und des Zahnkranzes 4 derart schief angeordnet sein, daß sie durch Keilwirkung
die Rückverschiebung des Getriebes bewirken, wenn der Zahnkranz 4 eine größere Umlaufsgeschwindigkeit
erreicht hat als das Ritzelzahnrad 3. Auch andere Vorrichtungen zum selben Zweck
können verwendet werden sowohl innerhalb der Pulverschlupfkupplung als auch auf
deren Außenseite.
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Um die Abmessungen der Kupplung bei gleicher Leistung vermindern zu
können, sind die Kupplungsflügel, wie die Fig. 2 zeigt, mit konkaven Arbeitsflächen
versehen bzw. zu mehr oder weniger ausgeprägter Schaufelform 16a ausgebildet. Eine
solche Ausbildung bewirkt, daß jeder Flügel eine erheblich größere Menge des Pulvers
vor sich zusammenschaufelt. Das auf diese Weise angehäufte -Pulver wird infolgedessen
mehr zusammengedrückt und der Widerstand gegen die Umdrehung der Flügel im Kupplungsgehäuse
entsprechend erhöht.
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In Anlaßmotoraggregaten der heute üblichen Art wird das Ritzel 3 im
Augenblick des Anlassens vorgeschoben und greift in den Zahnkranz 4 ein. Da das
Zahnrad in der Drehrichtung mit der Anlaßmotorwelle starr gekuppelt ist, hat diese
einen sehr großen Widerstand zu überwinden, bis die Geschwindigkeit der anzulassenden
Verbrennungskraftmaschine einen einigermaßen hohen Wert erreicht hat. Auf Grund
dieser Beanspruchungen muß der Anlaßmotor entsprechend kräftig gebaut werden. Der
Stromverbrauch beim Anlassen wird ferner sehr groß sein, weshalb die Akkumulatorenbatterie
durch entsprechende Bemessung einer plötzlichen hohen Stromentnahme gewachsen sein
muß und unter allen Umständen großen Beanspruchungen ausgesetzt wird.
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Diese Nachteile können auch nicht beseitigt werden durch die Verwendung
von Fliehkraftkupplungen zwischen dem Anlassermotor und dem Getriebe, wie man sie
für diesen Zweck vorgeschlagen hat. Bei solchen Kupplungen ist nämlich der Schlupf,
wenn er überhaupt vorhanden ist, nicht genügend regelbar, ganz abgesehen von dem
Nachteil, daß der Reibungskoeffizient je nach dem Abnutzungsgrad der Reibungsflächen
und in Abhängigkeit von dem Vorhandensein von Feuchtigkeits- oder Ölspuren schwankt.
Diese Unsicherheitsfaktoren bedingen es, daß bei Fliehkraftkupplungen die Kupplung
im allgemeinen derart eingerichtet sein muß, daß die Verbindung der treibenden und
der angetriebenen Welle normalerweise -ohne Schlupf stattfindet.
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Bei der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung liegen die Verhältnisse
wesentlich anders und unterscheiden sich in verschiedenen Punkten äußerst günstig
von den oben angedeuteten. Da die Kupplungsflügel 16 in der Ruhelage nicht mit dem
Pulver der Kupplung in Eingriff stehen, wird der Anlaßmotor praktisch in Leerlauf
(Widerstandsmoment gleich Null) anlaufen und die Tourenzahl desselben schnell ansteigen.
Erst wenn die Tourenzahl einen gewissen Wert erreicht hat, welcher von der die Flügel
in ihre Ruhelage zurückziehenden Federkraft bestimmt wird, werden die Flügel ausgeschwenkt,
so daß sie in das Pulver einzugreifen beginnen. Das Ritzel3 wird gleichzeitig vorgeschoben
und kommt mit dem Zahnkranz 4 der Verbrennungskraftmaschine in Eingriff, sobald
die Flügelschaufel genügend weit herumgeschwenkt sind. Hierbei tritt selbstverständlich
ein großes Widerstandsmoment auf; dieses pflanzt sich aber nicht bis zum Anlaßmotor
fort, sondern wird in der schlüpfenden Kupplung ausgeglichen. Unter gleichzeitigem
Ansteigen der Drehzahl des Anlaßmotors wächst das das Ritzel3 beeinflussende Drehmoment
allmählich bis zu dem Wert, der zur Umdrehung des Zahnkranzes 4 erforderlich ist.
Die Beanspruchungen des Anlaßmotors werden somit auf ein Minimum beschränkt, und
das Anlassen erfolgt unter elastischer Bewegungsübertragung. Gleichzeitig wird die
enorme Stromentnahme im Augenblick des Anlassens vermieden. Sowohl der Anlaßmotor
als -auch diese speisende Akkumulatorenbatterie können demnach viel kleiner und
schwächer gewählt werden.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung bei
Anlaßmotoren von Verbrennungskraftmaschinen beschränkt, sondern kann in jedem anderen
Zusammenhange zum Anlassen von Maschinen verwendet werden. Der Anlaßmotor braucht
ferner nicht seine Drehung durch ein Zahnradgetriebe zu übertragen, sondern das
Zahnrädergetriebe kann beispielsweise durch eine andere ein- und ausrückbare Kupplung
beliebiger Art, beispielsweise einer Klauenkupplung, ersetzt werden. Ferner ist
es, wie oben angedeutet, nicht notwendig, einen Elektromotor als Anlasser zu verwenden,
sondern jede Welle oder jeder Maschinenteil, der nach Belieben angetrieben und stillgelegt
werden kann, können an Stelle dieses Motors treten. Die Hauptsache ist nur, daß
eine kontrollierbare Drehkraftquelle vorhanden ist. Schließlich ist es nicht notwendig,
daß das Ritzel3 oder der damit äquivalente Kupplungsteil ausgerückt wird, wenn der
Zahnkranz 4 o. dgl. läuft, sondern die Kupplung kann eingerückt sein, solange die
treibende
Welle 5 rotiert. Die Erfindung kann mit anderen Worten
auch für dauernde Kraftübertragung bei Arbeitsmaschinen o. dgl. verwendet werden,
die keine eigene Kraftquelle haben oder bilden.