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Kupplung für elektrische Anlaßvorrichtungen von Kraftwagen. Man hat
bereits vorgeschlagen, mit einem Kraftwagenmotor eine elektrische Maschine zu kuppeln,
die entweder als Anlaßmotor zum Anwerfen des Kraftwagenmotors oder als Dynamomaschine
zum Aufladen einer Akkumulatorenbatterie, zur Speisung von Lampen oder anderer Apparate
dienen kann.
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Wenn die elektrische Maschine als Anlaßmotor arbeitet, so geschieht
dies mittels einer Übersetzung gegenüber dem Explosionsmotor; die elektrische Maschine
kann mit einem verhältnismäßig schwachen Drehmoment und einer großen. Geschwindigkeit
einen EXplosionsmotor mit einem verhältnismäßig großen entgegenwirkenden Drehmoment
mitnehmen, indem sie ihm eine genügende Geschwindig-, keit erteilt, um das Anlaufen
zu erreichen.
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Sobald der Explosionsmotor angeworfen ist, muß die Übersetzung selbsttätig
aufgehoben und die elektrische Maschine, die alsdann als Dynamomaschine arbeitet,
unmittelbar mit der Geschwindigkeit des Explosionsmotors mitgenommen werden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung, mit deren
Hilfe man die oben angegebenen Zwecke erreichen kann, und die eine Planetenräderscheibe
besitzt, die mit der Welle des Explosionsmotors fest verbunden ist, während die
. Planetenräder mit einem Zahnrad in Eingriff stehen, welches auf der Welle der
elektrischen Maschine befestigt ist.
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Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch ein Zahnrad, welches auf
eine Büchse aufgeschraubt ist, die lose auf der Welle jedes Planetenrades sitzt.
Dieses Zahnrad verschiebt sich in dem einen oder anderen Sinne auf dieser Büchse
je nach der Richtung der Kräfte, die auf das Rad einwirken, so daß. es zum Zwecke
des Anlassens mit einem festen Zahnkranz zum Eingriff kommt und auf diesem Zahnkranz
abrollt, wodurch eine geeignete Übersetzung zwischen der Welle des Verbrennungsmotors
und der Welle der elektrischen Maschine erreicht wird, während für den Betrieb der
elektrischen Maschine als Dynamomaschine dieses Zahnrad außer Eingriff mit dem Zahnkranz
kommt und auch gestattet, daß die Welle des Verbrennungsmotors mit der Welle der
elektrischen Maschine unmittelbar gekuppelt wird.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf andere, weiter unten beschriebene
Merkmale und auf deren verschiedene Kombinationen.
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Zwei Kupplungen gemäß der Erfindung sind beispielsweise auf den beiliegenden
Zeichnungen dargestellt.
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Abb. i ist ein achsialer Längsschnitt durch eine Kupplung gemäß der
Erfindung.
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Abb. z, .3 und ¢ sind drei halbe Quer, schnitte durch die Kupplung
nach den Linien A-A, B-B bzw. C-C in Abb. i.
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Abb. 5 ist ein teilweiser Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform
der Kupplung.
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i ist die Welle der elektrischen Maschine, die als Dynamo und als
Anlaßmotor arbeiten kann. a ist die Antriebswelle des Systems, welches unmittelbar
mit der Welle des Explosionsmotors durch die Muffe 3 verbunden ist.
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Die Welle i trägt eine Verzahnung ¢, die mit einem oder mehreren Planetenrädern
5 zusammenwirken kann.
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Jedes dieser Planetenräder 5 ist auf eine hohle Schraube 6 aufgekeilt,
deren Gewinde
starke Steigung besitzt und ein- oder mehrgängig ausgebildet
ist.
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Die Schraube 6 kann sich frei auf einer Achse ; drehen, die mit dem
einen Ende in eine mit der Antriebswelle 2 fest verbundene Scheibe 2 i und mit dem
anderen Ende in einen Ring 8 eingesetzt ist, der konzentrisch die Welle i umgibt.
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Auf der Schraube 6 mit starker Steigung kann sich frei ein Zahnrad
9 verschieben, welches zu diesem Zweck mit Muttergewinde versehen ist. Dieses Zahnrad
9 kann bei seiner Verschiebung mit einem Ring io mit Innenverzahnung zum Eingriff
kommen, welcher fest mit dem Gehäuse i i der Kupplung verbunden ist.
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Eine Schraubenfeder 22 ist in einer Ausnehmung der Schraube 6 angeordnet
und. drückt die Teile 5 und 6 gemeinsam gegen den Ring B. Ein hinreichendes Spiel
ist zwischen der aus dem Zahnrad 5 der Schraube 6 und der Platte 2 i bestehenden
Gesamtanordnung vorgesehen.
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Diese verschiedenen Teile gestatten, die Bewegung der elektrischen
Maschine auf den Explosionsmotor mit Übersetzung zu übertragen, wie dies weiter
unten näher ausgeführt werden soll.
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Um den Lauf ohne Übersetzung zu erreichen, ist eine Vorrichtung vorgesehen,
die man als »Freilaufrad« bezeichnet.
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Diese Vorrichtung ist hier in besonderer Art ausgebildet insofern,
als sie ein Gleiten des einen der beiden Teile des eingekuppelten Freilaufrades
gestattet, wenn die ihr zugemutete Belastung eine gewisse Größe übersteigt.
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Zu diesem Zweck ist eine Trommel 12 auf die Welle i aufgekeilt; die
Trommel kann in der Längsrichtung auf der Welle gleiten.
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Der Mantel der Trommel ist auf der Innenseite bearbeitet, so daß ein
Stahlring 13 unter Zwischenschaltung eines Bandes i q. aus einem Stoff mit
hohen Reibungskoeffizienten unter Druck eingepreßt werden kann.
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Der Ring 13 ist konzentrisch zu dem Ring 8, der mit der Welle 2 unter
Vermittlung der Achsen 7 verbunden ist.
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Der Ring 13 ist konzentrisch zu dem Ring 8, kannter Weise Einschnitte
15 mit geneigtem Boden, in welche Rollen 16 aus gehärtetem Stahl eingesetzt sind,
die in gewünschter Richtung durch Blattfedern 17 belastet werden.
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Die Neigung der Einschnitte ist derart, daß für eine Drehung des Ringes
8 gegen, über der Trommel 12 im Sinne des Pfeiles F die Rollen 16 sich zwischen
dem Ring $ und dem Ring 13 festklemmen, so daß der Ring 8 den Stahlring 13 und auch
die Trommel 12 infolge der Reibung des Bandes i ¢ zwischen den Teilen 12 und 13
mitnimmt. Bei einer dem Pfeil F entgegengesetzten Drehrichtung werden die Rollen
16 gelöst, und es erfolgt keine Mitnahme der Trommel 12 durch den Ring B.
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Die Wirkungsweise der Kupplung ist folgende: a) Die als Anlaßmotor
arbeitende elektrische Maschine muß die Welle des Explosionsmotors mit Übersetzung
mitnehmen.
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Es ist angenommen, daß die Kupplung sich in Ruhe in der durch die
Zeichnung veranschaulichten Stellung befindet und daß der Drehsinn der Anlaßdynamo
dem Pfeil F entspricht (Abb. i).
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Wenn man Strom in die elektrische Maschine leitet, so läuft diese
in Richtung des Pfeiles F um.
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Es ist zunächst zu bemerken, daß die Trommel 12 des Freilaufrades
durch die Welle i mitgenommen wird, aber daß die Neigung der Einschnitte 15 des
Ringes 8 derart ist, daß in diesem Fall die Rollen 16 sich lösen und daß
keine Mitnahme des Ringes 8 durch die Trommel 12 erfolgt.
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Anderseits nimmt die Welle i bei ihrer Drehung das Zahnrad 5 und die
Schraube 6 mit, die miteinander fest verbunden sind und sich gemeinsam frei - auf
der Achse 7 drehen.
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Die Beschleunigung erfolgt sehr rasch, da kein widerstehendes Drehmoment
auf den Elektromotor einwirkt.
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Das Zahnrad 9 wird infolge seiner Trägheit nicht sogleich in Umdrehung
versetzt, und es verschiebt sich auf der Schraube 6.
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Die Richtung des Gewindes der Schraube 6 ist so gewählt, daß diese
Verschiebung des Zahnrades 9 nach dem feststehenden Zahnkranz io hin erfolgt.
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Die Zähne des Rades 9 greifen in die Zähne des Kranzes io ein, und
die Verschiebung des Zahnrades 9 wird fortgesetzt, bis es gegen das Zahnrad 5 stößt.
In diesem Augenblick läuft das Zahnrad 9 mit dem Zahnrad 5 um. Es muß also auf dem
Zahnkranz i o abrollen.
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Gleichzeitig überträgt es die Schubkraft, die ihm infolge der Neigung
der Gewinde-, gänge der Schraube 6 erteilt wird, auf das Zahnrad 5, welches sich
auf der Achse 7 verschiebt und hierbei die Feder 22 zusammendrückt.
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Sobald diese Feder 22 vollständig zusammengedrückt ist, überträgt
das Zahnrad 9 die ganze Anlaßenergie, und es nimmt infolgedessen die Achse 7, also
auch die Welle 2, in derselben Drehrichtung mit wie die Welle i, aber mit einer
verminderten Geschwindigkeit, wobei die Größe der Übersetzung eine Funktion der
Anzahl der Zähne der Verzahnung 4 der Welle i, der Planetenräder 9 und 5 und des
festen Zahnkranzes i o ist.
Die Wirkung der Feder 22 beseitigt jeden
Stoß bei der Übertragung.
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Es ist zu bemerken, daß während des Anlassens der mit der Welle 2
fest verbundene Ring 8 mit geringerer Geschwindigkeit umläuft als die Trommel 12,
und daß das Freilaufrad nicht zur Wirkung kommt.
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b) Wenn der Explosionsmotor angesprungen ist, so befindet sich die
Kupplung in einer Stellung, bei welcher das Zahnrad 9 mit dem Zahnkranz i o in Eingriff
steht, weil die elektrische Maschine soeben noch als Antriebsmotor gearbeitet hat.
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Die Welle 2 und infolgedessen die Teile 7 und 8 werden plötzlich mit
großer Geschwindigkeit durch den Explosionsmotor mitgenommen, wobei die Drehrichtung
immer dem Pfeil F entspricht.
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Der Ring 8 nimmt also eine größere Geschwindigkeit an als die Trommel
12, und das Freilaufrad kommt zur Wirkung; die durch die Federn 17 belasteten Rollen
16 klemmen sich zwischen den Boden der Einschnitte 15 und den Ring 13, der mit Hilfe
des Reinigungsbandes 1 4. in der Trommel 12 festgehalten wird.
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Die Reibwirkung des Bandes 14 zwischen den Teilen 12 und 13 ist derart
bemessen, däß die Adhäsion der drei Teile untereinander vollkommen ausreicht, um
die Kraft auf den Anker zu übertragen, wenn die elektrische Maschine als Dynamomaschine
arbeitet, daß aber der Ring 13 gegenüber der Trommel 12 gleiten kann, wenn die Kraft
einen bestimmten Wert übersteigt.
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Diese Trommel 12, die auf die Welle i aufgekeilt ist, wird bei eingekuppeltem
Freilaufrad unmittelbar mit der Geschwindigkeit der Welle 2 mitgenommen. Man erreicht
auf diese Weise, daß die als Dynamo arbeitende elektrische Maschine mit der Geschwindigkeit
des Explosionsmotors umläuft.
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Sobald das Freilaufrad zur Wirkung kommt, wird das Zahnrad 9 aus dem
Zahnkranz i o herausgeschoben. Die Welle i und die Achse 7 drehen sich um die Achse
der Maschine mit derselben Geschwindigkeit, da sie durch das Freilaufrad verbunden
sind, welches in diesem Augenblick eingekuppelt ist. Es findet also keine Kraftübertragung
von der Verzahnung ¢ auf das Zahnrad 5 statt, und das mit der Schraube 6 fest verbundene
Zahnrad 5 dreht sich nicht mehr um seine Achse 7.
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Wenn das Zahnrad 9 noch in Eingriff mit dem Rad io ist, so versucht
es, sich um die Achse 7 infolge der mitnehmenden Kraft um die Hauptachse weiterzudrehen,
wobei diese Kraft genau durch die Achse 7 gegeben ist.
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Der Druck auf die Zähne des Zahnrades 9 ist also umgekehrt zu demjenigen,
der bei dem Anlassen auftritt. Da das Zahnrad 9 sich um die Achse 7 nicht drehen
kann, weil die gesperrte Schraube 6 es daran hindert, so verschiebt es sich auf
der Schraube 6, bis es mit dem Zahnkranz io außer Eingriff kommt, und es bleibt
alsdann in Ruhe.
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c) Beim Anhalten des Explosionsmotors oder bei einem Anlaßversuch
kann ein Zurückschlagen des Motors eintreten, d. h. der Motor kann mit mehr oder
minder großer Heftigkeit sich entgegengesetzt zu der gewöhnlichen Richtung drehen.
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Man sieht, daß in diesem Fall die auf das Zahnrad 9 wirkenden Kräfte
dieselbe Richtung haben wie bei einem gewöhnlichen Anlassen, und daß dieses Zahnrad
infolgedessen bestrebt ist, mit dem Zahnkranz io in Eingriff zu kommen und infolgedessen
den Anker der elektrischen Maschine mit einer Geschwindigkeit anzutreiben, die ein
Vielfaches der Geschwindigkeit des Explosionsmotors ist, und zwar in der Drehrichtung,
die der Motor in diesem Augenblick hat, d. h. umgekehrt zu der gewöhnlichen Richtung.
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Da also der Drehsinn umgekehrt ist, und die Trommel 12 versucht, sich
rascher zu drehen als der Ring 8, so kommt das Freilaufrad zur Wirkung, und es könnte
eine voll, ständige Sperrung des Systems eintreten.
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Da die auftretenden Kräfte groß sind, so kommt das Friktionssystem
zur Wirkung, indem der von den Rollen 16 mit-enommene Ring 13 gegenüber der Trommel
12 infolge der Zwischenlage des Friktionsbandes 14 gleitet. Es entsteht also keinerlei
Beschädigung für die Gesamtanordnung der Kupplung, insbesondere auch deshalb, weil
diese »Rückschläge« nur gelegentlich auftreten und höchstens einige Motorumdrehungen
betragen.
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d) Um das Anwerfen des Explosionsmotors mit der Handkurbel zu ermöglichen,
wenn beispielsweise die Akkumulatorenbatterie schadhaft geworden ist, wird die elektrische
Anlaßmaschine derart vorgesehen, daß die Welle sich in der Längsrichtung verschieben
kann; um zwei Zahngruppen 18 und i9 miteinander zum Eingriff zu bringen. Eine am
Ende angeordnete Feder 2o führt schließlich die Ankerwelle i in ihre gewöhnliche
Stellung zurück.
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Es ist verständlich, daß die beschriebene Kupplung entweder auf dem
Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet sein oder mit dieser Maschine ein gemeinsames
Ganzes bilden kann; die Kupplung kann aber auch getrennt für sich ausgebildet und
an die Welle einer beliebigen elektrischen Anlaßmaschine angeschlossen werden.
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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann zahlreiche Änderungen
erfahren, auf die sich die Erfindung ebenfalls erstreckt. Beispielsweise
zeigt
Abb. 5 eine Vorrichtung, welche derjenigen gemäß Abb. i bis 4 sehr ,ähnlich ist.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß eine elastische
Scheibe 25 zwischen das Planetenrad 5 und das verschiebbare Zahnrad eingeschaltet
ist.
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In dem Augenblick des Anlassers drückt das gleitende Zahnrad 9, indem
es sich von rechts nach links auf der Gewindebüchse 6 verschiebt, allmählich die
elastische Scheibe 25 gegen das Planetenrad 5. Man vermeidet jeden Stoß zwischen
diesen beiden Teilen,, und man sichert ein allmähliches Einkuppeln zwischen dem
Zahnrad 9 und dem Planetenrad 5. Das Anlaufen der Planetenradscheibe 21, die mit
dem Explosionsmotor verbunden ist, erfolgt also stoßfrei. Die Wirkung der elastischen
Scheibe 25 vereinigt sich übrigens mit derjenigen der Schraubenfeder 22.