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Elektrische Anlage für Kraftfahrzeuge mit einer als Anlaßmotor und
als Stromerzeuger dienenden elektrischen Maschine Automobile und andere, vornehmlich
der Beförderung von Personen dienende Kraftfahrzeuge sind gewöhnlich mit einer elektrischen
Anlage zur Beleuchtung des Fahrzeuges und zum Anwerfen des Verbrennungsmotors ausgerüstet.
In der Regel enthält die Anlage zwei elektrische Maschinen, einen Stromerzeuger
zum Laden eines Sammlers, aus dem die Beleuchtungsanlage gespeist wird, und einen
Anlaßmotor, der den Anlaßstrom aus demselben Sammler entnimmt. Es ist auch schon
vorgeschlagen worden, eine elektrische Maschine für das Anlassen als Motor und zu
anderer Zeit, im besonderen während der Fahrt, als Generator zu verwenden.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine elektrische Anlage für
Kraftfahrzeuge mit einer als Motor und als Generator benutzten Maschine.
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Die Erfindung setzt zwei Kupplungen zwischen der elektrischen Maschine
und dem Verbrennungsmotor voraus, nämlich: I. eine aus Zahnrädern, einem Kettentrieb
o. dgl. oder aus einer Verbindung von verschiedenen derartigen Getrieben bestehende
Kupplung, die beim Generatorbetrieb der elektrischen Maschine arbeitet und hier
darum kurz Generatorkupplung genannt wird; eine nur während des Anlassens wirksame
Kupplung, hier Motorkupplung genannt, von der bekannten Art, die als Hauptbestandteile
ein mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekuppeltes Zahnrad -gewöhnlich das
mit Zahnkranz versehene Schwungrad - und ein mit der Ankerwelle der elektrischen
Maschine durch ein Schraubenpaar verbundenes Ritzel aufweist und durch das Schlüpfen
des einen Gliedes dieses Schraubenpaares gegen das andere das Ritzel durch axiale
Verschiebung mit dem Zahnrad des Verbrennungsmotors in Eingriff und außer Eingriff
bringt.
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Eine weitere Voraussetzung ist ein Freilauf im Zug der Generatorkupplung,
der ein Laufen der elektrischen Maschine auch bei Stillstand des Verbrennungsmotors,
wie es für das Anlassen erforderlich ist, ermöglicht.
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Dauernde Betriebssicherheit einer solchen Anlage ist schwer zu erreichen,
vor allem wegen des Verschleißes an Stromwender und Bürsten der elektrischen Maschine,
der darauf zurückzuführen ist, daß die Bürsten, die den starken Anlaßstrom führen,
mit hohem Druck auf dem Stromwender ruhen müssen.
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Diese Störungsquelle soll erfindungsgemäß durch die Anordnung eines
Elektromagneten beseitigt werden, der, vom Anlaßstrom öder
einem
Teil dieses Stromes erregt, die den Anlaßstrom führenden Bürsten während des Anlassens
stärker andrückt. Dieser Elektromagnet kann erfindungsgemäß auch dazu verwendet
werden, eine zwischen den Anker der elektrischen Maschine und die Motorkupplung
eingeschaltete Kupplung, die für gewöhnlich ausgerückt ist, nur während des Anlassens
einzurücken.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung durch Ausführungsbeispiele ist
auf der Zeichnung dargestellt in Abb. I ein schematischer Grundriß, der zwei verschiedene
Anordnungen der elektrischen Anlage in Verbindung mit dem Explosionsmotor veranschaulicht,
im oberen Teil eine Anlage, deren elektrische Maschine mit der Motorkupplung unmittelbar
zusammengebaut ist, im unteren Teil eine Anlage, deren Motorkupplung mit der elektrischen
Maschine durch eine lange Welle verbunden ist, in Abb. 2 der Längsschnitt einer
elektrischen Maschine mit einer unmittelbar angebauten Motorkupplung bekannter Art
und einem zwischen dieser Kupplung und dem Anker angeordneten Elektromagneten zur
Verstärkung des Anlasserbürstendruckes, in Abb. 3 eine Einzelheit der Motorkupplung
dieser Maschine, in Abb. 4 ein Querschnitt nach der Ebene A-B der Maschine von Abb.
2, in Abb. 5 im Längsschnitt eine andere Form des zur Erhöhung des Anlasserbürstendrucks
dienenden Elektromagneten und eine von ihm überwachte Kupplung zwischen der Ankerwelle
der elektrischen Maschine und der Antriebswelle der (nicht gezeichneten) Motorkupplung,
in Abb. 6 eine Seitenansicht des Bürstenapparates der Vorrichtung von Abb. 5.
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In Abb. I ist I der Explosionsmotor, 2 sein mit Zahnkranz versehenes
Schwungrad, 3 ein zweites Zahnrad auf der Kurbelwelle, das mittels der Zahnräder
4 und 5 die Ventilsteuerwellen 6 und 7 antreibt.
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Bei der Anlage im oberen Teil der Abbildung wird die elektrische Maschine
8, die das Ritzel 9 der Motorkupplung dicht bei sich hat, von der Steuerwelle 7
über einen Kettentrieb mit den Rädern Io und II und der Kette I2 und eine Welle
I3 angetrieben. Zwischen diese Welle und die Ankerwelle der Maschine ist der Freilauf
I4 eingeschaltet. Bei der Anlage im unteren Teil der Abbildung wird die elektrische
Maschine 8 von der Steuerwelle 6 durch einen Kettentrieb mit clen Rädern 15 und
16 und der Kette T 7 angetrieben. Zwischen das Kettenrad 16 und die Ankerwelle der
Maschine ist der Freilauf 14. eingeschaltet. Die Motorkupplung i8 mit dem Ritzel9
ist von der elektrischen Maschine 8 abgerückt und mit ihr durch die lange Welle
i9 verbunden. Die Drehrichtungen der Räder sind durch Pfeile angedeutet.
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Die in Abb.2 dargestellte elektrische Maschine hat zwei Ankerwicklungen
und zwei Stromsender. Mit der Wicklung 2o und dem Stromsender 21 arbeitet die Maschine
als Generator. Die Wicklung 22 mit dem Stromwender 23 find Bürsten 2d. wird zum
Anlassen benutzt. 25 ist ein amMaschinengehäuse befestigter Elektromagnet, dessen
Erregerwicklung 26 im Stromkreis der Anlaßwicklung 22 liegt. Er hat zwei Anker 27
(Abb. 5), die mit Armen 28 durch Vermittlung der federbelasteten Bürstendruckhebe129
auf die Bürsten 24. so einwirken, daß der Bürstendruck bei Erregung des Magneten
25, also während des Anlassens, erhöht wird.
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Die Motorkupplung dieser Maschine soll, obwohl sie keinen 'Teil der
Erfindung bildet, doch zur völligen Erklärung der Abb. 2 beschrieben werden. In
das hohle Wellenende 30 ist die Mutter 31 fest eingesetzt. In dieser Mutter
ruht die Schraubenspindel 32. Sie enthält in einer Bohrung den hohlen Schaft
33 des Ritzels 9. An ihrem inneren Ende 34 ist ein Ende der Rückholfeder 35 befestigt,
deren zweites Ende bei 36 am rechten Ende der Ankerwelle festgehalten wird. Die
Spin-_del32 ist am äußeren Ende schalenartig erweitert. An den Flansch 37 der Schale
ist der tellerförmige Blechkörper 38 angeschraubt. Er hat in der Mitte eine stenförmige
üffnung 39 (Abb. 3), die auf die Zahnung des Ritzels 9 paßt. Das Ritzel kann unter
Spannung der Feder 4o, die in seinem hohlen Schaft untergebracht ist und sich auf
den Boden der Bohrung der Spindel 32 stützt, ein Stück weit gegen die Spindel verschoben
werden, wobei es mit seiner inneren Stirnseite in die Höhlung der schalenförmigen
Erweiterung der Spindel eintritt und durch den Eingriff seiner Zähne in die sternförmige
üffnung 39 gehindert ist, sich gegen die Spindel zu drehen. Die Auswärtsbewegung
des Ritzels unter dem Einfluß der Feder 40 ist durch eine mit dem Ritzel fest verbundene
Scheibe41 begrenzt, die sich an die Zähne der öffnung 39 des Tellers 38 anlegt,
wie aus Abb. 2 ersichtlich ist. In die Spindel 32 ist ein mehrteiliger Ring 4.2
eingesetzt, der im Zusammenwirken mit der Mutter 3-1 und der Schulter ,43 der Ankerwelle
die axiale Verschiebung der Spindel gegen die Mutter 31 begrenzt.
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Das Gesperre, das bei Beginn des Einrückens die Drehung des Ritzels
verhindert oder auf einen bestimmten Betrag begrenzt, ist auf der Zeichnung angedeutet
durch die am Gerüst der Vorrichtung festen Anschläge 44 und den Finger 45, der am
Teller 37 beweglich
gelagert ist, bei Stillstand der Vorrichtung
in den Bereich der Anschläge 44 ragt und bei Umlauf des Ritzels durch ein Fliehgewicht
46 außer dem Bereich der Anschläge e 44 gehalten wird.
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Bei der Anordnung nach Abb. 5 und 6 ist der Kern 25 des Elektromagneten,
der zur zeitweiligen Erhöhung des Anlasserbürstendruckes dient, als Ring mit U-Profil
ausgeführt und auf ein Lager der Maschine geschoben. Die Erregerwicklung 26 ist
in der Höhlung des Ringes untergebracht. Die Anker 27 sind in Scharnieren 5o an
dem Ring 25 gelagert. Sie tragen Arme 5I mit Stellschrauben, die auf die federnden
Bürstendruckliebel 29 einwirken.
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Als eine nur während des Anlassers wirksame Kupplung zwischen der
Motorkupplung und der elektrischen Maschine ist in Abb. 5 ein Planetengetriebe bekannter
Art angenommen. Auf die Maschinenwelle 52 ist außerhalb des Lagers, das den Ringelektromagneten
25 trägt, ein Zahnrad 53 aufgekeilt. Auf eine in der Verlängerung der Welle 52 liegende
Welle 54 ist eine Scheibe 55 aufgekeilt. Sie trägt auf zwei Zapfen 56, die noch
durch eine Scheibe 57 abgestützt sind, die losen Zahnräder 58. Diese Zahnräder kämmen
mit dem Zahnrad 53 und einem Zahnkranz 59 an der Innenseite eines Ringes 6o, der
von den beiden Scheiben 6I und 62, mit denen er fest vernietet ist, getragen wird.
Die Scheibe 6I ruht lose auf der Nabe der Scheibe 55, die Scheibe 62 lose auf der
Welle 52. Diese Scheibe hat in der Nähe der Bohrung, durch welche die Welle 52 hindurchtritt,
mehrere zahnlückenartige Aussparungen 63. In ihrem Bereich liegen die mit Klauen
64 ausgestatteten Enden der Arme 65, die mit den Ankern 27 des Elektromagneten fest
verbunden sind. Die Abmessungen sind so gewählt, daß die Klauen 64 in die Aussparungen
63 der Scheibe 62 eintreten können, wenn der Elektromagnet erregt wird. An die Welle
54 wird die Motorkupplung angeschlossen, beispielsweise so, wie in Abb. I unten
die Motorkupplung I8 durch die hohle Welle I9 an die Maschine 8 angeschlossen ist.
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Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise: Solange die Wicklung
26 des Elektromagneten stromlos ist, befinden sich die Anker 27 und darum auch die
Klauen 64 (in der gezeichneten Stellung) außer Eingriff mit der Scheibe 62. Dabei
ist die Kupplung gelöst. Wenn die Welle 52 umläuft, werden von dem Zahnrad 53 durch
Vermittlung der losen Räder 58 der Zahnkranz 59 und die damit verbundenen Teile
6o, 6I, 62 im entgegengesetzten Sinn herausgedreht. Auf die Welle 54 wird dabei
nur ein ganz geringes Drehmoment übertragen, das nicht imstande ist, die entgegenstehenden,
hauptsächlich von der Rückholfeder und dem Gesperre der Motorkupplung herrührenden
Widerstände zu überwinden. In diesem Zustand befindet sich die Vorrichtung beim
Stillstand und beim Generatorbetrieb der elektrischen Maschine. Wenn aber die Maschine
durch Einschalten des Anlaßstromesangelassen wird, so werden durch den Elektromagneten
25, 26 die Klauen 64 gegen die Scheibe 62 hin bewegt. Treffen sie dabei sogleich
auf die Aussparungen 63, so wird die Scheibe 62 und somit der Zahnkranz 59 von Anfang
an festgehalten. Treffen sie zuerst auf Zähne zwischen den Aussparungen 63, so führt
die Scheibe 62 eine kleine Drehung aus, bis die Klauen in die nächsten Aussparungen
eintreten können, wodurch die Scheibe mit dem Zahnkranz 59 wiederum zum Stillstand
kommt. Wenn der Zahnkranz 59 so festgehalten ist, so müssen sich die von dem Zahnrad
53 gedrehten Räder 58 auf ihm abrollen, und dabei wird die Scheibe 55 und die Welle
54 mitgenommen. Das Planetengetriebe bewirkt dabei zugleich eine Erniedrigung der
Drehgeschwindigkeit und Erhöhung des Drehmomentes der Welle 54 gegenüber den entsprechenden
Größen der Welle 52.
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Durch die an sich bekannte Trennung der Motorkupplung I8 von der elektrischen
Maschine 8 (Abb. I unten) wird, im Vergleich mit der Anordnung nach Abb. 2, der
Vorteil besserer Zugänglichkeit des Elektromagneten zum Andrücken der Anlasserbürsten
erreicht.