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Schwungmassenanlasser für Brennkraftmaschinen Gegenstand der Erfindung
ist ein Schwungmassenanlasser für Brennkraftmaschinen, bei welchem eine einfache
Serien- (oder auch Nebenschluß-) Maschine zum Anlassen, zur Lichterzeugung, zum
Laden der Batterie und zum Speisen ,einer Zündspule dient, bei dem aber auch noch
durch eine besondere Schaltung ein Anlassen von Hand möglich ist, wenn die Batterie
infolge Schadhaftwerdens ausgeschaltet werden muß.
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Elektrische Anlagen für Brennkraftmaschinen, bei welchen Dynamo und
Anlasser in einer Maschine vereinigt sind, sind bekannt. Ihre Nachteile, die einer
allgemeinen Einführung im Wege stehen, sind folgende: Die Dynamo hat bei normalem
Zweimaschinensystem ihre Höchstdrehzahl bei voller Motordrehzahl, ist also mit dem
Motor entweder direkt gekuppelt oder wird von diesem über eine mäßige Übersetzung
angetrieben. Dier Anlasser hat seine Höchstdrehzahl bei der Anwurfsdnehzahl des
Verbrennungsmotors, die viel kleiner als seine Betriebsdrehzahl ist. Bei den bekannten
Ausführungen der Vereinigung von Lichtmaschine und Anlasser sind zwei Wege beschritten
worden, um den beiden obigen Anforderungen zu genügen. Bei der einen Ausführung
wurden zwischen die als Dynamo und Anlasser dienende Maschine und den Verbrennungsmotor
zwei Übersetzungen geschaltet, eine kleinere oder die direkte Kupplung, wenn das
Aggregat als Dynamo, und eine größere, wenn es als Anlasser arbeitet. Der Nachteil
ist bei dieser Ausführung die komplizierte Bauart.
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Dier zweite Weg ist der, daß man die Anlasserdynamo so überdimensioniert,
daß sie bei direkter Kupplung mit dem Verbrennungsmotor das zum Anwerfen des letzteren
nötige Drehmoment hat. Hierbei ergibt sich der Nachteil, daß man eine schwere und
teuere
Maschine erhält, welche als Dynamo stark mit Unterlast, also
mit schlechtem Wirkungsgrade arbeitet. -Ein weiterer Nachteil der als Anlasser und
Dynamo dienenden Maschine ist, daß dieselbe sowohl die Eigenschaften der Hauptstrom--als
auch die der Nebenschlußmaschine haben muß, also mit einer Serien- und V ebenschlußwicklung
versehen sein muß.
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Es ist ferner bekannt, zwischen Treibachse des Wagens und Verbrennungsmotor
zwecks Drehzahländerung der ersteren ein Umlaufgetriebe zu schalten, das eine Nebenschlußmaschine
in Differentialwirkung antreibt. Ferner ist nicht neu, bei Schwungradanlassern ein
Umlaufrädergetriebe zu verwenden, dessen äußerer Zahnkranz feststeht. Es sind auch
Schwungradanlasser bekannt, deren Motor außer zum Anwerfen auch noch zur Stromerzeugung
für V ebenztvecke, z. B. zum Nachrichtengeben, verwendet wird, wobei sein Antrieb
von Hand erfolgt.
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Umlaufgetriebe, welche die Stufenzahl des Hauptgetriebes vermehren,
sind ebenfalls schon gebaut worden.
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Die in der Zeichnung der Abb. i bis i o dargestellte Anordnung vermeidet
die genannten Nachteile, vereinigt aber die mit obigen Vorrichtungen erreichten
Verteile in sich. Sie besteht aus einem Umlaufgetriebe, das in Differentialschaltung
eine Hauptstrommaschine antreibt, die zum Anlassen und zur Stromerzeugung dient,
wodurch die guten Anlaßeigenschaften derselben zur Geltung kommen, ohne daß ihre
Nachteile bei der Stromerzeugung wirksam werden. Die Differenz zwischen der erforderlichen
Anlasser-und Generatorleistung wird durch die Ausführung als Schwungradanlasser
vermindert. Das Umlaufgetriebe ist so angeordnet, daß es auch noch die Aufgaben
der Stufenvermehrung und des Rückwärtsganges übernimmt.
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In den Abbildungen sind die Hauptteile dieses Schwungmassenanlassers
wie folgt bezeichnet: D ist eine Hauptstrommaschine.
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U ist ein Umlaufrädergetriebe, bestehend aus dem Zentralrad i, dem
Umlaufrad 2 und dem Zahnkranz 3.
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Z ist eine normale Zündspule.
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I< ist die Hauptkupplung des Fahrzeuges. AI ist die zentral liegende
Welle des Vmlaufgetriebes U, welche mit den Zapfen der Umlaufräder verbunden ist.
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! ist die zum Hauptgetriebe führende Welle. B ist eine normale Batterie.
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b ist eine Bandbremse zum Festhalten des Zahnkranzes 3.
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W ist die Magnet«icklung der Hauptstrommaschine-Ss ist ein Schalter,
der obige Magnetwicklung W in verschiedenem Sinne an die Ankerwicklung anschließen
kann.
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Ss ist ein Schalter zum Abschalten der Batterie B.
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,ff. ist die Motorwelle (des Verbrennungsmotors @.
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W, ist ein Belastungswiderstand. Si, S2, S3 sind Schalter.
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L,. L2, I_3. L, sind Spulen zur Betätigung der Schalter S,.
S.,, S, R ist ein Kontrollämpchen.
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W., ist ein normaler Vorschaltwiderstand vor der Zündspule.
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Außer diesen Bezeichnungen werden in den folgenden Abb. i bis io noch
weitere benutzt, die weniger wichtige Teile hezechnen und gelegentlich in der Beschreibung
erwähnt werden. Wirkungsweise A) Die Maschine D arbeitet im normalen Betrieb als
Dynamo (Abb. i). Der Antrieb erfolgt vom Verbrennungsmotor über Welle M auf die
Umlaufräder 2 des Umlaufgetriebes U.
Die Räder 2 treiben einerseits den Zahnkranz
_3 und damit über Hauptkupplung K das Getriebe, andererseits das Zentralrad i, das
seinerseits sein Drehmoment über die Kegelräder Z" Z2 auf Dynamo D überträgt. Letztere
wird daher ständig mit einem Drehmoment angetrieben, das dem des Verbrennungsmotors
proportional ist. Da bei der Hauptstrommaschine bei mäßiger Eisensättigung das Drehmoment
d er G:eichung Md=k i2 (Md=Drehmoment, k-Konstante, i=Strom) entspricht, arbeitet
sie bei gleichbleibendem Antriebsmoment des Verbrennungsmotors mit konstanter Stromstärke.
Die Drehzahl von D kann sich dank der Differentialwirkung des Umlaufgetriebes U
ständig nach der aufgezwungenen Leistung einstellen. Steigt die Spannung der Batterie
oder die Spannung am Belastungswiderstand W, so erhöht sich die Drehzahl von D,
bis seine Spannung gleich der Belastungsspannung ist. Beim Laden der Batterie fließt
der Strom der Dynamo D durch die Magnetwicklung W über Schalter S6, der in Stellung
1 steht, über die Schalter Si, S2, ferner über die. Spulen L3, L4 und Schalter S5,
der in der in Abb. i gezeichneten Stellung III steht, in die Batterie. Die Zündspule
Z normaler Ausführung erhält ihnen Betriebsstrom entweder von Dynamo D oder von
der Batterie B. Regelung Eine eigene Spannungsregelung ist bei der gezeichneten
Anordnung nicht nötig, da sich die Generatorspannung ständig von selbst auf
die
Belastungsspannung einstellt, doch ruß die Dynamo D zur Verhinderung des überladens
der Batterie B, wenn letzteredie Höchstspannung erreicht, abgeschaltet werden. Das
geschieht durch die Spule L1, die von der Batteriespannung gespeist wird- und bei
Erreichung des Höchstwertes der letzteren den Schalter S, in die Höchststellung
zieht, wodurch die Verbindung mit der Batterie unterbrochen und die Dynamo D über
Leitung L, kurzgeschlossen wird. Die Drehzahl von D sinkt jetzt auf einen Kleinstwert
herab, der die kleine, bloß zur Überwindung des Spannungsabfalles in der Maschine
nötige Leerlaufspannung liefert. (Bei konstantem Antriebsmoment herrscht wegen der
gleichbleibenden Stromstärke auch ein konstanter Spannungsabfall.) Beim Anlaufen
(Abb. 3) der Dynamo D, solange ihre Spannung geringer als die Batteriespannung ist,
ist SchalterS, geöffnet, S3 geschlossen. Dynamo D ,arbeitet auf den Belastungswiderstand
14/l. Strom und Spannung steigen. Hat der Strom seinen Normalwert erreicht (Abb.
4), so schließt Spule L2 den Schalter S2 und schaltet damit die Batterie an. Jetzt
erhalten auch die Spulen L3 und L4 Strom. L4 hebt den Schalter S3, wodurch der Belastungswiderstand
W,. abgeschaltet wird. Da dadurch auch -die Spule L2 stromlos wird, ruß Spule L3
den Schalter S2 in der Höchststellung halten. Ist die Batterie schadhaft, so kann
sie durch den SchalterS5, der in die Stellung IV gedreht wird (Abb. 5), abgeschaltet
werden. Gleichzeitig wird dadurch Schalter S3 kurzgeschlossen, so daß also Widerstand
W1 ständig eingeschaltet ist. Dies ist nötig, um den Hauptstrom und damit das Feld
von D nicht zu unterbrechen.
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B) Anlassen elektrisch (Abb. i und 6). Schalter S6 wird in die Stellung
II gedreht (Abb. 6), Maschine D erhält von der Batterie B über Leitung l
Strom und läuft als Motor an, in gleicher Drehrichtung wie früher als Generator,
da die Magnetwicklung W durch Schalter S6 umgeschaltet ist. Die Hauptkupplung I(
(Abb. i) ist vorläufig ausgeschaltet, das Umlaufgetriebe U läuft' leer, Motor D
speichert in der Schwungmasse G die zum Anlassen des Verbrennungsmotors nötige kinetische
Energie auf. Ist " die nötige Höchstdrehzahl erreicht, so wird der Schalter S6 wieder
in die Stellung I gebracht und Zahnkranz 3 mittels Bremse b abgebremst. Dadurch
werden die Zapfen der Umlaufräder 2 und damit die Zentralwelle M und die damit verbundene
Motorwelle betätigt. Schalter S5 steht dabei in der in Abb. i gezeichneten Horizontalstellung
III. Ist der Motor angelaufen, so löst -man die Bremse b und schaltet die Hauptkupplung
I( ein, wodurch die Leistungsübertragung auf das Hauptgetriebe erfolgt.
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C) Anlassen von Hand.
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Schalter S5 befindet sich in der in Abb. 5 gezeichneten Stellung IV,
also ist Batterie B abgeschaltet. Der Schalter S6 wird in die Mittelstellung zwischen
I und II gedreht. Bei ausgeschalteter Hauptkupplung I( (Abb. i ) wird mittels Handkurbel
H über Kegelräder Z3, Z4, ferner über Räder 3, 2,,, i und die Kegelräder Z2, Z1
die Maschine D auf Anwurfdrehzahl gebracht. Dann wird Schalter S6 in die Stellung
I gedreht und Zahnkranz 3 durch Bremse b abgebremst, wodurch der Verbrennungsmotor
über Umlaufräder 2 angeworfen wird. Da jetzt die Zündspule Z von der Maschine D
Strom bekommt, kann also auch ohne Batterie von Hand angelassen werden.
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_ Verdopplung derStufenzahl des Hauptgetriebes und Rückwärtsgang De
in Abb. 2 sowie in den Abb., 7 bis io dargestellte Anordnung zeigt, daß das vorher
beschriebene, zum Antrieb von Maschine D, dienende Umlaufgetriebe U unter Hinzuziehung
von einem Schalter S4, zwei Magnetkupplungen I( 1, I(2 und der Klauenkupplung in
noch zwei weitere wesentliche Aufgaben erfüllen kann, nämlich die Geschwindigkeitsstufenzahl
des Hauptgetriebes zu verdoppeln und einen Rückwärtsgang zu .erzeugen, so daß also
das Hauptgetriebe, das sehr einfach und mit geringer Stufenzahl ausgeführt werden
kann, klein und billig wird. Das Maß C kennzeichnet in Abb. 2 ein solches als :einfaches
Umlaufgetriebe ausgeführtes Hauptgetriebe, das bei vier Vorwärtsgängen und vollkommen
stoßloser Schaltung derselben bloß vier Zahnräder 4, 5, 6, 7 benötigt und dessen
Tellerrad i o beim größten Drehmoment dadurch entlastet wird, daß die Kegelräder
8 und 9 gleichzeitig eingreifen.
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Batterieanlassen und Laden der Batterie erfolgt in gleicher Weise
wie in Abb. i, 3, 4 und 6. Das Zahnrad Z2, das über Zahnrad Z1 Dynamo D betätigt,
ist jetzt mit dem Zentralrad i des Umlaufgetriebes U nicht fest verbunden, sondern
kann. durch Magnetkupplung I(2 an- und abgeschaltet werden. Eine zweite Magnetkupplung
I(1 kann das Zentralrad i mit der Motorwelle Mm kuppeln. Eine Zahnkupplung
m kann ,außerdem die Motorwelle illm mit der die Umlaufräder 2 betätigenden zentral
liegenden Welle 1l4 kuppeln. Die Magnetkupplungen I(1 und I(2 werden -über einen
Schalter S4 mit Strom versorgt. Bei Batterieanlassen und Laden (Abb. 7) steht der
Schalter S4 in Stellung V. Dadurch erhält Kupplung I(2 Strom und verbindet
Zentralrad
i fest mit KegelradZ.,. Die Zahnkupplung in ist ständig eingeschaltet und
wird nur bei Rückwärtsgang gelöst.
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In der in Abb. ; dargestellten Schaltung läuft das Zentralrad i mit
wesentlich kleinerer Drehzahl als die Motorwelle M"t bzw. als die Zentralwelle M
(wegen der kleinen auf D zu übertragenden Leistung), so daß Zahnkranz 3 der Motorwelle
vorlaufen muß. Es werden daher zu den vorhandenen Hauptstufen des Hauptgetrielles
noch vier Zwischenstufen erreich;. Wird der ScüalterS, in die Stellung VI gebracht
(Ahb. 8), so ist die Kupplung I(2 gelöst und I(1 eingeschaltet, so daß das Umlaufgetriebe
U blockiert ist und der Verbrennungsmotor direkt auf das Hauptgetriebe arbeitet.
Auf diese Weise ergeben sich die vier Grundstufen des Hauptgetriebes. Die DynamoD
steht dabei still und die Zündspul.eZ wird von der Batterie - speis,.
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Der Rückwärtsgang (Abb.9) ergibt sich durch Einschalten der Klauenkupplung
1(j, Lösen der Zahnkupplung in und Anziehen der Bremse b1, wodurch die Zentralwelle
M stillgesetzt und das Zentralrad i mit der Motorwelle AI" gekuppelt wird. Der Zahnkranz
3 läuft jetzt mit sehr geringer Drehzahl in entgegengesetzter Richtung.
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Beim Einschalten der Magnetkupplung I(1, also bei den vier Grundstufen
und beim Rückwärtsgang, ist Dynamo D entlastet und muß von der Batterie abgeschaltet
werden. Dies geschieht durch den Schalter $" der in Stellung V (Abb. 8 und 9) den
Kontakt k öffnet und dadurch den Stromkreis der Spule L2 unterbricht. Spule L3 und
S2 wirken bei Strolnloswerden von D als Minimalausschalter und schalten die Batterie
B von der Dynamo D ab. Gleichzeitig wird aber auch Spule L., stromlos (Abb.8), so
daß der SchalterS3 geschlossen wird und den Widerstand W1 einschaltet. Dadurch kann
die Spule L2 das Öffnen von S2 verhindern, weil sie über Schalter Sa, ferner über
die Spulen L, und L3 und Schalter S. von der Batterie Strom bekäme. Daher öffnet
Hebel S4 in der Stellung VI den Kontakt k und unterbricht diesen Stromkreis.
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Das Anlassen von Hand (Abb.2 und io) ist bei dieser Ausführung durch
Wegfall der ZahnräderZ3 und Z1 gegen die Anordnung der Abb. t noch vereinfacht.
Die Handkurbel H wird direkt an die Welle w3 dies Hauptgetriebes C gesteckt und
treibt über Zahnräder 7, 6, 5, 4, deren Gehäuse durch Bremse b" stillgesetzt wird,
den Zahnkranz 3 des Umlaufgetriebes U an. Ein Freilauf F ermöglicht diese Drehbewegung
bei stillstehendem Kegelrad g. Da bei Handantrieb, also bei abgeschalteter Batterie,
die Kupplung I(, stromlos wird, muß durch eine Klau-enkupp-Jung ml i;Abb. i o) das
Kegelrad Z@ mit dem Zentralrad i gekuppelt werden.