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Elektrische Anlaßvorrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung
betrifft eine elektrische Anlaßvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem in
der Achsenrichtung ein- und ausrückbaren Ritzel und einem Magnetschalter im Hauptstromkreis.
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Bei den bisher bekanntgewordenen Anlaßvorriclitungen wird der Vorschub
des Ritzels gegen den Motorzahnkranz fast ausnahmslos durch ein Gewinde bewerkstelligt,
das auf die das Ritzel tragende Spindel geschnitten ist, wobei mit mehr oder weniger
Erfolg versucht wird, den Einspurvorgang so zu beeinflussen, daß die leicht eintretenden
Ritzelverklemmungen vermieden oder deren schädliche Einwirkungen auf die Zähne herabgemindert
werden. Sozusagen sämtliche auf diesem Gebiet gemachten Erfindungen und Verbesserungen
erstreben das eine Ziel, einen Anlasser zu schaffen, bei dem das Ritzel mit dem
höchsten Grad der Zuverlässigkeit in den Motorzahnkranz einspurt, ohne Zahnbeschädigungen
am Ritzel selbst oder am Motorzahnkranz hervorzurufen und bei dem sich der Zahneingriff
nicht infolge einzelner Anfangszündungen des Motors zu frühzeitig löst, da auch
dies zu Zahnbeschädigungen führt, weil dann mit dem Wiederstarten meist nicht bis
zum vollständigen Stillstand des Motors gewartet wird. Außerdem verursacht das wiederholte
Starten eine ungebührliche Belastung der Anlasserbatterie und unerwünschten Zeitverlust.
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Alle Anforderungen, die an einen Anlasser gestellt werden können,
werden nun gemäß der Erfindung in
vollendeter Weise dadurch erfüllt,
daß der Vorschub des Ritzels durch eine Gewindespindel bewerkstelligt wird, die
von dem das Ritzel tragenden Organ getrennt ist. Ihr eines Ende ruht lost; in einem
Innengewinde der Ankerwelle, das andere Ende ist in einer selbsttätig wirkenden,
ihren Längsbewegungen zwangsläufig folgenden, mechanischen Vorrichtung gelagert,
:die einerseits das Umlaufen der Gewindespindel beim Vorschieben des Ritzels verhindert
und nach dessen vollständigem Einspuren dieselbe wieder freigibt und andererseits,
wenn das
Ritzel beim Einrücken auf Widerstand stößt, dessen Vorschub vorübergehend
unterbricht und ihm gleichzeitig eine andere Drehstellung einzunehmen ermöglicht.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands
dargestellt. Es zeigt, Fig. i einen axialen Längsschnitt durch die Anlaßvorrichtung
in der Ruhelage; Fig. 2 ist eine ebensolche Ansicht in der Arbeitsstellung des Anlassers;
Fig. 3 ist eine Ansicht des im Gehäuse eingebauten Betätigungsmechanismus von hinten
bei abgenommenem Deckel; Fig. 4 ist eine geschnittene Teilansicht des im Gehäuse
eingebauten Nebenkontaktsystems nach (lern Pfeil A in Fig. 3 in einem vergrößerten
Maßstab; Fig.5 ist eine vergrößerte Teilansicht von oben nach dem Pfeil B in Fig.
3, die Kontakte mit einem dieselben steuernden Organ darstellend; Fig.6 ist eine
vergrößerte Teilansicht von oben nach dem Pfeil C in Fig. 3, die Kontakte mit einem
dieselben sichernden Organ darstellend; Fig.7 stellt ein schematisches Schaltbild
der Anlage dar.
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Die Vorrichtung weist einen Anlaßmotor auf, dessen hohle Ankerwelle
i in den beiden Lagern 2 und 3 gelagert ist und dessen Feldwicklung aus drei Teilwicklungen,
einer Hauptfeldwicklung 4, einer Einspurwicklung 5 und .einer Hilfsfeldwicklung
6 besteht, deren Zusammenwirken weiter unten beschrieben ist. Innerhalb der hohlen
Ankerwelle ist eine Ritzelspindel 7 gelagert, deren eines Ende ein Ititzel 8 in
fester Verbindung trägt. Die Ritzelspindel 7 ist leicht längs verschiebbar in der
hohlen Ankerwelle i angeordnet und wird durch eine Feder 9 in ihrer Ruhelage gehalten.
Der unmittelbar an das Ritzel anschließende Spindelteil weist eine oder mehrere
Längsnuten io auf, in welche entsprechend geformte Vorsprünge in der Bohrung einer
Gewindehülse i i eingreifen, durch' die die Ritzelspindel beim Längsgleiten in der
Ankerwelle durch den Anker mitgedreht wird. Das eine Ende der Gewindehülse i i erstreckt
sich bis in das Lager 2, während ihr anderes Ende außen mit einem Steilgewinde 12
versehen ist, das eine Druckinulter 13 mit entsprechend geformtem Innengewinde trägt.
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1)ie Gewindehülse i i ist nicht unmittelbar im Lager 2 gelagert, sondern
im darin drehbar gelagerten zylindrischen Fortsatz eines umlaufenden, deckelartigen
Teils 14 einer Reibscheibenkupplung 15. Das Gehäuse 16 der Reibscheibenkupplung
wird durch eine Erweiterung am Ende der Ankerwelle i gebildet, die mit Längsschlitzen
17 versehen ist, in welche die Zungen der äußeren Reibscheiben 18 eingreifen; die
Zungen der inneren Reibscheiben i9 greifen in Längsschlitze der Druckmutter 13 ein.
Die Reibscheibenkupplung wirkt zugleich als Überlastungsschutz, indem die Reibseheiben
beim Überschreiten eines bestimmten, einstellbaren Drehmoments rutschen. Beim Übertragen
ihres Drehmoments auf die Ritzelspindel 7 schraubt sich die Druckmutter 13 auf dem
Steilgewinde 12 der Gewindehülse i i gegen die Reibscheiben 18, i9 vor und erzeugt
so den für die Übertragung des Drehmoments erforderlichen Reibungsschluß. Übersteigt
andererseits in einem gewissen Moment die Winkelgeschwindigkeit des Ritzels diejenige
des Ankers in voreilendem Sinn, beispielsweise beim Anspringen des Motors, so schraubt
sich die Druckmutter 13 etwas nach der entgegengesetzten Seite und lockert die Reibscheiben,
so daß ihr Reibungsschluß aufgehoben wird. In diesem Fall wirkt die Kupplung als
Überhol- oder Freilaufkupplung.
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Das entgegengesetzte Ende des Anlaßmotors weist in einem haubenartigen
Aufsatz 20 einen Magnetschalter auf, bestehend aus einer Schalterspule 21. einem
Spulenkern 22 und einer mit dem Spulenkern isoliert verbundenen, beweglichen Kontaktbrücke
23. Der dem einen Schenkel der Kontaktbrücke gegenüberliegende feste Kontakt 24
endigt in einer isoliert herausgeführten Anschlußschiene 25 für die Verbindung mit
einer Stromquelle 26. während an dem, dem anderen Schenkel gegenüberliegenden festen
Kontakt 27 ein Ende der Hauptfeldwicklung 4 angeschlossen ist. Mit der beweglichen
Kontaktbrücke 23 ist noch ein starrer Sperrhebel 28 isoliert verbunden, und dieser
wiederum trägt einen horizontalen Steuerbügel 29, dessen äußerstes Ende mit einer
Isolierhülse 29' versehen ist (Fig.4 und 5). Die Funktion dieser Einrichtung ist
weiter unten beschrieben.
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Auf der äußeren Seite des Lagers 3 ist, auf zwei am Lager fest angeordneten
Führungsbolzen 30, eine als Zahnscheibenkupplung ausgebildete und als Freilauf wirkende
Kupplungsvorrichtung 31 längs verschiebbar befestigt. Diese Kupplungsvorrichtung
wird von einer nichtumlaufenden Führungsplatte 32 getragen, welche mit Führungsbüchsen
6o versehen ist, die auf den beiden Führungsbolzen 30 gleiten. Das Kupplungsgehäuse
33 besitzt auf einer Seite einen konzentrischen Di-elizallfen34,mittels welchem
es in der Führungsplatte 32 drehbar gelagert werden kann. Die andere Seite hat die
Form eines offenen Gehäuses, das durch einen damit fest verbundenen, durchbohrten
Deckel 35 verschlossen ist. Die Innenfläche des Deckels ist mit radial gerichteten
Kupplungszähnen 36 versehen. Im Innern des Gehäuses ist eine Kupplungsscheibe 37
lose eingelegt, deren dem gezahnten Deckel zugekehrte Seite ebenso gezahnt ist wie
der Deckel, so daß beide Teile miteinander fest gekuppelt werden können. Der der
Kul)plullgssclleil)e 37 im Gehäuse
zugemessene Längsspielraum ist
genügend groß, um ein einwandfreies Entkuppeln der gegenseitigen Kupplungszähne
zu "e%,%-ährleisten. Ihr Durchmesser ist so abgestimmt, claß ihrem freien Umlaufen
im Kupplungsgehäuse ein gewisser, geringer Widerstand entgegengesetzt wird. Es kann
auch an ihrem I?mfang ein Federring angebracht werden, um eine geringe Bremswirkung
zu erzielen.
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Die Mitte der Kupplungsscheibe 37 ist durchbohrt und mit einem Steilgewinde
versehen. Das hintere Ende der Ankerwelle i und eine Gewindespindel 38, auf deren
ganzer Länge ein Steilgewinde von mit der Kupplungsscheibe übereinstimmenden Dimensionen
geschnitten ist, befindet sich zugleich in den beiden genannten Innengewinden drehbar
gelagert. Das in der Kupplungsscheibe gelagerte Sli ndelende kann gegen das vollständige
Herausschrauben gesichert werden. Auf dem verlängerten Drehzapfen 34 des Kupplungsgehäuses
33 ist eine sternf('irinige Nockenscheibe 39 drehfest aufgesetzt. An der nichtumlaufenden
Führungsplatte 32 sind zwei Hebel 4o zu beiden Seiten des Sterns angelenkt, von
denen jeder eine in dessen Zacken eingreifende, drehbare Rolle 41 trägt. Die darüber
hinaus verlängerten Hebelenden werden durch eine gemeinsame Feder 42 zusammengezogen,
so daß die \ockenscheibe 39 zwischen den Rollen .41 eingespannt ist und sich nur
durch Überwindung der Feder 42 zu drehen vermag.
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Oberhalb der Lagerstelle der Ankerwelle ist, an (ler Außenseite des
Lagers 3, ein Winkelhebel 43 angelcnkt, dessen Lagerung mit 44 bezeichnet ist. Der
eine Schenkel des Winkelhebels nimmt eine angenähert horizontale Lage ein und trägt
nahe seinem Ende eine drehbare Rolle 45. Über die Rolle hinaus bildet der Hebel
ein Horn 46, das unter dem Einfluß einer Feder 47, die den genannten Schenkel des
Winkelhebels nach oben drückt, sich in der lZulielage gegen die untere Kante des
Sperrhebels 28 anlegt. Der zweite Schenkel 48 bildet mit der Stirnfliiche des Lagers
3 einen spitzen Winkel und fungiert als Druckhebel, der eine Ablenkung des \\'iiikelliel)els
43 bewirkt, wenn sich die Kupplungsvorrichtung 31 in Richtung des Lagers 3 vorschiebt
und gegen den Schenkel 48 drückt. Die nichtiiinlaufende Führungsplatte 32 der Kupplungsvorrichtung
besitzt einen sich aufwärts erstreckenden Riegel 49, der hinter die Rolle 45 zu
stehen kommt, wenn die Kupplungsvorrichtung vorgeschoben wird, bis der Schenkel
4H den Winkelhebel 43 nach unten ablenkt.
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Im haubenartigen Aufsatz 2o befindet sich ein durch bewegliche Anlaßorgane
gesteuertes Nebenkontaktsystem, dessen Funktion und innerer Zusammenhang aus dem
Schaltbild Fig.7 hervorgeht. Der mechanische Aufbau ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
Dieses Kontaktsvstem besteht im wesentlichen aus drei übereinander angeordneten
Kontaktfedern 50, 51 und 52, die durch eine gemeinsame Schraube 53 an der Schalterplatte
54 vollkommen isoliert befestigt sind. Diese drei Kontaktfedern bilden zwei Kontakte
D und E, welche die mittlere Feder 51 gemeinsam haben, die dann entweder mit der
äußeren Feder 50 oder mit der inneren Feder 52 einen geschlossenen Kontakt bilden
kann. Die mittlere Feder ist daher als Doppelkontaktfeder ausgebildet, indem sie
beidseitig mit je einem Kontakt versehen ist.
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Die Kontaktfeder 50 ist durch die Anschlußschiene 25 unmittelbar
mit der Stromquelle 26 verbunden, während an die Kontaktfeder 51 ein Ende der Einspurwicklung
5 angeschlossen ist, so daß beim Schließen des Kontakts D die Einspurwicklung 5
parallel zur noch stromlosen Hauptfeldwicklung 4 erregt wird. Andererseits steht
die dritte Feder 52 in Verbindung mit einem Ende der Hilfswicklung 6, so daß beim
Schließen des Kontakts E zuerst der Kontakt D unterbrochen wird, wonach eine Reihenschaltung
der beiden Wicklungen 5 und 6 zustande kommt. Der Strom, der diesen Kreis nun speist,
wird vom Ende der I@auptfeldwicklung 4 abgezweigt. Es ergibt sich dabei eine Umkehrung
der Stromrichtung in der Einspurwicklung 5. Alle drei Federn besitzen eine bestimmte
Anfangsspannung, durch welche die freien Enden der beiden Federn 51 und 52 sich
gegen ihre an einem isolierten Anschlag 55 vorgesehenen Anschlagnocken anlegen,
während die Feder 5o im entgegengesetzten Sinn vorgespannt ist, so daß sie die Tendenz
hat, den Kontakt D ständig geschlossen zu halten.. Hieran wird sie jedoch durch
den Steuerbügel 29 gehindert, der sie in der Ruhelage des Schalters und mithin der
Anlaßvorrichtung von ihrem Gegenkontakt abhebt. Erst wenn die bewegliche Kontaktbrücke
23 einen kleineren Teil ihres Schaltweges zurückgelegt hat, wird die Feder 5o frei,
und es kann sich dann der Kontakt D infolge ihrer Anfangsspannung schließen. Beim
weiteren Vorrücketl der Kontaktbrücke des Magnetschalters drückt dann der Steuerbügel
29 die Doppelkontaktfeder 51 gegen die Feder 52 und schließt dadurch den KontaktE,
während das freie Ende der Feder5o nun seinerseits am isolierten Anschlag 55 zum
Anstehen kommt. Da er der Feder 51 nicht * weiter zu folgen vermag, wird der Kontakt
D wieder unterbrochen.
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Beim Zurückgehen der beweglichen Kontaktbrücke 23 mit dem Steuerbügel
29 in ihre Ausgangsstellung wird zunächst der Kontakt E durch die eigene Federspannung
der Doppelkontaktfeder 51 wieder unterbrochen. Da die Feder 5o am isolierten Anschlag
55 noch ansteht, besteht die Gefahr eines unerwünschten, wenn auch kurzen Schließens
des Kontakts D bis zum Moment, wo die Feder 5o durch den zurückgehenden Steuerbügel
29 wieder abgehoben wird. Um dem vorzubeugen, ist die nichtumlaufende Führungsplatte
32 der Kupplungsvorrichtung auf einer Seite mit einemRückhaltefinger56 versehen,
der am oberen Ende eine Isolierhülse 56' trägt, während andererseits die Doppelkontaktfeder
5 1 einen seitlich vorstehenden Lappen 57 aufweist, an welchem der Rückhaltefinger
56 angreifen kann. Dadurch wird erreicht, daß die Kontaktfeder 51 durch den an der
vorgeschobenen Kupplungsvorrichtung 31 befestigten Rückhaltefinger 56 in der den
Kontakt E_ schließenden Lage gesichert
wird und der genannte Kontakt
sich nicht eher öffnen kann, als bis die Kupplungsvorrichtung wieder in ihre Ausgangsstellung
zurückkehrt, was erst nach dem Öffnen des Magnetschalters eintreten kann, da ja
die vorgeschobene Kupplungsvorrichtung in dieser Lage durch die Brücke des Magnetschalters
verriegelt wird.
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Der Anlasser wirkt in der Weise, daß das Starten durch den Druck auf
einen Anlaßschalter 58 ausgelöst wird, wodurch ein Erregerstrom durch die Spule
21 des Magnetschalters geleitet und dessen Kern 22 mit der Kontaktbrücke 23 so weit
angezogen wird, bis der mit der letzteren verbundene Sperrhebel 28 an der Rolle
45 anstößt und dem weiteren Vorrücken der Kontaktbrücke ein vorläufiges Ende setzt.
Der kurze Weg, den die Brücke bis hierher zurücklegt, genügt, um den Kontakt D zu
schließen und die Einspurwicklung 5 des Feldes derart zu erregen, daß sich der Anker
mit verininderter Geschwindigkeit rückwärts dreht.
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Durch die rückläufige Bewegung des Ankers schraubt sich zunächst das
Steilgewinde der Gewindespindel 38 tiefer in die Kupplungsvorrichtung 31 hinein,
bis ihr Ende am Boden des Kupplungsgehäuses 33 anstößt und die Kupplungsscheibe
37 gegen die Zähne des Deckels 35 preßt. Dadurch wird die Zahnscheibenkupplung kraftschlüssig
und hält die Gewindespindel fest, so daß sie, während sich der Anker weiterhin rückwärts
dreht, sich tiefer in das Ende der Ankerwelle i hineinschrauben kann. Dabei drückt
sie gegen das Ende der Ritzelspindel 7, die dadurch das Ritzel8 gegen den Motorzahnkranz
59 vorschiebt. Gleichzeitig wird die Kupplungsvorrichtung 31 auf ihren Führungsbolzen
30 in der gleichen Richtung längs verschoben.
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Trifft es sich nun, daß die Zähne des Ritzels ohne weiteres in den
Motorzahnkranz einspuren können, darin wird die Ritzelspindel 7 durch die sich in
die Ankerwelle i einschraubende Gewindespindel 38 vollständig ausgestoßen, unter
gleichzeitigem Vorschieben der Kupplungsvorrichtung 31 um den gleichen Betrag, bis
ihre vordere Fläche gegen den Schenkel 48 des Winkelhebels 43 drückt und diesen
ablenkt.
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Der Riegel 49 an der nichtumlaufenden Führungsplatte 32 der Kupplungsvorrichtung
31 kommt in diesem Moment hinter die niedergehende Rolle 45 zu liegen, und die gleichzeitig
von der Versperrung befreite Kontaktbrücke 23 des Magnetschalters wird nun vollständig
angezogen, wobei die untere Kante des Sperrhebels 28 unmittelbar über die Rolle
45 zu stehen kommt, so daß die Kupplungsvorrichtung zwangsweise in der Einspurlage
verharren muß, solange die Erregung der Magnetspule andauert, d. h. solange auf
den Kontaktknopf 58 gedrückt wird.
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Durch das Anziehen der Kontaktbrücke wird der Hauptfeldstrom eingeschaltet.
Gleichzeitig steuert der Steuerbügel29 die Kontaktfeder51 um,wodurch der Kontakt
D geöffnet und anschließend der Kontakt F_ geschlossen wird. Dies hat zur Folge,
daß der die Einspurwicklung 5 erregende Strom diese Wicklung nun in umgekehrter
Richtung durchfließt, so daß sie dann gleichsinnig wirkt, wie die Hauptfeldwicklung4,und
beideWirkungen sich zusammen addieren. In dem nun dergestalt hinzugeschalteten Nebenschlußstromkreis
(s. Schaltbild Fig.7) befindet sich noch die Hilfswicklung 6 in Reihe zur Einspurwicklung
5 und gleichsinnig wirkend wie diese. Diese Hilfswicklung hat die Aufgabe, die Einspurwicklung
zu entlasten. Da die letztere w *ihrend des Einspurvorgangs ein verhältnismäßig
großes Drehmoment erzeugen muß, ist sie sehr hoch spezifisch belastet, und da sie
nicht nur während des l-inspurens, sondern auch während des gesamten Anlaßvorgangs
stromdurchflossen ist, und dieser Vorgang bis zu io und auch mehr Sekunden andauern
kann, müßte sie sich übermäßig erwärmen. Das Einspuren allein dauert jedoch höchstens
etwa i Sekunde, so daß die liolie spezifische Belastung in dieser kurzen Zeit sich
nicht schädlich auswirken kann. Danach bewirkt dann durch ihren zusätzlichen Widerstand
die mit der Hauptfeldwicklung gleichzeitig erfolgende Einschaltung der Hilfswicklung
in Reihe zur Einspurwicklung eine Verminderung des den Nebenschluß durchfließenden
Stroms; durch den dabei erzielten Gewinn an Windungen aber wird der sonst unvermeidliche
Abfall an Amperewindungen kompensiert.
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Nun spielt sich aber der Anlaßvorgang nicht immer so glatt ab. Häufig
genug kommt es vor, daß die Zähne des Ritzels die entsprechenden Zahnlücken im Motorzahnkranz
nicht finden und daß dann die Zähne aufeinanderstoßen. In einem solchen Fall wird
der durch das Steilgewinde der Gewindespindel 38 bewirkte Vorschub des Ritzels augenblicklich
unterbrochen und eine gegenseitige Beschädigung derZähne vermieden. Dies wird dadurch
erreicht, daß die Kupplungsvorrichtung 31, deren Zähne 36 noch kraftschlüssig sind,
durch den Anker so weit gedreht wird, bis die Rollen 41 der Hebel 4o an den ihnen
zunächst liegenden Nocken.auflaufen, wo sie bei Erreichung des höchsten Punkts die
größte Spannung der Feder 4,-q erzeugen. Beim Überschreiten dieses Punkts erteilt
die Feder über die sich nun einwärts bewegenden Rollen 41 der Nockenscheibe 39 und
damit auch der Gewindespindel 38 eine plötzlich beschleunigte Drehung im voreilenden
Sinn, durch die das Gewinde der letzteren eine momentane Lockerung erfährt, so daß
ihr Druck gegen die Ritzelspindel 7 vorübergehend unterbrochen wird und das Ritzel
durch den weiterdrehenden Anker seine Drehstellung gegenüber dem Zahnkranz 59 ändern
kann. Unmittelbar danach wiederholt. sich das Spiel, indem das Ritzel sich wieder
gegen den Motorzahnkranz vortastet und dies so lange wiederholt, bis das Ritzel
schließlich anstandslos in dessen Zähne einspuren kann.
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Nun wird der Motor angeworfen, und die durch sein Anspringen dem Ritzel
erteilte beschleunigte Umdrehung im voreilenden Sinn bewirkt eine Lockerung des
Axialdrucks auf die Scheiben der Reibscheibenkupplung 15, indem das Gewinde auf
der Hülse i i die Druckmutter 13 zurückschiebt. Die dem Ritzel erteilte Beschleunigung
kann sich somit
dem.@nker nicht mitteilen, so daß derselbe vor Beschädigungen
durch übermäßig hohe Fliehkräfte bewahrt bleibt. Sobald der Motor richtig in Gang
gekommen ist, kann der Kontaktknopf 58 wieder losgelassen werden. Dadurch wird die
Magnetschalterspule 21 stromlos; ihre bewegliche Kontaktbrücke23 wird durch ihre
Druckfeder von den festen Kontakten 24, 27 abgehoben, und ihr Sperrhebel 28 gibt
die Rolle 45 des Winkelhebels 43 frei, während der mit dem Sperrhebel verbundene
Steuerbügel 29 die Kontaktfeder 5o wieder abhebt. Indem sich der Winkelhebel 43
dann in seine Ausgangslage begibt, hebt er die Verriegelung der Kupplungsvorrichtung
31 und somit auch der Ritzelspindel 7 auf, welche Teile ebenfalls durch die Feder
9 in ihre Ausgangsstellungen zurückgeführt werden. Nun erst gibt der mit der Kupplungsvorrichtung
verbundene Rückhaltefinger 56 die Kontaktfeder 51 frei und verhindert dadurch ihre
unbeabsichtigte Kontaktgabe, die sonst durch das verzögerte Abheben der Kontaktfeder
5o durch den Steuerbügel 29 eintreten würde.