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Druckluftanlassermotor der Drehkolbenbauart für Brennkraftmaschinen
Das Hauptpatent 1179 418 beschreibt einen Druckluftanlassermotor der Drehkolbenbauart
für Brennkraftmaschinen mit Rotoren, welche über ein Getriebe auf ein Ritzel wirken
und mit einem von Hand oder pneumatisch zu betätigenden Steuerventil, welches in
seiner Offenstellung einen Drucklufteinlaß mit einem Zylinderraum eines mit dem
Ritzel über einen Hebel verbundenen Einspurkolbens und reit einer zu den Rotoren
des Motors führenden engen Düse verbindet, wobei erst bei eingespurtem Ritzel der
Einspurkolben den ganzen Drucklufteinlaßquerschnitt zu den Rotoren freigibt.
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Nach dem Hauptpatent wird ein Druckluftanlassermotor geschaffen, der
einerseits hinsichtlich seiner Gehäuseabmessungen den herkömmlichen elektrischen
Anlassern entspricht und andererseits nur durch eine einzige Steuerbewegung für
einen daran anschließenden selbsttätigen Ablauf des Anlaßvorganges einschaltbar
und von Hand oder erforderlichenfalls selbsttätig wieder ausschaltbar ist. Insbesondere
wird bei dem den Gegenstand des Hauptpatentes bildenden Druckluftanlassermotor eine
gegenüber den bisher bekannten Bauarten erheblich größere Rückholkraft auf das Ritzel
ausgeübt.
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Der Druckluftanlassermotor nach dem Hauptpatent arbeitet so, daß zunächst
eine kleine Menge Druckluft über die enge Düse den Rotoren zugeführt wird, so daß
sich die Rotoren langsam drehen, wobei der Einspurkolben sich unter der Einwirkung
der einströmenden Druckluft bewegt und das Ritzel in die Eingriffsstellung bewegt.
Wird das Steuerventil wieder in seine Ausgangslage zurückgestellt, so rückt der
Einspurkolben das Ritzel aus seiner Eingriffsstellung aus und stellt die weitere
Druckluftzufuhr zu den Rotoren ab.
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Obwohl an sich vorteilhaft bewährt, sieht das Hauptpatent keine Vorrichtung
vor, um beim Anspringen des Verbrennungsmotors und dem sich dann einstellenden Überholvorgang
Anlasserritzel und Anlassermotor voneinander zu trennen. Dadurch besteht gelegentlich
die Gefahr, daß die sich drehenden Teile des Anlassers infolge der Untersetzung
zwischen Verbrennungsmotorzahnkranz und Anlasserritzel auf ganz erhebliche Drehzahlen
beschleunigt werden, wenn ein rechtzeitiges Ausrücken des Ritzels nicht gewährleistet
ist. In diesem Falle kommt es zu erheblichen mechanischen Belastungen des Anlassermotors,
bzw. in extremen Fällen zur völligen Zerstörung seiner mechanischen Teile.
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An sich sind Überholkupplungen an Anlassermotoren bekannt. Insbesondere
gibt es bereits Lamellenkupplungen, die beim Anlassen über ein Steilgewinde mit
Anpreßmutter zusammengepreßt werden und sich beim Überholen durch Lösen der Anpreßmutter
voneinander trennten, wobei die äußeren Lamellenscheiben mit Erhöhungen in Längsnuten
des Außenkörpers sich dem Verschiebeweg des Ritzels entsprechend axial verschieben
können. Es hat sich aber gezeigt, daß derartige Lamellenkupplungen häufig nicht
zufriedenstellend arbeiten und es daher beim Überholvorgang leicht zu einer Verbrennung
der Lamellen kommen kann.
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Es ist auch nicht neu, an Anlassermotoren als Überholkupplung Freiläufe
einzubauen, deren innerer und äußerer Klemmring im Verhältnis zu dem Klemmkörper
nicht verschoben werden kann, wobei die Axialbewegung des Ritzels mit einer Vielkeilverbindung
vorgenommen wird. Die Vielkeilverbindung kann schraubenlinienförmig ausgebildet
sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand des Hauptpatentes
weiter dadurch zu verbessern, daß eine absolut sichere Trennung zwischen Ritzel
und Anlassermotor beim Anspringen
des Verbrennungsmotors, d h. dem
sich dann abspielenden Überholvorgang gewährleistet ist. Dabei geht die Erfindung
davon aus, daß sich bestimmte Freiläufe so einstellen lassen, daß sie eine Axialverschiebung
des sich drehenden Ritzels beim Einspuren zulassen, ehe die Ritzelwelle mit der
Getriebeabtriebswelle ganz versperrt wird.
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Ihre Aufgäbe löst die Erfindung grundsätzlich dadurch, daß zwischen
dem Getriebeabtrieb und einer das Ritzel tragenden Welle eine Keilkörper-Freilaufkupplung
eingebaut ist, gegen deren bei Drehung der Rotoren durch über die enge Düse einströmende
Druckluft ausgeübte Kupplungskraft die Ritzelwelle axial verschiebbar und damit
das Ritzel einspurbar ist und daß der Einspurkolben einen gegenüber der Axialbewegung
der Ritzelwelle vergrößerten Verschiebeweg zurücklegen kann, dessen Differenz gegenüber
dem Verschiebeweg der Ritzelwelle in einer Leerlaufvorrichtung aufgenommen wird.
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Der erfindungsgemäße Druckluftanlassermotor arbeitet im wesentlichen
wie der Druckluftanlassermotor nach dem Hauptpatent, jedoch wird bei Inbewegungsetzen
der Rotoren über die schon im Hauptpatent vorgesehene enge Düse die Ritzelwelle
mit dem Getriebeabtrieb gekuppelt und die Ritzelwelle im gekuppelten Zustand verschoben,
so daß ein einwandfreies Einspuren des Ritzels möglich ist, und zwar selbst dann,
wenn zunächst Zahn auf Zahn beim Ritzel und beim Zahnkranz der anzudrehenden Brennkraftmaschine
stehen. Erst nach dem Einspuren wird die volle Druckluft auf die Rotoren aufgegeben,
wodurch sich nunmehr die Keilkörper Ganz versperren und keine Axialbewegung der
Ritzelwelle mehr zulassen. Daher kann auch in diesem Betriebszustand das Ritzel
nicht mehr ausgespurt werden. Eine Ausspurung ist vielmehr erst möglich, wenn die
Brennkraftmaschine angesprungen ist und der Überholvorgang einsetzt, wodurch die
Keilkörper-Freilaufkupplung gelockert wird. Damit nun aber eine Unterbrechung des
Anlaßvorgangs möglich ist, wenn die Brennkraftmaschine nicht anspringt, wird durch
den gegenüber der Axialbewegung der Ritzelwelle vergrößerten Weg der Einspurkolben
befähigt, zunächst die Druckluftzufuhr zu den Rotoren abzusperren, ehe das Ausrücken
des Ritzels erfolgt. Dadurch ist es möglich, die Keilkörper-Freilaufkupplung so
zu lockern, daß eine Axialverschiebung der Ritzelwelle möglich ist.
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Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen vor allem darin,
daß der Aus- und Einrückvorgang gegenüber dem Hauptpatent erheblich verbessert ist,
weil es nicht mehr zu den hohen mechanischen Belastungen des Anlassermotors kommen
kann, wenn beim Anspringen der Brennkraftmaschine das Ritzel nicht rechtzeitig ausgerückt
wird. Der neuartige Gedanke der Erfindung, bereits bei versperrter Keilkörper-Freilaufkupplung
die Ritzelwelle axial zu verschieben, hat den Vorteil, daß das Ritzel während des
Einspurvorganges dauernd gedreht wird, so daß das Einspuren durch aufeinanderstehende
Zähne nicht behindert werden kann. Außerdem ergibt sich dadurch eine sehr einfache
Gesamtkonstruktion des Druckluftanlassermotors.
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Bei praktischer Ausführung der Erfindung kann natürlich die Leerlaufvorrichtung
in verschiedener Weise ausgebildet werden. Als besonders praktisch und zweckmäßig
hat sich erwiesen, die Leerlaufvorrichtung aus einer an den Hebel angeschlossenen
Hülse mit einem in den Zylinder des Einspurkolbens ragenden Bund und einem in die
Hülse eingeführten, am Einspurkolben angebrachten Bolzen aufzubauen, der mit dieser
z. B. über einen an der Hülse festen Stift, der in einem Langloch des Bolzens gleitet,
verbunden ist. Diese Ausbildung der Leerlaufvorrichtung hat zur Folge, daß nach
Einsetzen der Bewegung des Einspurkolbens Bolzen und Hülse durch die Differenzkraft
der Druckluft, die auf den Hülsenbund wirkt, auseinandergedrückt werden, so daß
der Kolben absolut sicher zunächst die Druckluftzufuhr zu den Rotoren des Anlassermotors
absperren kann, ehe das Ausspuren des Ritzels erfolgt.
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Eine weitere Verbesserung läßt sich bei praktischer Ausführung der
Erfindung noch dadurch vornehmen, daß man für den Fall, daß doch, d. h. trotz der
sich langsam drehenden Rotoren beim Einspurvorgang ein Auftreffen der Zähne des
Ritzels und der Brennkraftmaschine eintritt, die sich dann ergebende axiale Reaktionskraft
auf die Ritzelwelle nachgiebig aufgenommen wird. Das wird in weiterer Ausbildung
der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Aufnahme axialer Belastungen der Ritzelwelle
beim Einspuren zwei eine Stahlkugel umschließende Druckstücke zwischen das rotorseitige
Ende der Ritzelwelle und das Hebelgetriebe eingebaut sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Diese zeigt im Längsschnitt
einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Druckluftanlassermotor, der Rotoren 19 aufweist,
welche über ein in seinen Einzelheiten nicht dargestelltes Getriebe auf ein Ritzel7
wirken. Da Getriebe weist eine Abtriebswelle 40 auf, welche im Getriebegehäuse 21
in festen Lagern 41, 42 gelagert ist.
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Ein gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel pneumatisch zu betätigender
Steuerschieber 3 verbindet in seiner Offenstellung einen Drucklufteinlaß
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mit einem Zylinderraum eines mit dem Ritzel 7 über einen Hebel 6 verbundenen
Einspurkolbens 5 und mit einer zu den Rotoren 2 des Motors führenden engen Düse
20. Erst bei voll eingespurtem Ritzel wird -wie später beschrieben wird - der ganze
Drucklufteinlaßquerschnitt freigegeben.
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Zwischen dem Getriebeabtrieb 40 und einer das Ritzel tragenden
Welle 14 ist eine Keilkörper-Freilaufkupplung 24 eingebaut, deren Keilkörper,
da sie an sich bekannt sind, nicht näher beschrieben zu werden brauchen. Bei Drehung
der Rotoren 2 durch über die enge Düse 20 einströmende Druckluft wird von den Keilkörpern
24 eine Kupplungskraft auf die Ritzelwelle 14 ausgeübt, so daß sich die Ritzelwelle
14 mit dem Getriebeabtrieb 40 dreht. Die Keilkörper sind so eingestellt, daß die
dann von ihnen ausgeübte Kupplungskraft nur so groß ist, daß sich die Ritzelwelle
einspuren läßt.
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Wie noch näher beschrieben werden wird, besitzt der Einspurkolben
5 einen gegenüber der Axialbewegung der Ritzelwelle 14 vergrößerten Weg, dessen
Differenz gegenüber dem Ritzelweg in einer Leerlaufvorrichtung aufgenommen wird.
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Nachfolgend wird zunächst der Startvorgang beschrieben.
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Im Normalzustand wird der Druckluft über eine Ventilplatte 1 der Zugang
zum Anlasser verschlossen. Über einen Kanal 2, der mit einem Zuluftraum in
Verbindung
steht, gelangt Druckluft durch den Steuerschieber 3 und von da aus durch einen Kanal
4 auf die Ausschiebeseite des Einspurkolbens 5, der in dieser Stellung über einen
Hebel 6 das Ritzel 7 in der ausgespurten Stellung hält. Weiterhin wird durch den
Kanal 2 zur anderen Seite hin ein Belüftungsventil 8 mit Druckluft beaufschlagt.
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Durch Betätigen eines Ventils 9 wird die Leitung vom mit Druck belasteten
Raum 10 zum Ventil 9 mit der Leitung 11 verbunden, die das Ventil 9 mit der Kolbenseite
des Steuerschiebers 3 verbindet. Der Steuerschieber 3 verschiebt sich bis zum Anschlag
gegen den Druck einer Feder 12 nach links, so daß die Ausschiebeseite des Einspurkolbens
5 durch die Entlüftungsbohrung 13 entlüften kann und die Gegenseite durch die Bohrung
27 beaufschlagt wird. Der Einspurkolben verschiebt sich und mit ihm über das Gleitstück
18 und den Hebel 6 die Spindel 14 und das Ritzel 7 in den Zahnkranz 15 der
Brennkraftmaschine, was gegen die Kraft der bereits gekuppelten Keilkörper erfolgt.
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Dadurch wird ein sicheres Einspuren des Anlasserritzels erreicht,
da während des Verschiebeweges die Rotoren 19 des Motors über die enge Düse
20 mit Druckluft beaufschlagt werden und dadurch das Ritzel 7 in langsame
Umdrehung versetzen.
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Axial auftretende Belastungen, wie sie z. B. bei Stellung Zahn auf
Zahn von Ritzel und Zahnkranz 15 auftreten können, werden durch zwei Druckstücke
16, die eine Stahlkugel 17 umschließen, aufgefangen.
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Wie bereits erwähnt, verschiebt sich die Ritzelwelle beim Einspurvorgang
durch die fest im Getriebegehäuse 21 eingebauten Lager 22 und 23 und durch die Keilkörper-Freilaufkupplung.
Dabei bildet die Ritzelwelle die innere Lauffläche der Lager und die innere Klemmfläche
für die Keilkörper. Der dadurch geschaffene Freilauf ist wähend des Verschiebeweges
durch die sich langsam drehende Spindel einer geringen radialen Belastung ausgesetzt.
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Am Ende des Verschiebeweges betätigt ein mit dem Einspurkolben 5 verbundener
Stößel das Belüftungsventil B. Dadurch wird der Druckluft durch den Kanal 25 der
Weg zum Kolben 26 des Hauptventils freigegeben, das den Ventilteller 1 besitzt,
wodurch der Kolben den Ventilteller aufdrückt. Der Anlasser kommt auf Nenndrehzahl
und dreht die Brennkraftmaschine an. Dabei wird der durch die Keilkörper gebildete
Freilauf kraftschlüssig und kann durch die Kraft des Kolbens 5 nicht mehr axial
verschoben werden.
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Um den Startvorgang beenden zu können, ist es notwendig, entweder
zu warten, bis der Zahnkranz 15 das Ritzel 7 überholt und so den durch die Keilkörper
gebildeten Freilauf löst, oder zu jedem beliebigen Zeitpunkt des Startvorganges
das Hauptventil 1 zu schließen. Die letztgenannte Möglichkeit ist beispielsweise
für den Fall erforderlich, daß die Brennkraftmaschine nicht anspringt und wird wie
folgt durchgeführt: Der Einspurkolben 5 legt einen gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel
um etwa 5 mm längeren Weg zurück als es der Axialverschiebung des Ritzels 7 bzw.
der Ritzelwelle 14 entspricht. Dabei verschiebt sich beim Ausspuren zunächst ein
starr mit dem Einspurkolben 5 verbundener Bolzen 28 bis zu einer Sperre, die gemäß
dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Längsnut 43 im Bolzen 28 und einen
Stift 44 in einer Hülse 29 gebildet wird, wobei die Hülse 29 mit dem Hebel 6 verbunden
ist. Die beschriebenen Teile bilden offensichtlich eine Leerlaufvorrichtung.
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Sobald sich der Bolzen 28 und die Hülse 29 aus ihrer in der Zeichnung
dargestellten Stellung voneinander entfernt haben, werden Bolzen und Hülse durch
die Differenzkraft der Druckluft, welche den Hülsenbund 45 beaufschlagt, auseinandergedrückt.
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Soll nun der Startvorgang beendet werden, so müß das Ventil 9 in Nullstellung
gebracht werden, worauf die Leitung 11 entlüften kann, und der Steuerschieber 3
wird durch die Kraft der Feder 12 in seine Ausgangsstellung zurückgeschoben. Dadurch
kann die während des Anlassens beaufschlagt Seite des Einspurkolbens 5 durch den
Kanal 27 entlüften, die Gegenseite wird beaufschlagt und der Einspurkolben verschiebt
sich zunächst, bis die Anschlagseite des Bolzens 28 auf den Hülsenbund 45 der Hülse
29 trifft. Durch diesen Verschiebeweg kann sich das Belüftungsventil 8 schließen,
das Hauptventil 1 schließt sich bedingt durch Federkraft, wodurch die Kraftschlüssigkeit
zwischen dem durch die Keilkörper gebildeten Freilauf 24 und der Ritzelwelle 14
behoben ist. Von diesem Zeitpunkt an beginnt der Einspurkolben 5 das Ritzel auszuspuren,
bis nach Beendigung des Ausspurweges der Ausgangszustand wieder erreicht ist.