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Elektrischer Schwungmassenanlasser für Brennkraftmaschinen Bei elektrischen
Schwungmassenanlassern für Brenukraftrnaschinen wird durch den Elektromotor oder
eine elektrische Anlaß-Licht-Maschine eine Schwungmasse auf Drehzahl gebracht und
sodann über eine Reibkupplung mit der Brennkraftmaschine gekuppelt. Die in der Schwungmasse
aufgespeicherte, kinetische Energie ist im wesentlichen eine Funktion der Drehzahl,
so daß man also insbesondere beim Anwerfen von schweren Brennkraftmaschinen darauf
bedacht ist, der Schwungkasse eine hohe Drehzahl zu vermitteln. Tun läßt sich die
Kupplung zwischen einer Schwungmasse sehr hoher Drehzahl und dem stillstehenden
Kupplungsteil der Brennkraftmaschine ohne Bruch oder Bruchgefahr nicht herbeiführen,
so daß der Drehzahl nach oben: eine Grenze gesetzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen,
die es ermöglicht, ohne die Gefahr von Brüchen Schwungmassen mit sehr hoher Drehzahl
mit dem stillstehenden Kupplungsteil der 13rennkraftmaschine zu kuppeln.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß mehrere hintereinanderliegende,
gleichzeitig mit verschiedenen Drehzahlen laufende Schwungmassen vorgesehen sind,
deren mit dem Kupplungsteil der Brennkraftmaschine unmittelbar in, Eingriff zu bringende
Schwungmasse mit der geringsten Drehzahl läuft. Eine Ausführungsform besteht darin,
daß die Schwungmassen über Getriebe miteinander in Verbindung stehen und die Schwungmasse
mit der geringsten Drehzahl mit der Brernnkraftmaschine kuppelbar ist. Eine andere
Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in gleicher Richtung und
mit verschiedener Drehzahl umlaufende Schwungmassen annähernd gleichzeitig miteinander
und mit der Brennkraftmaschine kuppelbar sind.
Die Zeichnung zeigt
Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Anlassers, und zwar Fig. i einen Anlasser
im Axialschnitt, Fig.2 eine zweite Ausführungsform eines Anlassers im Axialschnitt.
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Fig. 3 das Planetengetriebe der Fig. 2 schematisch in Ansicht, Fig.
4. eine dritte Ausführungsform eines Anlassers im Axialschnitt, Fig.5 eine Stirnansicht
:des Planetengetriebes der Fig. 4, wobei jedoch, im Gegensatz zur Darstellung der
Fig.4 mit zwei bzw. vier Planetenrädern, deren drei eingezeichnet sind.
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Gemäß der Ausführungsform der Fig. i ist auf der Kurbelwelle i einer
Brennkraftmaschine ein konischer Kupplungsteil 2 starr befestigt, der durch das
mit der Brennkraftmaschine starr verbundene oder angeflanschte Gehäuse 3 mit Stirnwand
4 umfaßt ist. Auf der Kurbelwelle i ist innerhalb des Gehäuses 3 mit Wälzlagern
5 das eine Ende einer Hülse 6 gelagert, deren anderes Ende mit Kugellagern 7 auf
einer auf der Welle i verschiebbaren Muffe 8 drehbar ist. An die eine auf der Zeichnung
rechte Seite der Hülse 6 ist, mit dieser starr verbunden, ein Konustopf g angeschlossen,
der an seiner konischen Außenfläche einen Kupplungsbelag io trägt. Dieser steht
in Wechselwirkung mit dem Kupplungsteil 2. Auf der Hülse 6 ist mit Kugellagern i
i der Rotor 12 eines Elektromotors oder einer Anlaß-Licht Maschine gelagert, der
auf der einen Seite den Kollektor 13 mit Bürsten 14 trägt. An die andere Seite des
Rotors schließt sich, mit diesem starr verbunden, wiederum der Boden eines konischen
Topfes 15 an, der innerhalb des Topfes g liegt, und zwar innerhalb eines Ringraumes
16, der durch Wandungen 17 und 18 des Topfes g gebildet ist. Auf der Innenseite
des konischen Topfes 15 liegt ein eine Schwungmasse darstellender Ring ig, der über
einen Kupplungsbelag 2o an die konische Innenwand des Topfes 15 durch eine Feder
21 angedrückt wird. Der Topf g einerseits sowie -der Topf 15 und der Ring ig andererseits
stellen Schwungmassen dar. Die Wandung i8 ist am Innenumfang mit einer Verzahnung
22 versehen. Das Gehäuse 3, 4 besitzt eine sich nach innen :erstreckende Ringwand
?3, die an einem Fortsatz 24 Lagerzapfen 25 trägt. Solche Lagerzapfen sind im gezeichneten
Falle zwei vorgesehen; es können natürlich auch drei oder mehr sein. Auf den Lagerzapfen
sind Planetenräder 26 gelagert, die mit einer Umfangsverzahnung einerseits in die
Verzahnung 22 der Wand 18 und damit des Topfes g eingreifen, andererseits in eine
Verzahnung 27 des mit -dem Rotor 12 starr verbundenen Topfes 15.
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Auf die Muffe 8 wirkt eire Kupplungsfeder 28. In die 'Muffe 8 greift
eine Hülse 2g, mit der die Kupplungsfeder 28 zusätzlich beim Entkuppeln gespannt
werden kann (Fig.4).
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Die Wirkungsweise ist folgende: Soll die Brennkraftmaschine angelassen
werden, so wird über die Hülse 29 die Muffe 8 in der Pfeilrichtung verschoben. Dadurch
werden auch die Hülse 6 sowie der Rotor 12 in der gleichen Richtung in die Entkupplungslage
verschoben. Sodann läßt man den Elektromotor an. Mit dem Rotor läuft mit gleicher
Drehzahl die Schwungmasse 15, ig, die, um ein Beispiel zu nennen etwa eine Drehzahl
von 8ooo bis i o ooo Uhnin erreicht. Durch den Rotor werden die Planetenräder 26
in Drehung versetzt mit der Wirkung, daß die Schwungmasse 18, 17, g in der Drehrichtung
des Rotors entgegengesetztem Drehsinn in Drehung versetzt wird, und zwar mit erlieblich
verminderter Drehzahl, z. B. 3000 U/min. Sind die genannten Drehzahlen erreicht,
so wird durch Entlastung der Hülse 2g die Kupplung zwischen g und 2 schlagartig
eingerückt, so daß die Kurbelwelle i der Brennkraftmaschine in Drehung versetzt
und damit die Brennkraftmaschine angelassen wird.
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Wenn auch nur die Schwungmasse :des Topfes g mit einer Drehzahl von
3000 U/min mit dem Kupplungsteil 2 in Eingriff tritt, so ändert das nichts
an dem Umstand, daß die Schwungmasse 15, ig mit ihrer Drehzahl von io ooo U/min
beim Anwerfen mitwirkt, ohne daß jedoch die hohe Drehzahl der Schwungmasse 15, ig
die Gefahr eines Bruches herbeizuführen in der Lage wäre. Um in jeder Beziehung
Vorsorge zu treffen, ist der Ring 19 über den Kupplungsbelag 2o mit dem Topf
15 im Eingriff, so daß bei plötzlichem Stillstand der Schwungmasse 15, ig der Ring
ig gegenüber dem Topf 15 noch einen Schlupf besitzt, der die Bruchgefahr ausschließt.
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Es ist somit möglich, mit einer Schwungmasse sehr hoher Drehzahl,
z. B. io ooo U/min, ohne Bruchgefahr eine schwere Brennkraftmaschine, z. B. diejenige
eines Lastwagens, anzulassen.
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Gemäß den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 ist die Hülse 6 im Sinne
der Ausführungsform der Fig. i an ihrem, in der Zeichnung rechtem abgesetzten Ende
über das Wälzlager 5 auf der Welle i gelagert, während das andere freie Ende der
Hülse über ein Wälzlager 3o am Innenumfang einer umfassenden Hülse 32 gelagert ist,
die eine Schwungmasse 33 trägt, Diese Schwungmasse ist diejenige, die mit höchster
Drehzahl läuft und in größter Entfernung vom Kupplungsteile der Kurbelwelle i liegt.
Dabei ist die Hülse 3a an ihrem einen Ende über das Kugellager 7 auf der Muffe 8
gelagert und an ihrem anderen. Ende über ein Wälzlager 34 auf einer Zwischenhülse
35, die wiederum über das Wälzlager 36 auf der Hülse 6 gelagert ist. Die Zwischenhülse
35 trägt die Lagerzapfen 25 von Reibrädern 37, z. B. aus Kunstharz. Die Reibräder
stehen in Reibungsschluß einerseits mit dem Innenumfang der Schwungmasse 33, andererseits
mit dem Außenumfang der Hülse 6. Die Lagerzapfen 25 verbinden die Zwischenhülse
35 und die Schwungmasse 38, die zwischen der Schwungmasse 33 und dem durch die Hülse
6 getragenen, dem Teil 2 am nächsten liegenden Topf g liegt. Die Schwungmasse 38
ist an beiden Seiten mit Kupplungsbelägen versehen.. Der Stator 39 liegt
innerhalb des Außenläufers oder Rotors 4..o und ist mit dem Gehäuse 3 starr verbunden.
Der Außenläufer 40 wird
durch ein Drehteil 41 getragen, das aus
einer Scheibe besteht mit angesetzter Axialmuffe 42, auf der sich der Kollektor
43 mit Bürste 44 befindet. Die Axialmuffe 42 ist über das verschiebbare Wälzlager
45 auf dem Gehäuseteil 3 gelagert. Der Drehteil 41 ist über die Schwungmasse 38,
wie beschrieben, mit den Lagerzapfen 25 und damit mit der Zwischenhülse 35 verbunden.
Die Wälzlager 34 und 36 sind beschränkt auf der Zwischenhülse 35 bzw. der Hülse
6 verschiebbar und durch Scheibenfedern 46 und 47 in der einen Endlage gehalten.
Das Wälzlager 5 ist auf der Welle i verschiebbar, das Lager 45 auf einem Innenansatz
31 -des Gehäuses 3.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Wird die Muffe 8 in der Pfeilrichtung
verschoben, so wird unter zusätzlicher Spannung der Kupplungsfeder 28 über das Kugellager
7 zunächst die Hülse 32 mit verschoben und mit dieser die Schwungmasse 33, die somit
in Entkupplungsstellung gebracht wird. Durch das Wälzlager 34 wird in der gleichen
Richtung die Zwischenhülse 35 verschoben und mit dieser die Schwungmasse 38 samt
Außenläufer 40. Die Zwischenhülse 35 wiederum nimmt über das Wälzlager 3f> die Hülse
6 und damit den Topf 9 mit, so daß also alle drei Schwungmassen 33, 38 und 9 in
die Entkupplungsstellung, in der Zeichnung nach links, verschoben werden. Wird nun
die Anlaß-Licht-Maschine unter Strom gesetzt, so beginnt der Außenläufer 40 zu laufen.
Mit der gleichen Geschwindigkeit läuft auch die Schwungmasse 38. Diese trägt die
Lagerzapfen 25 der Reibräder 37, so daß sich auch die Reibräder 37 um die Kurbelwelle
i drehen.
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Würde man annehmen, daß die Hülse 6 mit dem Topf 9 festgehalten wird,
so würden die die Planetenräder darstellenden Reibräder 37 bei ihrer Drehung um
die Kurbelwelle i auf der Hülse 6 abrollen (Fig. 3). Damit würde der Schwungmasse
33 eine erhöhte Drehzahl erteilt werden, weil sich die Reibräder 37 nicht nur um
die Welle i drehen, sondern auch um ihre Lagerzapfen 25, und sie damit der Schwungmasse
33 über die Umlaufgeschwindigkeit der Zapfen 25 hinaus eine zusätzliche Drehung
vermitteln. Die Drehrichtung der Schwungmasse 33 wäre jedoch umgekehrt wie diejenige
des Außenläufers 4o bzw. der Schwungmasse 38.
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Nun ist aber die Schwungmasse 6, 9 praktisch nicht festgehalten. Es
steht ihrer Verdrehung allerdings ein größerer Widerstand entgegen als der Verdrehung
der Schwungmasse 33, und zwar deshalb, weil die Reibräder 37 einerseits an ihrer
inneren Berührungsstelle am kürzeren Hebelarm der Schwungmasse 9 angreifen und außerdem
die Schwungmasse 9 radial außerhalb der Schwungmasse 33 liegt. Es wird sich also
praktisch die Hülse 6 mit der Schwungmasse 9 drehen. Die Folge ist, daß sich die
Reibräder 37 nur teilweise an dem Umfang der Hülse 6 abwälzen, zum anderen Teil
die Hülse 6 und damit die Schwungmasse 9 in der Drehrichtung des Außenläufers 40
mit kleinerer Umlaufgeschwindigkeit, als dieser aufweist, mitnehmen. Die Reibräder
37 drehen sich beim Abwälzen auf der Hülse 6 infolge der teilweisen Mitnahme dieser
Hülse nicht entgegengesetzt der Drehrichtung der Hülse, sondern in der gleichen
Drehrichtung wie die Hülse 6, so da.B auch damit die Schwungmasse 33 in der gleichen
Drehrichtung wie die übrigen Drehteile angetrieben wird. Da der Drehzahl der Reibräder
37 um die eigene Achse die Drehzahl der Reibräder 37 um die Welle i hinzuzuaddieren
ist, so ist also die Drehzahl der Schwungmasse 33 am höchsten. Die Drehzahl der
Schwungmasse 38 ist kleiner. Sie entspricht der Drehzahl des Außenläufers 4o. Die
Drehzahl des Topfes 9 bzw. der Hülse 6 ist kleiner und beträgt etwa 3000
U/min, im Gegensatz zu etwa 6ooo U/min des Außenläufers und der Schwungmasse 38
und etwa io ooo U/min der Schwungmasse 33.
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Sind diese Drehzahlen erreicht, so wird die Kupplungsfeder 28 entlastet.
Damit wird zunächst die Hülse 32 mit der Schwungmasse 33 entgegen der Pfeilrichtung
nach rechts verschoben. Gleichzeitig wird aber über die Wälzlager 34 die Zwischenhülse
35 mit den Lagerzapfen 25; der Schwungmasse 38 dem Drehteil 41 und dem Außenläufer
4o mitgenommen, und zwar über die Scheibenfeder 47. L'ber das Wälzlager 36 und die
Scheibenfeder 46 wird auch gleichzeitig der Topf 9 mitgenommen, so daß also alle
drei Schwungmassen 33, 38 und 9 etwa gleichzeitig miteinander und mit dem Kupplungsteil
2 der Kurbelwelle i gekuppelt werden.
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Es wird also auch hier nur der Topf 9 mit einer Drehzahl von etwa
3000 U/min mit dem Kupplangsteil :2 gekuppelt, während die übrigen Schwungmassen
38 und 33 mit ihren höheren Drehzahlen nicht unmittelbar mit dem stillstehenden
Kupplungsteil 2 beim Kuppeln in Berührung kommen" mit ihrem höheren Schwungmoment
jedoch nachhelfen.
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Gemäß der Ausführungsform der Fig. 4 und 5 ist auf der Welle i mit
dem Wälzlager 48 eine Scheibe 49 mit Hülse 5o gelagert. Die Scheibe 49 trägt Lagerzapfen
51, auf denen die Reibräder 52 drehbar gelagert sind. Mit ihren anderen Enden stehen
die Zapfen 51 in Verbindung mit einer Schwungmasse 53, die an beiden Seiten Kupplungsbeläge
trägt und eine den Außenläufer 54 tragende Stirnscheibe 55 aufweist. Die Stirnscheibe
55 ist mit einem Wälzlager 56 auf einer Hülse 57 gelagert, die mit dem Gehäuse 3
starr verbunden ist.
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Auf der Hülse 5o der Scheibe 49 ist mit einem Kugellager 58 eine Zwischenhülse
59 gelagert, die andererseits über ein Kugellager 6o auf der Muffe 8 sitzt, die
über die Kupplungsfeder 28 axial verschiebbar ist. Zum Spannen der Kupplungsfeder
ist wiederum die Hülse 29 vorgesehen, die an ihrem äußeren abgeflanschten Flansch
61 eine Schrägverzahnung aufweist, die mit einer Schrägverzahnung 62 der Stirnseite
des Gehäuses 3 in Eingriff steht. Der Flansch 61 trägt einen Handgriff 63, durch
dessen Verdrehung infolge des Ausgriffes der Schrägverzahnung 62 eine Verschiebung
der Hülse 29 und damit der Muffe 8 erfolgt. Zwischen dem Kugellager 58 und der Scheibe
49 ist eine Scheibenfeder 6,4 vorgesehen.
Die Reibräder 52 stehen
in Wechselwirkung einerseits mit dem Innenumfang des Kupplungsteiles 2 der Kurbelwelle
r und andererseits mit dem Außenumfang der Hülse 59. Sie stehen jedoch nicht in
unmittelbarem keibungsschluß mit diesen Teilen (Fig. 5). Vielmehr sind die Reibräder
52, die z. B. aus Kunstharz bestehen, durch federnde Ringe 65, z. B. aus Stahl,
umgeben, die die Form von Ellipsen haben und zwischen dem Innenumfang des Kupplungsteiles
2 und dem Außenumfang der Hülse 59 eingepreßt sind. Trotz ,dieser Verformung zur
Ellipse berühren die Reibräder 52 im Stillstand normalerweise die Stahlringe 65
nicht.
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Die Wirkungsweise ist folgernde: Durch Verdrehen des Handgriffes 63
wird .die Hülse 29- unter gleichzeitigem. zusätzlichem Spannen. der Kupplungsfeder
28 in der Pfeilrichtung verschoben. Die Muffe 8 wird mitgenommen und damit die Hülse
59, die auf einer Scheibe 66 die schnell laufende Schwungmasse 67 trägt. Ebenfalls
werden über das Kugellager 58 die Hülse 5o und damit die Scheibe 49 mitgenommen.
Mit der Scheibe 49 werden auch @d.ie Lagerzapfen 51 und damit die Schwungmasse 53
mit der Stirnscheibe 55 und dem Außenläufer 54 mitgenommen. Es wird also entkuppelt.
Wird nun, angelassen, so beginnt sich der Außenläufer 54 um den innenliegenden Stator
68 zu drehen. Durch den Außenläufer 54 wird die Schwungmasse 53 mit den Zapfen 51
und der Scheibe 49 mitgenommen. Die Reibräder 52 drehen sich also zunächst um die
Welle i. Bei diesem Antrieb in der Pfeilrichtung (Fig. 5) drücken. nun die Reibräder
52 seitlich an die umfassenden Ringe 65, die, wie erwähnt, einerseits mit dem stillstehenden
Kupplungsteil 2 und andererseits mit der Hülse 59 in Reibungsschluß stehen.
Infolge der eingetretenen Berührung zwischen den Ringen 65 und den Reibrädern 52
werden nun die Reibräder 52 um die eigenen. Lagerzapfen 51 in Drehung versetzt,
denn die Ringe 65 rollen ja an dem feststehenden Kupplungsteil 2 ab, und zwar in
entgegengesetzter Drehrichtung. Die Ringe 65 erteilen damit der Hülse 59 und damit
der Schwungmasse 67 eine drehende Bewegung, die rascher ist als die des Außenläufers,
weil sich die Reibräder 52 nicht nur um d ie Welle i drehen, sondern auch eine Drehung
um die eigene Achse aufweisen. Die Schwungmasse 67 läuft also mit höherer Drehzahl
als der Außenläufer 54 und die Schwungmasse 53.
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Wird der Handgriff 63 zurückgeschwenkt, so tritt, wie gelegentlich
in der Beschreibung der Fig. 2 erwähnt, gleichzeitig eine Kupplung ein mit dem gleichen
Erfolg.