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Vorrichtung zum Regeln des Einrückvorganges für eine elektromagnetisch
betätigte Anfahrkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Regeln des Einrückvorganges für eine elektromagnetisch
betätigte Anfahrkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der die Magnetwicklung
der Kupplung aus einer zum Andrehen der Brennkraftmaschine dienenden Batterie gespeist
wird und die Stromstärke des durch die Magtietwicklung fließenden Stromes abhängig
von einem mit der Brennkraftmaschine gekuppelten Generator ist, der mit steigender
Drehzahl eine steigende Spannung liefert.
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Es sind bereits Steuervorrichtungen zum selbsttätigen Regeln des Einrückvorganges
von elektromagnetisch betätigbaren Anfahrkupplungen bekanntgeworden, bei denen die
Lichtmaschine eine, bis weit über die Leerlaufdrehzahl des Antriebsmotors hinaus
mit der Antriebsdrehzahl steigende Ausgangsspannung liefert. Bei diesen Einrichtungen
wird die Magnetwicklung der Kupplung von einem der Lichtmaschine entnommenen Gleichstrom
durchflossen.
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Es hat sich jedoch als notwendig erwiesen, in Lichtanlagen von mit
Brennkraftmaschinen antreibbaren Fahrzeugen spannungsregelnde Lichtmaschinen vorzusehen,
die bei sehr niedrigen Drehzahlen bereits die Höhe der Ladespannung einer in der
Lichtanlage vorgesehenen Sammlerbatterie erreichen und dann zur Nachladung der Batterie
eine ausreichende Leistung zur Verfügung stellen. Dies i-t wegen der zunehmenden
Fahrzeugdichte im Verkehr um so mehr notwendig, als die Haltezeiten, bei denen die
Brennkraftmaschine mit Leerlaufdrehzahl läuft, im Vergleich zu den reinen Fahrzeiten,
insbesondere im Stadtverkehr, ständig zunehmen. Bei derartigen spannungsgeregelten
Lichtmaschinen, die bereits im Leerlauf des Antriebsmotors die Batteriespannung
erreichen und bei höheren Drehzahlen eine gleichbleibende Spannung abgeben, läßt
sich upter unmittelbarem Anschluß der Erregerwicklung an die Lichtmaschine kein
drehzahlabhängiges Kupplungsmoment in dei., beim Anfahren in Frage kommenden Drehzahlbereich
erzielen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch beim Betrieb der Kupplung
an einer eine konstante Spannung aufweisenden Stromquelle sicherzustellen, daß der
Erregerwicklung der Kupplung eine mit der Antriebsdrehzahl steigende elektrische
Energie zugeführt werden kann.
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Diese Aufgabe läßt sich bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art, deren Erregerwicklung aus einer Lichtanlage, gespeist wird, die eine Batterie
und eine zur Ladung der Batterie dienende, auf konstante Spannung geregelte Lichtmaschine
enthält, mit Hilfe eines mit der Brennkraftmaschine gekuppelten, mit steigender
Drehzahl eine steigende Spannung liefernden Generators dadurch lösen, daß gemäß
der Erfindung der die drehzahlabhängige Spannung liefernde Generator an eine Regeleinrichtung
angeschlossen ist, durch die die Stromstärke des von der Batterie zur Magnetwicklung
fließenden Stromes auf einen der jeweiligen Höhe der Generatorspannung entsprechenden
Wert einregelbar ist.
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Dieser Regelvorgang läßt sich in besonders einfacher Weise dann erzielen,
wenn gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Magnetwicklung der Kupplung
an die Stromspule eines elektromagnetischen Relais angeschlossen ist, dessen Ruhekontakt
und Schallarm parallel zu einem mit der Magnetwicklung in Reihe liegendenVorwiderstand
geschaltet sind wobei der Schallarm geöffnet wird, sobald die magnetische Erregung
des Relais über einen einstellbaren Mindestwert ansteigt, und im Relais ferner eine
Spannungsspule zugeordnet ist, die an dem bei steigender Drehzahl eine zunehmende
Spannung liefernden Generator angeschlossen und derart gegenüber der Stromspule
gepolt ist, daß das Feld der Stromspule demjenigen der Spannungsspule entgegenwirkt.
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In den Zeichnungen ist ein nachfolgend näher erläutertes Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine vierzylindrige
Viertakt-Brennkraftmaschine mit einer Magnetpulverkupplung und einer zu deren Regelung
dienenden Vorrichtung in schematischer Darstellung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch
die Magnetpulverkupplung,
Fig. 3 ein Schaltschema der zur
Regelung der Kupplung vorgesehenen Steuereinrichtung und Fig. 4 einen der Steuereinrichtung
zugeordneten Generator in seinem Längsschnitt.
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Die zum Betrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs bestimmte
Brennkraftmaschine10 arbeitet mit einer Hochspannungszündanlage zusammen, deren
Zündverteiler bei 11 angedeutet ist. An die Brennkraftmaschine ist das Gehäuse12
der Magnetpulverkupplung angeflanscht, die durch eine, bei 13
angedeutete,
in Fig. 3 näher dargestellte elektrische Steuereinrichtung sebsttätig eingerückt
wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf einen vorgegebenen, oberhalb
der Leerlaufdrebzahl liegenden Mndestwert hinaus gesteigert wird. An das Gehäuse
der Magnetpulverkupplung ist ein übliches Getriebe 15 angellanscht, dessen
einzelne Gänge durch einen Gangschalthebel 16 wahlweise eingerückt werden
können.
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Wie Fig. 2 besser erkennen läßt, enthält die Magnetpulverkupplung
in ihrem Gehäuse12 einen aus zwei Schalen 21 und 22 zusammengesetzten, mit der Kurbelwelle
23 der Brennkraftmaschine fest verbundenen, zugleich das Schwungrad der Brennkraftmaschine
bildenden Käfig und einen auf der Abtriebswelle 24 sitzenden Läufer
25, der an seiner Mantelfläche mehrere nebeneinanderliegende Nuten
26 aufweist. Zwischen der Mantelfläche des Läufers und der zylindrischen
Innenwand 28 des Käfigs befindet sich ein in Wirklichkeit etwa 1 bis 2 mm
breiter Ringspalt. In den Hohlraum zwischen dem Käfig
und dem Läufer
25 ist magnetisierbares Pulver 30
eingefüllt, das bei laufender Brennkraftmaschine
infolge der Zentrifugalkraft in jenen Ringspalt geschleudert wird. In die einander
zugekehrten Stimflächen der Schalen 21 und 22 ist je eine sich gegen die
Drehachse hin erweiternde Ringnut 31 eingestochen, in die eine Magnetwicklung
35 eingelegt ist. Die Enden der Magnetwicklung 35 sind an
je einen von zwei isoliert gegeneinander auf der äußeren Stirnfläche der
Schale 22 sitzenden Schleifringen 36 und 37 geführt. An der Innenseite
des Gehäuses 12 sind ebenfalls isoliert gegeneinander zwei Schleifbürsten
38 und 39 befestigt. Jede dieser beiden Schleifbürsten arbeitet mit
einem der beiden Schleifringe zusammen. Von den Schleifbürsten führen Leitungen
zu einer außen am Gehäuse 12 sitzenden Anschlußdose 40, über welche die Magnetwicklung
35 der Kupplung an die Steuereinrichtung 13 angeschlossen ist. Die
Steuereinrichtung ist dazu bestimmt der Magnetwicklung 35 einen Strom
J zuzuführen, dessen zeitlicher Mttelwert mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine,
derart ansteigt, daß sich bei Steigerung der Motordrebzahl über die Leerlaufdrehzahl
hinaus zunächst ein langsam ansteigendes, mit zunehmender Steigerung der Motordrehzahl
jedoch stärker ansteigendes Drehmoment zwischen den antreibenden Schalen 21 und
22 und dern getriebenen Läufer 25 der Magnetpulverkupplung einstellt.
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Wie das in Fig. 3 dargestellte Schaltschema der Steuereinrichtung
zeigt, ist die Magnetwicklung 35
über einen Vorwiderstand 40' mit einem ihrer
beiden Wicklungsenden an den Pluspol einer zum Andrehen der Brennkraftmaschine dienenden
Batterie 41 angeschlossen, während ihr anderes Wicklungsende mit dem feststehenden
Kontakt 42 eines Schalters verbunden ist, dessen Schaltarm 43 mit dem Gaspedal 44
der Brennkraftmaschine bzw. deren Drosselklapp.-gekuppelt ist und an der zum Minuspol
der Batterie 41 führenden Masseleitung 45 liegt. Solange sich das Gaspedal 44 in
der dargestellten Leerlaufstellung befindet, wird der Schaltarin 43 durch eine in
der Zeichnung nicht wiedergegebene Rückstellfeder in seiner Offenstellung gehalten.
Beim Niedertreten des Gaspedals wird der Schaltann 43 gegen den feststehenden Kontakt
42 gelegt, so daß der Magnetwicklung 35 ein Magnetisierungsstrom
J zufließen kann.
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Damit dieser Strom einen mit zunehmender Drehzahl steigenden Wert
annehmen kann, ist zwischen der Magnetwicklung 35 und dem Vorwiderstand 40'
ein elektromagnetisches Relais 50 vorgesehen, das außer einem feststehenden
Ruhekontakt 51 und einem beweglichen Schaltarm 52 eine zwischen dem
Vorwiderstand 40' und der Magnetwicklung 35 eingeschaltete Stromspule
53 und ferner eine Spannungsspule 54 enthält, die über Gleichrichter
55 an einen Wechselstromgenerator 56 angeschlossen ist, der eine mit
steigender Motordrebzahl anwachsende Spannung liefert.
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Der Wechselstromgenerator 56 ist in dem in Fig. 4 im einzelnen
näher dargestellten Zündverteiler der Brennkraftmaschine untergebracht. Er enthält
einen aus permanentmagnetischern Werkstoff hergestellten Anker 60, der von
der Verteilerwelle 61 angetrieben wird. Der Anker 60 hat an seinem
Umfang vier aufeinander folgende Nord- und Südpole, die jeweils einem von vier als
Polstücke dienenden Lappen 65
bzw. 66 gegenüberstehen. Die Lappen
65 bzw. 66 sitzen jeweils an einem von zwei tiefgezogenen Schalenhälften
67 und 68, die an ihren einander zugekehrten Stimseiten magnetisch
leitend verbunden sind. Während jeweils ein Nordpol einem der an der oberen Schalenhälfte
67 sitzenden Lappen 65 gegenübersteht, wird der in Umfangsrichtung
des Ankers neben diesem angeordnete, mit der unteren Schalenhälfte 68 verbundene
nächste Lappen 66 von einem Südpol des Ankers 60 induziert. Es entsteht
dann ein magnetischer Kreisfluß, der die Wicklung 70 des Wechselstromgenerators
umfaßt. Diese Wicklung ist in den Innenhohlraum zwischen den achsparallelen Seitenwänden
der Schalenhälften 67 und 68 und der sich parallel zur Verteilerwelle
61 erstreckenden Lappen 65 und 66 angeordnet. Bei jeder Umdrehung
derVerteilerwelle, 61 induziert der Anker 60 in der Wicklung
70 vier positive und vier negative Halbwellen, die über einen Kondensator
71 den Gleichrichtern 55 zu-
geführt und dort gleichgerichtet
werden. Über die Spannungsspule 54 vermag daher ein Hilfsstrom Ji, zu fließen, der
um so größer ist, je schneller die Brennkraftmaschine läuft. Das vom Strom
JI, in der Spannungsspule 54 erzeugte Magnetfeld ist dernienigen Feld, das durch
den der Magnetwicklung 35 zufließenden Strom J in der Stromquelle
53 des Relais erzeugt wird, entgegengesetzt gerichtet.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise soll zunächst davon ausgegangen werden,
daß bei stillstehender Brennkraftmaschine das Gaspedal 44 niedergetreten und dabei
der Schaltarm 43 gegen den feststehenden Kontakt 42 gedrLickt wird und außerdem
der mit der Plusklemme der Batterie 41 verbundene, Schaltarm 52
des Relais
50 durch eine nicht dargestellte Rückstellstellfeder in seiner Ruhelage gehalten
wird, bei der er den Ruhekontakt 51 berührt. Es kann dann über den Schaltarm
52 des Relais 50 ein Strom fließen, der in der Stromspule
53 ein starkes Feld erzeugt. Die nicht dargestellte Rückstellfeder des Relais
ist
derart eingestellt, daß sie schon bei kleinen Werten des die
Magetwicklung 35 durchfließenden Stromes J
den Schaltarm
52 in seine öffnungsstellung gelangen läßt, in welcher der Vorwiderstand40'
zur Wirkung kommt. Der Vorwiderstand 40' ist so groß gewählt, daß sich bei abgehobenem
Schaltarm 52 ein wesentlich kleinerer Wert des Magnetisierungsstromes
J einstellt. Durch die in diesem Fall rasch abnehmende, vom Strom
1 in der Stromwicklung 53 hervorgerufene magnetische Erregung des
Relais 50 kann dann der Schaltarrn 52 nicht mehr in seiner Offenstellung
gehalten werden und kehrt in die beschriebene Ausgangslage zurück, bei der er den
Vorwiderstand 40' kurzschließt. Dann kann das beschriebene Spiel von neuem beginnen,
bei dem sich ein Mittelwert des die Magnetwicklung 35 und die Stromspule
53 durchfließenden Strom J einstellt, der durch die eingestellte Ansprechempfindlichkeit
des Relais 50 festgelegt ist und weit unter dem für das Einrücken der Kupplung
notwendigen Wert liegt.
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Sobald jedoch die Brennkraftmaschine angedreht wird und der Anker
60 in der Wicklung 70 des Wechselstromgenerators 56 eine Spannung
induziert, entsteht eine vom Hilfsstrom Jl, in der Spannungsspule 54 hervorgerufene
Gegendurchflutung. Diese hat zur Folge, daß die Augenblickswerte der in der Magnetwicklung
35 wirksamen, die Stromspule 53
durchfließenden Stromstöße J erst dann
den Schaltarm 52 abzuheben vermögen, wenn sie auf Werte angestiegen sind,
bei denen die von ihnen hervorgerufene Erregung des Relais die in der Spannungsspule
54 hervorgerufene Gegendurchflutung überwiegt und die Ansprecherregung des Relais
erreicht. Es stellt sich daher ein Mittelwert des Magtietisierungsstromes
J ein, der um so größer wird, je weiter die Drehzahl der Brennkraftmaschine
ansteigt.
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In Ergänzung zu den eben beschriebenen Maßnahmen ist ein mit den Antriebsrädern
des Kraftfahrzeugs gekuppelter Flichkraftschalter 80 vorhanden, dessen Schaltarm
81 in Reihe mit der Arbeitswicklung eines Schaltrelals 82 hegL Der
Flichkraftschalter 80 ist derart eingestellt, daß der Schaltarm
81 in seine Einschaltstellung gelangt, sobald die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
einen zwischen 10 und 15 km/h liegenden Mindestwert überschreitet.
In diesem Fall berührt der zum Schaltrelais 82 gehörende Schaltarm
83 seinen Gegenkontakt 84 und hält auch dann die Verbindung zwischen der
Magnetwicklung 35 und der Masseleitung 45 aufrecht, wenn das Gaspedal 44
losgelassen und dabei der Schaltarm 43 in seine Ausschaltstellung gebracht wird.
Der mit dem Schaltarm 83 gekuppelte zweite Schaltarm 85 des Schaltrelais
82 verbindet in diesem Fall gleichzeitig einen Widerstand 87 mit der
Masseleitung 45. Der Widerstand 87 ist an eines der beiden Wicklungsenden
der Spannungsspule 54 angeschlossen, während ihr anderes Wicklungsende mit der Plusklemme
der Batterie 41 verbunden ist. Sobald der Schaltarm 85
in seine Schließstellung
gelangt, kann über die Spannungsspule 54 ein so großer Hilfsstrom JI, fließen, daß
die in der Stromspule 53 hervorgerufene Erregung des Ralais 50 nicht
mehr ausreicht, den Schaltarm 52 von seinem Ruhekontakt 51 abzuheben.
In diesem Fall bleibt der Vorwiderstand 40' kurzgeschlossen, bis die Fahegeschwindigkeit
unter den am Flichkraftschalter 80 eingestellten Mindestwert absinkt.
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Durch die Verwendung des mit dem Wechselstromgenerator 56 zusammenarbeitenden
Relais 50
ergibt sich eine weiche Momentübertragung im unteren Drehzahlbereich,
die durch Wahl der Größe des Vorwiderstandes 40' so eingestellt werden kann, daß
man auch bei leistungsstarken Brennkraftmaschinen langsam und ruckfrei anfahren
und bequem in Parklücken einfahren kann.