Kraftfibertragungsvorriehtung mit Umlaufrädergetriebe und elektrischer Maschine. Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftübertra.gungsvoirichtung mit Umlauf- rädergetriebe und elektrischer Maschine, die im besonderen für hra.ftfahrzeuge Verwen dung finden kann. Die Vorrichtung kann je doch auch für irgendwelche andere Zwecke. z. B. in stationären Anlagen, benutzt werden.
Es ist bekannt, ein Uinlaufrädergetriebe mit einer elektrischen Maschine, die als Dynamo oder Elektromotor arbeitet, zu verbinden.
Bei diesen Einrichtungen wird die elek trische Maschine stets willkürlich geregelt, z. B. durch. Ein- oder Ausschalten von Wi derständen., um Veränderungen im elektri schen Feld hervorzurufen. Diese Regelung soll den Zweck haben, wahlweise das Über setzungsverhältnis zwischen der treibenden und der getriebenen Welle der Einrichtung zu ändern. Diese Änderung des Über setzungsverhältnisses ist abhängig von den jeweils vorhandenen Widerstandsabstufungen der elektrischen Maschine. Eine derartige Anordnung hat den Nach teil, dass die gleichen Fehler durch unsach gemässes Schalten gemacht werden können, wie bei einem aus Zahnrädern bestehenden Wechselgetriebe.
Der Zweck .der Erfindung ist, eine Kraft- übertragungsvorrichtung zu schaffen, die sich vollkommen selbsttätig dem jeweiligen Widerstand, der der treibenden Welle ent gegengesetzt wird, anpasst, -d. b. eine Vor richtung, deren Übersetzungsverhältnis des Getriebes sich während des Dauerbetriebes der Vorrichtung selbsttätig entsprechend der zu überwindenden Last einstellt.
Gemässe der Erfindung wird dieser 7w.eck durch geeig nete Verbindung der elektrischen Maschine mit dem Getriebe erreicht, wobei die elek trische Maschine während des Dauerbetrie bes der Vorrichtung von aussen nicht ge regelt wird. Vorzugsweise wird als elek trische Maschine eine Hauptstromdynamo- maschine verwendet, bei der Ankerkreis und Nagnetkreis hintereinander geschaltet wer- den. Vorzugsweise wird die elektrische Ma schine mit einem Ritzel verbunden, welches das Zentralrad eines Stirnräderumlaufgetrie- bes bildet.
Es ist jedoch auch möglich, die e lektrische Maschine bezw. deren Anker mit dem Aussen rad des Stirnräderumlaufgetriebes zu kup peln. Bei Verwendung von Kegelräderum- laufgetrieben erfolgt die Verbindung der elektrischen Maschine zweckmässig mit dem einen Sonnenrad .des Getriebes.
Als elektrische Maschine kann eine nicht regelbare Lichtanlassmaschine verwendet wer den. Es kann auch eine Lichtanlassmaschine benutzt werden, bei der der Anker und das von ihm durchlaufene Magnetfeld drehbar sind. In diesem Falle ist der Anker unter der Voraussetzung eines Stirnrädergetriebes zweckmässig mit dem Zentralrad verbunden, während das Magnetfeld bezw. dessen Magnet z. B. mit der Kardanwelle eines Fahrzeuges in Verbindung steht.
Bei besonders schweren Maschinen ist es vorzuziehen, die Lichtanlassma.schine derart auszubilden, dass zwei unabhängig vonein ander drehbare Anker in einem gemein samen ortsfesten Nabgnetfeld lagern, wobei der eine Anker bei Verwendung eines Stirn räderumlaufgetriebes mit dem Zentralrad desselben verbunden ist, während der andere Anker z. B. mit .der Kardanwelle des Fahr zeuges in Verbindung steht.
Die beiden An ker sind über die @Ticklung des gemein samen Magnetfeldes elektrisch miteinander gekuppelt und können sich auf diese Weise einander beeinflussen, um auch so entspre chend dem Lastmoment selbsttätig wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen das Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Die Erfindung ist auf den Zeichnungen beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 eine schematische Ansicht in teil weisem Längsschnitt einer Ausführungsform gemäss der Erfindung;
Fig. 2. ist eine Ansicht auf das zuge hörige Lmlaufrädergetriebe; Fig.3 ist eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer andern Ausführungsform, bei welcher die zur Verwendung kommende elektrische Maschine ein drehbares Magnet feld und einen drehbaren Anker aufweist; Fig. 4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der elektrischen Maschine und ihre Verbindung mit dem Getriebe. Es werden in diesem Falle zwei unabhängig voneinander drehbare Teilanker benutzt, die innerhalb eines ortsfesten gemeinsamen Magnetfeldes gelagert sind.
In der Fig. 1 ist mit 1 die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eines Kraftfahr zeuges bezeichnet. die in geeigneter Weise, wie schematisch bei 2 dargestellt ist, kurz vor der Verbindung mit dem Getriebe ge lagert ist. Die Kardanwelle, welche zu den Antriebsrädern führt, ist mit 3 bezeichnet und ebenfalls in geeigneter Weise in orts festen Lagern, z. B. bei 411, gehalten. Zwi schen den beiden Wellen 1 und 3 ist ein Umlaufrädergetriebe eingeschaltet. Das Um laufrädergetriebe besitzt das Aussenra=d 4 mit Innenverzahnung 5.
Mit der Innenver zahnung kämmen die drei Umlaufräder G. Diese drei Räder stehen in Eingriff mit dem in der Mittelachse Zentralrad 7. Auf dem Ende der Kurbelwelle 1 sitzt der als Flansch 8 ausgebildete Umlaufräderträ- ger fest, in welchem die Zapfen 9 befestigt sind.
Auf den Zapfen 9 ruhen frei drehbar unter Verwendung der Kugellager 10 die drei Umlaufräder G. Das Zahnrad 4 mit der Innenverzahnung .5. sitzt fest an einer Hohl welle 12, die, wie schematisch dargestellt ist, bei 13. in einem ortsfesten Teil des Fahr gestelles gelagert ist. Am Ende der Hohl welle 12 sitzt fest ein Zahnrad 14, welches mit einem Zahnrad 15 kämmt, das durch eine nicht dargestellte von Hand aus zu be dienende Schaltgabel auf der Kardanwelle 3 in Riclitun:g,des Pfeils P verschoben werden kann, und zwar bis in die gestrichelt gezeich nete Lage.
Das Zahnrad 15 ist aber undreh- ba.r mit Welle 3 verbunden. Bei der genann ten Verschiebung des Rades 15 kommt die Verzahnung desselben mit einer ortsfesten Verzahnung<B>16</B> in Eingriff, um, wie weiter unten beschrieben, eine Sperrung der Kar danwelle, .3) zu bewirken.
Das Zentralraid 7 sitzt fest auf einer Welle 17, die innerhalb der Hohlwelle 12 bei 18 und 19 durch Kugellager abgestützt wird. Ausserdem ragt auf der andern Seite des Zahnrades 7 ein Wellenstumpf 20 ein Stück weit in die Kurbelwelle 1 hinein und ist. dort ebenfalls durch ein Kugellager 21 abgestützt, um das Zahnrad 7 sicher zu lagern. Die Welle 17 ist fest mit der Welle <U>99</U> des Ankers 23 einer elektrischen Ma schine, z. B. einer Lichtanlassniaschine, ge kuppelt, deren. Magnetgestell mit 24 bezeich net ist. Die Lichtanlassmaschine ist bei 25 ortsfest am Fahrgestell angebracht.
Die Magnetwicklungen der elektrischen Maschine sind mit a und b bezeichnet, wäh rend :die Wicklung auf dem Anker schema tisch durch c veranschaulicht wird. Die Wicklungen sind fest in Reihe geschaltet. Es soll dadurch zum Ausdruck gebracht werden, was unter dem oben erwähnten Be griff der "Nichtregelbarkeit" verstanden wird. Es können z. B. in die elektrische Schaltung Widerstände oder irgendwelche andere den elektrischen Dauerzustand zu be einflussen ermöglichende Elemente oder Apparaturen eingesetzt werden, um z. B.
die elektrische Maschine für einen gewissen Lastbereich oder für ein bestimmtes Um laufrädergetriebe besonders wirksam und ge eignet ztz machen, d. h. gewissermassen die elelilrische Maschine abzustimmen. Auch solche Anordnungen fallen noch unter den Begriff der Nichtregelbarkeit. Auf keinen Fall darf aber ein willkürlicher Eingriff in die einmal hergestellte Schaltung beim Be trieb der Vorrichtung erfolgen.
Es sei noch besonders erwähnt, dass nur bei dem Ausfühiaingsbeispiel eine Haupt stromschaltung gezeigt ist. Es können auch andere für den besonderen Zweck geeignete Schaltungen wie Nebenschlussschaltungen, gemischte Schaltungen oder dergleichen be nutzt werden. Es ist unter Umständen auch möglich, mit permanenten Magneten und In duktionskreisen zu arbeiten. Das oben beschriebene Umlaufräder getriebe ist, wie strichpunktiert dargestellt ist, in ein flüssigkeitsdichtes Gehäuse einge schlossen.
Durch eine Muffen- oder F lan- schenkupplung wird die elektrische Ma schine an die Welle 17 angeschlossen.
Die Wirkungsweise dieser Ausführungs form der Erfindung ist folgende: Angenommen, das Kraftfahrzeug befin det sich in Ruhe, das Zahnrad 15 ist einge- rückt, so @dass es mit dem Zahnrad 14 kämmt, und es wird nun der elektrischen Maschine aus der Starterbatterie Strom zu geführt. Der Anker 2,3 dreht sich und nimmt durch die Welle 17 das Zentralrad 7 mit. Das Zentralrad 7 dreht sich mit Bezug auf die F'ig. 2 in Richtung des Pfeils PI. Die Umlaufräder 6 werden entsprechend den Richtungen der Pfeile P2 in Umdrehung versetzt.
Das Zahnrad 4 steht still, da es, wie oben beschrieben ist, mit den Treib rädern des Kraftwagens verbunden ist. Es wird also der Umlaufräderträger 8 und die Kurbelwelle 1 in Umdrehung versetzt, und die Brennkraftmaschine wird angeworfen. Die elektrische Maschine arbeitet somit als Anlasser. Die Teilkreisdurchmesser der Zahnräder sind so gewählt, d. h. das Über setzungsverhältnis ist derart, dass die Brenn kraftmaschine das erforderliche Drehmoment erhält.
Die Brennkraftmaschine springt an und läuft nun mit eigener Kraft vermöge ent sprechender Einstellung der Leerlaufgaszu- fuhr in diesem Zustande weiter. Es wird nun zwecks Anfahrens des Kraftfahrzeuges weiter Gas ,gegeben, so dass sich .die Dreh zahl der Brennkraftmaschine erhöht. Die Zahnräder 6 bewirken nun durch .die Ver bindung über ihren Träger 8 mit der Kur belwelle 1 einen Antrieb des Zahnrades 7 und somit des Ankers .2i3 der elektrischen Maschine.
In diesem Zustande wird aber der Drehung des Zahnrades 7 durch die zwi schen Anker und Magnetfeld entwickelte elektrische Energie ein bremsend wirkender Widerstand entgegengesetzt, d. h. das Zahn- rad 7 ist nun bestrebt, die Räder 6 im Ein griff mit der Verzahnung des Rades 7 ab zubremsen. Daraus ergibt sich, dass nun die Räder 6 ihr Drehmoment auf die Verzah nung 5 des Rades 4 ausüben und dieses zu drehen beginnen. Dadurch wird die Welle 12, ebenfalls in Umdrehung versetzt und über die Zahnräder 14, 15 die Kardanwelle, sowie die Treibräder des Wagens gedreht, d. h. der Wagen läuft an.
Es wird nun allmählich mehr Gas gege ben, der Wagen läuft immer schneller bis schliesslich das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 zwischen den beiden Wellen 1 und 12 er reicht ist, d. h. die Kurbelwelle direkt mit der Kardanwelle gekuppelt ist.
Da sich dabei das Rad 4. mit den Rä dern 6 als Ganzes um die Achse des Rades 7 dreht, wird das Rad 7 mit dem Läuf er der elektrischen Maschine auch bei dem Über setzungsverhältnis 1 : 1 der Wellen 1 und 19 in Umdrehung gehalten. Die elektrische Ma schine wird .daher bei diesem Übersetzungs verhältnis mit der Brennkraftmaschine direkt gekuppelt. Die elektrische Maschine wirkt nun auch als Lichtmaschine, d. h. als Strom erzeuger und ladet allmählich die Batterie auf.
Soll der Wagen nun einen Berg hinauf fahren, dessen Steigung im Übersetzungs verhältnis 1 : 1 zwischen .den. Wellen 1 und 12, nicht überwunden werden kann, dann tritt selbsttätig eine entsprechende Änderung im Übersetzungsverhältnis ein. Das Rad 4 des Getriebes wird gegenüber dem Umlauf räderträger stark gehemmt. Da aber die Brennkraftxnaschine beispielsweise ihre 3000 Umdrehungen. in der Minute bei gleicher Leistung beibehalten soll, dreht sich das Ritzel 7 nun mit einer höheren Umlaufzahl, woraus sich eine grössere Leistung der elek trischen Maschine ergibt.
Die Räder 6 dre hen sich um ihre eigene Achse und übermit teln dem Rad 4 eine entsprechend kleinere Leistung aber ein ,grösseres Drehmoment, bis schliesslich Gleichgewichtszustand eintritt, so dass das Übersetzungsverhältnis zwischen treibender und getriebener Welle von selbst geändert und selbsttätig eingestellt wird.
In der Praxis geht der oben beschriebene Vorgang selbstverständlich in einem ganz kurzen Zeitabschnitt vor sich, so dass ständig entsprechend -der Erhöhung des Lastmomen tes sich :das Übersetzungsverhältnis vollkom men selbsttätig ändert.
Bei dem üblichen Wechselgetriebe wird, wenn das Kraftfahrzeug stillgesetzt wird, ein Gang sicherheitshalber eingeschaltet, wenn z. B. der Wagen sich auf einer ab schüssigen Fahrstrasse befindet. Bei dem eben erläuterten Getriebe wind dieses da durch erreicht, @dass das Zahnrad 15 in R.ieh tung des Pfeils P verschoben wird, mit der ortsfesten Verzahnung 16 in Eingriff kommt und nun die Kardanwelle 3 mit den Treib rädern verriegelt ist. Auch beim Leerlauf der Brennkraftmaschine zur Prüfung oder dergleichen wird ebenso verfahren.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 wird eine elektrische Maschine benutzt, bei der nicht nur der Anker 23 drehbar gelagert ist, sondern auch das Magnetgestell 24. Wie schematisch dargestellt ist, ruht das Magnet gestell auf Lagern -5a. Am Magnetgestell sitzt ferner ein Rad 26 fest, welches in Ein griff mit einem entsprechenden Rad 28 steht, das fest auf der Kardanwelle 3 sitzt, so dass während des normalen Betriebes Anker und Magnetfeld die Möglichkeit haben, relative Drehungen zueinander auszuführen. Beim Bergabfahren könnte es vorkommen, .dass der Anker seine Drehrichtung ändert, wenn dem Brennstoffmotor plötzlich die Gaszufuhr entnommen wird und der Wagen vermöge seiner lebendigen Kraft treibend wirkt.
Um dies zu vermeiden ist ein Freilauf vorge sehen, z. B. zwischen Rad 7 und Welle 17, der selbsttätig in Wirkung tritt, sobald die Drehrichtungsänderung des Ankers stattfin den sollte.
Diese Einrichtung hat den wesentlichen Vorzug, dass sich entsprechend dem Last moment -das Getriebeübersetzungsverhältnis selbsttätig noch schneller einstellt als beim vorbesehriebenen Beispiel. Bei schweren Fahrzeugen ist es infolge der verhältnismässig hohen Fliehkräfte, die ein umlaufendes Magnetgestell ergeben wür den, vorzuziehen, ein ortsfestes Magnetgestell zu benutzen, in diesem aber zwei unabhän gig voneinander je in einer Hälfte des Magnetfeldes drehbare Anker anzuordnen, die bei .der Ausführungsform nach der Fig. 4 mit 29 und 30 bezeichnet sind.
Der Anker 31-) ist in geeigneter Weise mit der Kardan welle 3 gekuppelt, während der Anker 29, wie bei den oben beschriebenen Ausfüh rungsformen, mit der Welle 17 und dem Ilad 7 verbunden ist. Diese Ausführungs form nach :der Fig. 4 hat die gleichen Eigen schaften und Wirkungen wie die oben be schriebenen.
Bei den Beispielen der Fig. 3 und 4 sind die .Schaltungen zwischen Magnetfeld und Anker nicht besonders angegeben, es wird in diesem Zusammenhange auf die obigen Ausführungen nach der Fig. 1 verwiesen. Um die Schaltungen durchzuführen, sind im besonderen bei .den Beispielen der Fig. 3 und 4 Schleifringanordnungen notwendig, .die jedoch nicht eingezeichnet sind, um die Übersichtlichkeit nicht zu stören.
Die erbgenannten Verhältnisse ergeben sieh auch, wenn das Stirnrädergetriebedurch ein Kegelrädergetriebe ersetzt ist, dessen eines Sonnenrad dem Zentralrad und dessen anderes Sonnenrad dem Aussenrad des Stirn rädergetriebes entspricht.