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Anlaßvorrichtung für Brennkraftmaschinen Gegenstand der Erfindung
ist eine Anlaßv orrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer als Anlaßmotor und
als Stromerzeuger dienenden elektrischen Maschine, einem mit der elektrischen Maschine
in Verbindung stehenden Antriebsglied und einem diese Antriebsglieder verbindenden
Rädergetriebe, dessen Räder ständig miteinander im Eingriff sind, wobei dieses Rädergetriebe
als Übersetzungsgetriebe zwischen den genannten Antriebsgliedern wirkt, wenn ein
an sich frei drehbares Glied des Getriebes stillgelegt ist, dagegen eine direkte
Kupplungsverbindung zwischen den genannten Antriebsgliedern bildet, wenn das genannte
Glied des Getriebes mit einem von diesen Antriebsgliedern gekuppelt ist.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art werden zum Stillstellen
des frei drehbaren Gliedes des Getriebes Klinken verwendet, die in einem festen
Zahnkranz eingreifen und das frei drehbare Getriebeglied so lange festhalten, als
die elektrische Maschine als Anlaßmotor die Brennkraftmaschine treibt, es aber sofort
freigeben, wenn sich die Brennkraftmaschine über die Drehzahl hinaus beschleunigt,
die ihrer Welle von der elektrischen Maschine über das übersetzungsgetriebe mitgeteilt
wird.
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Bei einer andern bekannten Vorrichtung erfolgt das Feststellen. des
frei drehbaren Getriebegliedes mittels einer Bandbremse, die von Hand angelegt wird
und sich hierauf selbsttätig um das frei drehbare Glied festzieht, wenn dieses Glied
sich unter der Wirkung des Reaktionsmomentes, dem es beim Antreiben der Brennkraftmaschinenwelle
durch die elektrische Maschine unterworfen ist, in einer bestimmten Richtung zu
drehen sucht; wenn sich aber die Brennkraftmaschine aus eigener Kraft über-die ihr
von der elektrischen Maschine durch das Übersetzungsgetriebe übermittelte Drehgeschwindigkeit
hinaus beschleunigt und das genannte Reaktionsmoment infolgedessen seine Richtung
umkehrt, so bewirkt die damit beginnende Drehung des frei drehbaren Getriebegliedes
das selbsttätige Lösen der Bremse.
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Während des Anlaßvorganges ist die Brennkraftmaschine zeitweise bestrebt,
dem AnlaBmotor vorzueilen. Dies tritt ein, wenn in einem der Zylinder der Verdichtungshub
überwunden ist und die verdichteten Gase sich entspannen. Ganz besonders deutlich
tritt das Voreilen dann auf, wenn bereits vereinzelte Zündungen stattfinden, bevor
die Brennkraftmaschine richtig arbeitet. Infolge der wechselnden Richtung des Drehmomentes
wird das .festgestellte Getriebeglied je nach der Richtung des Momentes in der einen
oder
andern Richtung zu drehen versuchen. Dies hat aber bei den bekannten Feststellvorrichtungen
die Wirkung, daß das Getriebeglied bei jedem Anlaßvorgang zu wieder:.
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holten Malen freigegeben und einen Au<, : blick später ruckartig
stillgelegt wird. .;'.@ Gemäß der Erfindung wird zum Fests' llei5`@ des frei drehbaren
Getriebegliedes eine elek,`. tromagnetisch gesteuerte, für beide Drehrichtungen
in gleicher Weise wirkende Reibungsbremse verwendet, wobei der diese Bremse steuernde
Elektromagnet unmittelbar an die Batterie angeschlossen ist. Dies bietet iinVergleich
zu den bekanntenVorrichtungen den Vorteil, daß .das frei drehbare Getriebeglied
unabhängig von vorübergehenden Drehzahlschwankungen und auch unabhängig von den
durch diese bewirkten Schwankungen-des Ankerstromes der elektrischen Maschine festgehalten
werden kann, bis die Brennkraftinaschine angesprungen ist und dauernd aus eigener
Kraft läuft. Dadurch werden Schläge im Getriebe vermieden, was dessen Lebensdauer
verlängert und es ermöglicht, die Brennkraftmaschine ohne viel Geräusch anzulassen.
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Zweckmäßig kann auch zum Kuppeln des frei drehbaren Getriebegliedes
mit dem einen Antriebsglied eine elektromagnetisch gesteuerte Kupplung verwendet
werden. Das bietet die Möglichkeit,' die elektrische Maschine bei Drehzahlen dr
Brennkraftmaschine als Stromerzeuger zu betreiben, bei denen sie während des Anlaßvorganges
selbst als Anlaßmotor oder leer zu laufen hat. Bei bekannten Kupplungsvorrichtungen
hingegen sind Fliehgewichte vorgesehen, die das Kuppeln bei einer bestimmten Drehzahl
der Brennkraftmaschine bewirken, und zwar je nach Wahl dieser Drehzahl entweder
auch dann, wenn diese nur ganz vorübergehend während des Anlaßvorganges erreicht
wird, oder aber erst bei einer verhältnismäßig hohen Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine,
so daß bei geringen Drehzahlen im normalen Betriebsbereich keine Stromerzeugung
stattfindet. Ein weiterer Vorteil der elektromagnetisch gesteuerten Kupplung besteht
darin, daß die umlaufenden Massen geringer sind als bei den Fliehkraftkupplungen.
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Die elektromagnetisch gesteuerte Kupplung bietet weiter die Möglichkeit,
die Betätigung dieser Kupplung mit der elektromagnetisch betätigten Feststellvorrichtung
zu kombinieren und beide miteinander zu verriegeln.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
daß die elektrische Maschine nach dein Anspringen der Brennkraftmaschine von dieser
noch entkuppelt gehalten werden kann, wobei sie leer läuft. So können die besonders
bei kalten Wetter nach dem Anlassen noch auftretenden Ungleichförmigkeiten im Gang
der Brennkraft-`''inaschine an der elektrischen Maschine ferngehalten werden; für
die gleiche Zeit ist die .Brenikraftmaschine der Leistungsabgabe an den Stromerzeuger
enthoben und kann sich infolgedessen besser beschleunigen.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. i zeigt teilweise im Längsschnitt die elektrische Maschine mit
dem Rädergetriebe, wobei die elektrischen Anschlüsse und Verbindungen nicht dargestellt
sind.
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Fig. 2 ist ein Querschnitt nach A-A, F ig. 3 ein solcher nach B-B,
Fig. 4. ein solcher nach C-C und Fig. 5 ein solcher nach D-D durch den Gegenstand
von Fig. i.
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Fig. 6 ist das elektrische Schaltungsschema der Einrichtung mit der
elektrischen Maschine und dem Rädergetriebe gemäß den Fig. i bis 5.
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Fig. 7 stellt teilweise im Schnitt die elektrische Maschine mit einer
abweichenden Ausführung der Kupplung dar.
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Fig. 8 ist das elektrische Schaltungsschema der Einrichtung gemäß
Fig. 7.
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In Ausführungsbeispiel nach Fig. i bis 6 ist die Feldwicklung i der
elektrischen Maschine feststehend im Gehäuse 2 angeordnet; auf der Ankerwelle 3
ist außer dem umlaufenden Anker 4 und dem an dessen Wicklung 5 angeschlossenen Kollektor
6 ein Ritzelträger 7 aufgekeilt. Dieser trägt einen Zapfen 8, auf dem ein Paar starr
miteinander verbundener Ritzel 9 und io frei läuft. Das Ritzelg mit dem größerenDurchmesser
greift in die Innenverzahnung i i einer Trommel 12 und das Ritzel io mit dem kleineren
Durchmesser in die Innenverzahnung 13 einesRades 14 ein. Dieses ist mit seiner Nabe
15 im Lagerschild 16 und auf dem Ende der Ankerwelle 3 gelagert und steht dauernd
mit der Brenikraftmaschine über eine elastische Kupplung und eine Welle 18 in Antriebsverbindung.
Die elastische Kupplung besteht aus einem auf die Nabe 15 aufgekeilteii Innenteil
17 mit Widerlagern 35 und einem mit der Welle 18 verbundenen Gehäuse 36 mit Widerlagern
37 für die das Drehmoment übertragenden Druckfedern 38 (Fig. i u: 4).
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Die Trommel i2 ist auf der Ankerwelle 3 und auf der Nabe 15 frei drehbar
gelagert und kann mittels einer von der feststehend angeordneten Elektromagnetspule
i9 beeinlußten Kupplung mit dem Rad 14 gekuppelt werden. Diese Kupplung ist als
Reibungskupplung ausgebildet und besteht aus einer mit einem Reibungsbelag versehenen
Scheibe
2o, die in der Umfangsrichtung von der Trommel 12 mittels
der Stifte 2i mitgenommen und von Federn 22 vom Boden der Trommel 12 weg gegen das
Rad 14 gepreßt wird. Mit .der Scheibe 2o ist durch die Stifte -i die Ankerplatte
23 verbunden, die .beim Einschalten des Stromes für den Elektromagneten i9 von diesem
angezogen wird und das Entkuppeln der Trommel 12 vom Rad 14 bewirkt. Die Trommel
12 kann mittels der Backenbremse 24, die von einem Elektromagneten 26 beeinflußt
wird, durch Einschalten des Stromes für den letzteren in bezug auf das Getriebegehäuse
25 festgestellt werden.
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Auf der Ankerwelle 3 der elektrischen Maschine ist ein Zentrifugalschalter
58 (Fig. 6) angebracht. Dieser besteht äus einem Gewicht 27 mit exzentrisch liegendem
Schwerpunkt, das durch den Stein 28 von der Welle 3 in ihrer Rotation mitgenommen
wird und in radialer Richtung entgegen der Kraft der vorgespannten Feder 29 verschiebbar
ist (Fig. i und 3). Auf dem Gehäusedeckel 30 ist konzentrisch zur Welle 3 ein Ring
31 drehbar montiert, der den einen Schalterkontakt 32 trägt. Dieser wird von der
Feder 33 entgegen dem Drehsinn der Welle 3 auf den feststehenden Gegenkontakt 34
gedrückt.
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Die elektrische Schaltung der Einrichtung ist aus Fig. 6 ersichtlich.
Im Anlaßstromkreis ist der eine Pol der Akkumulatorenbatterie 4o über eine vom Schalter
42 beherrschte Kontaktstelle 41 mit der Serieanlaßfeldwicklung 43 der elektrischen
Maschine verbunden, die einen Teil der Feldwicklung i bildet und in Serie zur Wicklung
5 des Ankers 4 geschaltet ist; der Stromkreis ist über die Masse 44 geschlossen.
Die ebenfalls in i angeordnete Nebenschlußwicklung 49 unterstützt in ihrer Wirkung
die Serieanlaßfeldwicklung 43.
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Der Hauptstromkreis für den Stromerzeugerbetrieb der elektrischen
Maschine führt von der Klemme 45 über einen selbsttätigen Schalter bekannter Bauart
46, der den Stromkreis unter dem Einfluß der Spannungsspule 47. erst schließt, wenn
die elektrische Maschine eine bestimmte Mindestspannung liefert, und unter dem Einfluß
der Stromspule 48 unterbricht, wenn ein Rückstrom auftritt, und von ,diesem Schalter
46 über die Batterie 4o, die in diesem Fall Stromverbraucher ist, zur Masse 44.
Weitere nicht gezeichnete Stromverbraucher, z. B. die Zündeinrichtung der Brennkraftmaschine,
eine Beleuchtungsanlage usw., können parallel zur Batterie 40 angeschlossen sein.
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Die Erregerwicklung 49 für den Stromerzeugerbetrieb der elektrischen
Maschine ist im Nebenschluß zur Wicklung des Ankers 4 angeordnet und von einem selbsttätigen
Regler beherrscht, der in bekannter Weise mit Hilfe eines Widerstandes
50 unter dem Einfluß der durch eine Stromspule 51 und eine Spannungsspule
52 fließenden Ströme die Erregung regelt.
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Die Stromkreise der beidenElektromagnete 'l9 der Kupplung und 26 der
Bremse weisen eine gemeinsame Leitung 53 auf, in der eine weitere, vom mehrpoligen
Schalter 42 beherrschte Kontaktstelle 54 liegt. Somit werden diese beiden Elektromagnete
stets gleichzeitig eingeschaltet, und .das Ausschalten des Stromes für den Kupplungselektromagneten
bewirkt zugleich das Ausschalten desjenigen für den Bremselektromagneten. Infolgedessen
bewirkt das Kuppeln der Trommel 12 mit dem Rad 14 das Läsen der Bremse 24 und das
Stillstellen der Trommel mittels der Bremse ihr Entkuppeln vom Rad 14. Im St17omkreis
des Bremselektromagneten 26 befindet sich noch der oben beschriebene Zentrifwgalschalter
58.
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Der Schalter 42 ist, mittels der Spule 55 elektromagnetisch betätigt;
deren Stromkreis enthält außer einem von Hand zu betätigenden Schalter 56 einen
Hilfsschalter 57, der mit dem selbsttätigen Schalter 46 derart gekoppelt ist, daß
er den Stromkreis der Spule 55 unterbrochen hält, solange der Schalter 46 geschlossen
ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende. Zum
Anlassen der Brennkraftmaschine wird der Handschalter 56 geschlossen, so daß ein
Strom durch die Spule 55 fließt und der Schalter 42 derart betätigt wird, daß an
der Kontaktstelle 54 die beiden Elektromagnetstromkreise geschlossen werden. Dies
bewirkt das Erfegen der Elektromagnetez6 und i9, das Stillstellen der Trommel i2
mittels der Bremse 24 und zugleich ihr Entkuppeln vom Rad 14. Durch das Betätigen
des Schalters 42 wird zugleich an der Kontaktstelle 41 der Anlaßstromkreis der elektrischen
Maschine geschlossen. Deren Anker 4 beginnt zu drehen .und nimmt durch die Welle
3 den Ritzelträger 7 mit. Das Ritzel 9 wälzt sich auf dein Zahnkranz i i der stillgestellten
Trommel 12 ab, und das mitrotierende kleinere Ritzel io erteilt dem Rad 14 und damit
der Welle 18 eine gegenüber der Welle 3 stark ins Langsame übersetzte Drehbewegung.
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Nach dem Anspringeri der Brennkraftmaschine beschleunigt diese die
Rotation der elektrischen Maschine. Beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl
überwindet die auf das Fliehgewicht 27 des Zentrifugalschalters wirkende Fliehkraft
die Vorspannung der Feder 29, legt sich an den Ring 31 an und nimmt diesen durch
Reibung entgegen der Kraft der Feder 33 mit. Der Kontakt 32-34 öffnet sich und bewirkt
durch Unterbrechen
des Stromes in der Spule 26 das Lösen der Bremse.
Das Getriebe überträgt dann kein Drehmoment, und die elektrische Maschine läuft
leer.
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Hierauf wird durch öffnen des Schalters 56 der Strom durch die Spule
55 unterbrochen, und der Schalter 42 kehrt in die in F ig. 6 gezeichnete Stellung
zurück. Dadurch ist der Anlaßstromkreis der elektrischen Maschine unterbrochen,
und die Spule i9 wird ebenfalls stromlos, so daß .die Trommel 12 unter dem Druck
der Federn 22 mit dem Rad 14 gekuppelt wird. Da sich die Zahnkränze i i und 13 nun
relativ zueinander nicht mehr verdrehen können, ist ein Abwälzen der Ritzel9 und
io auf ihnen unmöglich, und Trommel 12, das Rad 14 und die Welle 18 werden von der
Welle 3 mitgenommen, so daß das ganze Getriebe eine direkte Kupplungsverbindung
zwischen den beiden letztgenannten Wellen bildet.
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Die elektrische Maschine wird nun von der Brennkraftmaschine getrieben
und arbeitet als Stromerzeuger, sobald die Spannung zwischen der Klemme 45 und der
Masse 44 den erforderlichen Mindestwert erreicht und der selbsttätige Schalter 46
sich geschlossen hat. In seiner Schließbewegung öffnet dieser den Hilfsschalter
57 und verhindert damit das Wiedereinschalten des Elektromagneten 55. Dadurch ist
das Einschalten des Stromes für den Kupplungs- und den Bremselektromagneten, das
Stillstellen der Trommel 12 und das Lösen der Kupplung zwischen den Wellen 3 und
18 verhindert, wenn die elektrische Maschine als Stromerzeuger arbeitet.
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Bei der in Fig. 7 und 8 dargestellten Einrichtung ist die Vorrichtung
zum Kuppeln der Trommel 1ß mit dem Rad 14 so ausgebildet, daß das Kuppeln dieser
Teile beim Einschalten des Stromes für den Kupplungselektromagneten i9 bewirkt wird.
Dieser zieht dann die Ankerplatte 6o gegen die mit dem Rad 14 fest verbundene Reibungsscheibe
61, so daß sie sich mit letzterer drehen muß. Die Ankerplatte 6o ihrerseits ist
durch Zähne 62, die in Nuten 63 eingreifen, in der Drehrichtung ständig mit der
Trommel 12 gekuppelt. Bei dieser Anordnung muß während des Betriebes der elektrischen
Maschine als Stromerzeuger der Kupplungselektromagnet iy unter Strom, der Bremselektromagnet
26 dagegen stromlos sein. - Deshalb beherrscht der mehrpolige Schalter 42 für jeden
der beiden Elektromagnetstromkreise in diesem Ausführungsbeispiel eine besondereKontaktstelle,
nämlich64 für den Kupplungselektromagneten i9 und 65 für .den Bremselektromagneten
26. Für diese beiden Kontaktstellen weist der Schalter nur eine Brücke 66 auf, so
daß bei unterbrochenem Kontakt 41 im Anlaßstromkreis der Kontakt 64 für den Kupplungselektromagneten
geschlossen ist, während in der andern Schalterstellung der Anlaßstromkreis und
derjenige desBremselektromagneten geschlossen sind. Um beim- Abstellen der Brennkraftmaschine
den für den Stromerzeugerbetrieb eingeschalteten Kupplungselektromagneten i9 ausschalten
zu können, ist ein besonderer Schalter 67 in dessen Stromkreis vorgesehen. Dieser
Schalter kann mit dem Zündungsschalter der Brennkraftmaschine verbunden sein. Die
übrigen Teile der Einrichtung sind dieselben wie in der Einrichtung nach Fig. i
bis 6.
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Die Bremse könnte auch so ausgebildet sein, daß sie sich beim Einschalten
des Bremselektromagneten löst. In diesem Falle wäre die Schaltung zweckmäßig so
zu treffen, daß zugleich mit dem Schließen des Anlaßstromkreises und dem Lösen der
Kupplung der Bremselektromagnet ausgeschaltet wird.
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Die Einrichtung könnte ohne Beeinträchtigung ihrer Wirkung auch so
ausgebildet sein, daß die direkte Kupplungsverbindung der Welle 3 mit dem Rad 14
durch Kuppeln der Trommel 12 mit der Welle 3 herbeigeführt würde. Auch damit würde
ein Abwälzen der Ritzel 9 und io auf den entsprechenden Zahnkränzen unmöglich gemacht.
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Das Gehäuse 36 der elastischen Kupplung könnte als Riemenscheibe ausgebildet
sein und seine Antriebsverbindung mit der Brennkraftmaschine ' statt aus der Welle
18 aus einem Keilriemen bestehen.
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Das die Wellen 3 und 18 verbindende Getriebe könnte auch wie folgt
ausgebildet sein. Auf der Welle 3 wäre ein innenverzahntes Zahnrad aufgekeilt; eine
wahlweise mit diesem Zahnrad kuppelbare bzw. mittels einer Bremse feststellbare,
ebenfalls innenverzahnte Trommel nach Art der Trommel i z in den Zeichnungen wäre
frei drehbar gelagert, und in die Zahnkränze dieses Zahnrades und dieser Trommel
würde je eines von zwei untereinander verbundenen Ritzeln eingreifen, die an einem
mit der Welle i 8 gekuppelten umlaufenden Ritzelträger gelagert wären.
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Eine weitere Variante könnte darin bestehen, daß das innenverzahnte
Rad und die innenverzahnte Trommel je mit einer der Wellen@3 und 18 gekuppelt bzw.
verkeilt wären, und daß der Ritzelträger an sich frei drehbar wäre, aber wahlweise
mit einem dieser innenverzahnten Organe gekuppelt bzw. mittels einer Bremse festgestellt
werden könnte. ,