DE69524433T2

DE69524433T2 - Gerat zum antreiben einer wechselstrommaschine und wechselstrohmmaschine fur maschinenzubehorteile hierfur verwendet

Info

Publication number: DE69524433T2
Application number: DE69524433T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Miyata
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2015-09-13
Also published as: JP3741442B2; EP0781906A4; DE781906T1; EP0781906B1; DE69524433D1; EP0781906A1; WO1996008642A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für den Generator eines Motors und einen Generator als in diesem eingesetzter Zusatzantrieb und bezieht sich insbesondere auf die Verbesserung des Drehübertragungsweges, auf welchem eine Drehantriebskraft einer Kurbelwelle mit infolge eines Verbrennungshubes des Motors geringfügigen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit über einen Kraftübertragungsriemen auf eine Generatorwelle eines Generators übertragen wird, der einen Rotor mit einer Rotationsträgheit aufweist, die die Belastung für die Stromerzeugung übersteigt.
Beispielsweise wird in einem Viertakt-Kraftfahrzeugmotor, in welchem ein Umlauf sich aus einem Ansaughub, einem Kompressionshub, einem Verbrennungshub und einem Auspuffhub zusammensetzt, Antriebsenergie lediglich in dem Verbrennungshub erzeugt, und in den anderen Takten wird keine Antriebsenergie erzeugt. Infolgedessen ist das Arbeitsspiel des Viertaktmotors, wie an sich bekannt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskraft für den Drehantrieb der Kurbelwelle geringfügige Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit verursacht. Wenn ein Hilfsaggregat des Motors unter Anwendung des obengenannten Kraftfahrzeugmotors als Antriebsquelle angetrieben wird, ruft die Verwendung eines Generators als Hilfsantrieb die folgenden Probleme im Zusammenhang mit den geringfügigen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle hervor. Weil in dem Generator ein mit der Generatorwelle drehfest verbundener Rotor eine hohe Drehträgheit aufweist (Trägheitsmoment), ist sein Trägheitsdrehmoment hoch. Da andererseits die Drehkraft für die Stromerzeugung als Belastungskraft nicht mehr Drehmoment darstellt, als erforderlich ist, damit der Rotor das Magnetfeld eines Stators durchläuft, ist die Größe des Drehmoments gering. Wenn somit der Rotor von der Kurbelwelle angetrieben wird und die oben erwähnten geringfügigen Schwankung der Winkelgeschwindigkeit auftreten, ergibt sich eine momentane entgegengesetzte Kraftübertragung auf einem Drehübertragungsweg zwischen der Kurbelwelle und dem Rotor durch einen Kraftübertragungsriemen. Zum Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit (im folgenden als Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit bezeichnet) der Kurbelwelle wird die Drehgeschwindigkeit des Rotors herabgesetzt, so daß Kraft, die von der Kurbelwelle auf den Rotor übertragen wurde, auf die Kurbelwelle zurückgeleitet wird. Andererseits wird zum Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit (im folgenden als Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit bezeichnet) der Kurbelwelle der Rotor, der keine Drehantriebskraft empfängt, von der Kurbelwelle in seiner Drehung wieder beschleunigt. Bei einer derartigen gegensätzlichen Kraftübertragung wird der kraftübertragend = Riemen immer einer Drehkraft ausgesetzt; dieses Trägheitsdrehmoment erhöht das Drehmoment der Stromerzeugung. Zu diesem Zeitpunkt ist der Trägheitsdrehmoment außerordentlich viel größer als das Drehmoment für die Stromerzeugung. Dies führt zu vorzeitigem Reißen des Riemens und zu Geräuschentwicklung infolge von Riemenschlupf.
Die Anmelderin hat in der früheren Japanischen Patentanmeldung (Anmeldung Nr. 61-228153) eine Technik für die Lösung des genannten Problems vorgeschlagen, nach welcher eine Einwegkupplung zwischen einer obengenannten Generatorwelle und einer Riemenscheibe auf der Generatorwelle eingeschaltet wird, um eine Drehantriebskraft der Kurbelwelle auf die Generatorwelle zum Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu übertragen, während die Drehungsübertragung zwischen der Generatorwelle und der Riemenscheibe zum Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle unterbrochen wird, so daß keine entgegengesetzte Übertragung von Drehträgheitsmoment des Rotors auf die Kurbelwelle über den Kraftübertragungsriemen stattfindet.
Gemäß dem obigen Vorschlag wird, wenn der Generator von der Kurbelwelle des Motors über einen Treibriemen in Drehbewegung versetzt wird, keine entgegengesetzte Kraftübertragung von dem Rotor zu der Kurbelwelle zum Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle hervorgerufen, und es wird daher an dem Rotor keine Herabsetzung der Drehgeschwindigkeit infolge einer derartigen entgegengesetzten Kraftübertragung verursacht. Dadurch wird ganz umfassend verhindert, daß zum Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle Drehkraft durch den Treibriemen ausgeübt wird. Infolgedessen können frühzeitiges Reißen des Riemens und Lärmerzeugung infolge Riemenschlupfs verhindert werden, wodurch die Lebensdauer des Antriebriemens erhöht wird. Somit wird ein Riemenantrieb des Generators, z. B. eines Generators als Zusatzgerät eines Dieselmotors, möglich. Weil außerdem die obenerwähnte Konstruktion einfach aufgebaut ist, nämlich nur eine Einwegkupplung zwischen Generatorwelle und Riemenscheibe zugeschaltet wird, kann sie leicht verwirklicht werden.
Für den Fall jedoch, daß der obengenannte Generator mit einer Einwegkupplung ausgestattet ist, muß die Riemenscheibe selbständig drehbar auf der Generatorwelle angebracht sein. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß an dem Generatorantrieb die Einwegkupplung an beiden Enden der Generatorachse mit Lagerungen für die Riemenscheibe versehen ist. Beispielsweise hat im Falle der Verwendung eines breiten Antriebsriemens, etwa eines Keilrippenriemens, die Riemenscheibe eine große Breite. Aus diesem Grund können die beiden Lager innerhalb der breiten Riemenscheibe untergebracht werden. Demgegenüber hat bei Anwendung eines schmalen Antriebsriemens, etwa eines Keilriemens, eine zu verwendende Riemenscheibe eine geringe Breite, so daß Lagerungen außerhalb der Riemenscheibenbreite liegen. Das erfordert eine Vergrößerung der Riemenscheibenbreite für die Lager. Infolgedessen wird die Riemenscheibe in axialer Richtung verlagert um die Breite des generatorseitigen Lagers, so daß der Antriebsriemen eine andere Lage erhält. Dementsprechend ist es erforderlich, den Gesamtaufbau der Antriebsanordnung zu verändern. Es läßt sich daher nicht einfach sagen, daß die Antriebsanordnung leicht einzurichten wäre.
Außerdem unterliegen die Lager der Gesamtbeanspruchung, der die Welle über die Riemenscheibe ausgesetzt ist. Verhältnismäßig preiswerte Lager, etwa Wälzlager und Gleitlager, können jedoch die obengenannten Belastungen der Welle nicht ohne weiteres aufnehmen. Infolgedessen steigen die Kosten für die Lagerung erheblich. Auch dadurch wird die Anwendung der obigen Antriebsgerätschaften verhindert.
Ferner sind Kraftfahrzeuge mit Dieselmotorantrieb im allgemeinen mit einer Unterdruckpumpe für die Bremse ausgerüstet. Die Unterdruckbremse steht häufig in Antriebsverbindung mit der Generatorwelle. In diesem Fall können, wenn die Einwegkupplung eine Fehlfunktion auslöst, so daß die Generatorwelle zum Stillstand kommt, nicht nur der Generator sondern auch die Unterdruckpumpe nicht angetrieben werden.
Auch wenn die Einwegkupplung an einer motorseitigen Riemenscheibe statt an der generatorseitigen Riemenscheibe angeordnet ist, treten ähnliche Probleme auf.
Im Rahmen der Erfindung werden die obengenannten Probleme berücksichtigt. Wie erwähnt, sind bei der Anwendung eines Generatorantriebs, der durch den Einbau einer Einwegkupplung eine Belastung eines Antriebsriemens zu vermindern erlaubt, wegen der Anordnung der Einwegkupplung Lager erforderlich. Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist die Vermeidung der Notwendigkeit einer Änderung des Gesamtaufbaus des Generatorantriebs wegen Verlängerung einer Generatorwelle oder dergleichen, indem eine bestimmte Position der Einwegkupplung verändert wird, selbst wenn die Riemenscheibe geringe Breite hat; ferner wird dadurch die Ausstattung der Generatorantriebsanordnung mit der obengenannten Einwegkupplung vereinfacht.
Um dies zu erreichen, ist eine Anordnung nach Anspruch 1 vorgesehen.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht von vorn, die die Anordnung einer Generatorantriebsvorrichtung an einem Motor in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Aufbau eines Generators;
Fig. 3 einen vergrößerten schematischen Querschnitt, der einen wesentlichen Teil einer in dem Generator angeordneten Einwegkupplung zeigt;
Fig. 4 in schematischer Darstellung die Wellenform mit Schwankungen der Drehbewegung des Rotors eines üblichen Generators, dazu die geringfügigen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit einer Kurbelwelle;
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Generators;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Wellenform, die eine Arbeitsweise einer Einwegkupplung zeigt, bei welcher ein Winkel der Wirkungsverzögerung einer inneren Lauffläche mit Bezug auf eine äußere Lauffläche größer ist als ein Winkel der geringfügigen Verlagerung geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der inneren Lauffläche;
Fig. 7 ein der Fig. 6 entsprechendes Diagramm, das eine Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einwegkupplung darstellt. Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung eines Generatorantriebs eines Kraftfahrzeuges in einer Ausführungsform der Erfindung, gesehen von vorn in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges. Fig. 2 zeigt den Aufbau eines in dem Antrieb verwendeten Generators 1. Die rechte Seite in Fig. 2 zeigt zur Stirnseite des Kraftfahrzeuges und die linke Seite zu dessen Rückseite.
Der Generatorantrieb ist an der Vorderseite eines in Längsrichtung in einem Kraftfahrzeug eingebauten Dieselmotors D angeordnet und weist eine üblicherweise als Umschlingung bezeichnete Konstruktion auf, bei der ein einfacher Keilriemen 3 als Treibriemen in Serpentinen um eine Antriebsscheibe 2a gewunden ist, welche auf das stirnseitige Ende der Kurbelwelle 2 des Motors D gesetzt ist, so daß sie zusammen mit der Kurbelwelle 2 umläuft, und eine Mehrzahl angetriebener Riemenscheiben, die jeweils auf dem stirnseitigen Ende angetriebener Wellen einer Mehrzahl von Motorzusatzaggregaten sitzen, so daß sie jeweils mit den angetriebenen Wellen umlaufen. Insbesondere sind, wie durch Pfeile in Fig. 1 angedeutet, in der Reihenfolge der Laufrichtung des Keilriemens 3 von der Antriebsscheibe 2a aus gesehen, eine Spannrolle 4 einer Spannvorrichtung, eine Riemenscheibe 5 für den Antrieb der Hydraulikpumpe einer Servolenkung, eine lose Rolle 6, eine Riemenscheibe 7 für den Antrieb des Kompressors einer Klimaanlage und eine Ventilatorriemenscheibe 8 für die Kühlung des Motors D angeordnet. Außerdem ist zwischen der Rolle 4 der Spannvorrichtung und der Riemenscheibe 5 der Servolenkung eine Scheibe 1a des Generators 1 angeordnet. Der Riemen 3 liegt mit seiner Rückseite nur auf der Spannrolle 4 und der Ventilatorscheibe 8 auf.
Wie in Fig. 2 im einzelnen dargestellt, hat der Generator 1 eine vordere Abdeckung 9 und eine rückseitige Abdeckung 10, die jeweils die Form eines Zylinders mit Boden haben und baulich so zusammengefügt sind, daß sie mit ihren Öffnungen einander gegenüberliegen. Der Generator 1 läßt sich an dem Motor D an zwei Befestigungspunkten 9a, 9a anbringen, die von der Vorderseite des Außenrandes der vorderen Abdeckung 9 vorspringen. Eine Generatorwelle 11 des Generators 1 wird in einem Stirnlager 12 und einem hinteren Lager 13 in der Weise gelagert, daß sie um ihre Achse P umlaufen kann, welche durch die Bodenplatten der vorderen bzw. rückwärtigen Abdeckungen 9, 10 hindurchgeführt ist. Eine Sechskantmutter 11a ist auf ein aus der vorderen Abdeckung 9 hervorstehendes Stirnende der Generatorwelle 11 geschraubt, wodurch die Riemenscheibe 1a mit der Generatorwelle 11 verbunden ist, so daß die Riemenscheibe 1a zusammen mit der Generatorwelle 11 umläuft. Andererseits ist eine Unterdruckpumpe 14 für die Bremse mit dem anderen Ende der aus der hinteren Abdeckung 10 nach hinten herausragenden Generatorwelle 11 verbunden, so daß sie gemeinsam mit der Generatorwelle umläuft. Ferner sind an dem stirnseitigen Abschnitt im Inneren der rückwärtigen Abdeckung 10 auf der Generatorwelle 11 in axialem Abstand voneinander zwei Schleifringe 15, 15 vorgesehen, die zusammen mit der Generatorwelle 11 umlaufen.
Am Innenrand der stirnseitigen Abdeckung 9 ist ein Stator 16 des Generators 1 ringförmig um die Achse P angeordnet. Der Stator 16 besteht aus einem Statorkern 17, dessen Innenfläche in gleichem Abstand in Umfangsrichtung voneinander eine Vielzahl Schlitze aufweist, sowie eine um den Statorkern 17 gewickelte Ständerwicklung 18. Die Ständerwicklung 18 hat drei Phasen, eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase, die um 120º gegeneinander versetzt sind, wodurch Magnetfelder im Innenraum des Stators 16 hervorgerufen werden.
Außerdem ist ein Rotor 19 des Generators 1 konzentrisch auf der Generatorwelle 11 angebracht. Der Rotor 19 besteht aus einem ringförmigen Läuferblechpaket 20 fest auf der Generatorwelle 11 mit einem freien Zwischenraum und einer Feldspule 21, die um das Läuferblechpaket 20 gewickelt ist und mit ihrem einen Ende mit einem der Schleifringe 15 elektrisch verbunden ist und mit dem anderen Ende mit dem anderen Schleifring 15. Das Läuferblechpaket 20 besteht aus zwei Polkernen 20a, 20a, die auswärts satt auf der Generatorwelle 11 sitzen und einander axial gegenüberstehen. Beide Polkerne 20a, 20a sitzen satt auf einem fest mit Zwischenspalt auf der Generatorwelle 11 sitzenden Zylinderteil 29 und sind so miteinander verbunden, daß sie zusammen umlaufen können. Ein stirnseitiger Ventilator 22 bzw. ein rückseitiger Ventilator 23 sind so mit der Stirnseite bzw. der Rückseite des Rotors 19 verbunden, daß sie zusammen mit dem Rotor 19 umlaufen können. Der stirnseitige Ventilator 22 und der rückseitige Ventilator 23 kühlen den Innenrum des Generators 1 in Verbindung mit der Drehung des Rotors 19.
In einem Raum an den Rückseiten des Stators 16 und des Rotors 19 befinden sich zwei Bürsten 24, 24, eine Bürstenhalterung 25 zum Halten der Bürsten 24, so daß sie sich in bezug auf die Generatorwelle 11 einzeln vor- und zurückbewegen lassen, und druckausübende Schraubenfedern 26, die die Bürsten jeweils in Richtung auf die Generatorwelle 11 drücken können. Jede Bürste 24 ist mit ihrem einen Ende so eingestellt, daß sie über die Außenseite des zugehörigen Schleifrings 15 gleitet. Außerdem ist der untenerwähnte Spannungsregelkreis mit einem Basisende einer der Bürsten 24 elektrisch verbunden, und ein Ende der Ständerwicklung 18 ist an ein Basisende der anderen Bürste 24 angeschlossen (was nicht dargestellt ist): Außerdem sind in dem Generator 1 eine Vollweggleichrichterschaltung, die so aufgebaut ist, daß sechs Dioden in Brückenschaltung liegen, und der Spannungsreglerkreis zum Regeln einer Ausgangsspannung des Generators derart, daß die Erregerwicklung 21 des Rotors 19 entsprechend der Ausgangsspannung des Generators 1 spannungsgeregelt wird, vorgesehen.
Zwischen die Generatorwelle 11 und den Rotor 19 ist eine Einwegkupplung 27 eingesetzt, die auf den Rotor 19 eine Drehkraft der Generatorwelle 11 von der Kurbelwelle 2 zum Zeitpunkt einer Zunahme der Winkelgeschwindigkeit (der Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit) der Kurbelwelle 2 überträgt und die Übertragung der Drehkraft zwischen dem Rotor 19 und der Generatorwelle 11 zum Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit (der Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit) der Kurbelwelle unterbricht, so daß eine entgegenwirkende Kraftübertragung auf die Kurbelwelle 2 vom Trägheitsdrehmoment des Rotors 19 über den Keilriemen 3 vermieden wird. Zwei Lager 28, 28 sind zwischen der Generatorwelle 11 und dem Rotor 19 angeordnet. Der Rotor 19 wird auf der Generatorwelle 11 von den beiden lagern 28, 28 getragen, so daß er sich gegenüber der Generatorwelle 11 drehen kann. Die Einwegkupplung 27 liegt in einem zylindrischen Raum, der durch die Generatorwelle 11, den Rotor 19 und die beiden Lager 28, 28 abgegrenzt wird.
Die Einwegkupplung 27 stellt der Bauart nach eine Außenrollenkupplung dar. Wie in größerem Maßstab in Fig. 3 teilweise gezeigt, besteht die Einwegkupplung 27 aus einer inneren Lauffläche 37 als antriebsseitigem, mit der Generatorwelle 11 verbundenem rotierendem Bauteil, das zusammen mit der Generatorwelle 11 umläuft, und einer äußeren Lauffläche 38 als abtriebsseitigem, mit dem Rotor 19 verbundenem rotierendem Bauteil, das zusammen mit dem Rotor 19 umläuft und mit der inneren Lauffläche durch Vermittlung einer Mehrzahl von Kupplungswalzen 40, 40, ... (von denen nur eine in der Figur gezeigt wird) in seiner Drehrichtung zu betätigen ist. Auf der Innenseite der äußeren Lauffläche 38 ist eine Mehrzahl von Ausnehmungen 39, 39, ... (von denen nur eine in der Figur gezeigt wird) in bestimmten Abständen in Umfangsrichtung der äußeren Lauffläche 38 vorgesehen. Die Kupplungswalzen 40 sind in den jeweiligen Ausnehmungen 39 angeordnet. Die Innenseite 38a der äußeren Lauffläche 38 ist an jeder Ausnehmung 39 so ausgebildet, daß der radiale Abstand von der Außenseite 37a von der inneren Lauffläche 37 in Richtung gegen den Uhrzeigersinn allmählich abnimmt. Im einzelnen ist eine durch einen Berührungspunkt zwischen der äußeren Lauffläche 38 und der Walze 40 verlaufende Tangente um einen bestimmten Winkel α gegenüber einer Tangente geneigt, die durch einen Berührungspunkt zwischen der inneren Lauffläche 37 und der Walze verläuft. Während einer Drehbewegung der inneren Lauffläche 37 gegenüber der äußeren Lauffläche 38 in Sperrichtung (in der Figur in Gegenuhrzeigerrichtung) wird jede Walze 40 in einem Raum zwischen der äußeren Mantelfläche 37a der inneren Lauffläche 37 und der inneren Mantelfläche 38a der äußeren Lauffläche 38 in der Weise festgehalten, daß unter einer derartigen Klemmwirkung eine Kupplungsbeziehung zwischen den beiden Laufflächen 37, 38 in einen Verriegelungszustand gebracht wird, und andererseits bei einer Drehbewegung der inneren Lauf fläche 37 gegenüber der äußeren Lauffläche 38 in Freigaberichtung (in der Figur in Uhrzeigerrichtung) die Kupplungsbeziehung zwischen den beiden Laufflächen 37, 38 in einen Freigabezustand übergeht. Jede Walze 40 wird zu allen Zeitpunkten von einer Kupplungsfeder (in nicht gezeigter Weise) im Gegenuhrzeigersinn gedrückt.
Ein Winkel β der Funktionsverzögerung der inneren Lauffläche 37 gegenüber der äußeren Lauffläche 38 ist, bis die Kupplungsbeziehung zwischen der inneren Lauffläche 37 und der äußeren Lauffläche 38 aus dem Freigabezustand in den Verriegelungszustand zum Zeitpunkt einer Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 umgeschaltet wird, auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als ein Winkel s einer geringen Verschiebung geringer Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit, der von der Kurbelwelle 2 auf die innere Lauffläche 37 übertragen wird (β < s). Der Winkel β der Funktionsverzögerung wird festgelegt in Anpassung an einen Winkel α der Neigung der inneren Mantelfläche 38a der äußeren Lauffläche 38. Entsprechend kann der Winkel β der gewünschten Verzögerung vergrößert werden mit der Vergrößerung des Neigungswinkels α, während der Winkel β der gewünschten Verzögerung verkleinert werden kann mit der Verkleinerung des Neigungswinkels α.
Anschließend soll die Wirkungsweise des Generatorantriebs des Motors beschrieben werden. In der nachstehenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß die innere Lauffläche 37 der Einwegkupplung 27 und die Kurbelwelle 2 des Motors D mit der gleichen Drehzahl umlaufen.
Zum Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 des Dieselmotors D gelangt die Einwegkupplung 27 in einen Verriegelungszustand, um die Rotationsübertragungsbahn zwischen der Kurbelwelle 2 und dem Rotor 19 des Generators 1 über den Keilriemen 3 aufzubauen, so daß der Rotor 19 durch eine Drehantriebskraft der Kurbelwelle 2 in Drehung versetzt wird. Andererseits geht zum Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 die Einwegkupplung 27 in einen Freigabezustand über und unterbricht die Rotationsübertragungsbahn, so daß das Trägheitsdrehmoment des Rotors 19 nicht mehr über den Keilriemen 3 in entgegengesetzter Richtung auf die Kurbelwelle 2 übertragen werden kann. Wenn die Drehzahl des Rotors 19 danach wegen einer Beanspruchung zur Stromerzeugung oder mechanischer Verluste in dem Generator 1 allmählich herabgesetzt wird und die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 wieder zunimmt, kehr die Einwegkupplung 27 wieder in den Verriegelungszustand zurück, so daß eine Rotationsantriebskraft der Kurbelwelle 2 auf den Rotor 19 des Generators 1 über die Einwegkupplung 27 übertragen wird.
Allgemein verursacht eine Kurbelwelle geringfügige Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit von maximal 6-8º beim Umlauf eines Dieselmotors (maximal 1,5-2,0º beim Umlauf eines Benzinmotors). In einem extrem kurzen Arbeitsspiel, beispielsweise 1/60 s, betrachtet, schwankt die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle periodisch gemäß der ausgezogenen Kurve in Fig. 4.
Bei einem Generatorantrieb ohne Einwegkupplung kehrt die Leistung, die von der Kurbelwelle auf die Generatorwelle (den Rotor) übertragen wird, zum Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu der Kurbelwelle zurück und beschleunigt dann zum Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit im Kreislauf wieder den Rotor (Generatorwelle) des Generators, der keine Drehantriebskraft empfängt. Wenn dieser Vorgang wiederholt wird, so daß Antriebskraft in entgegengesetzter Richtung übertragen wird, wie in Fig. 4 gestrichelt angedeutet, wird der Treibriemen immer zu dem Zeitpunkt dem für den Rotorantrieb erforderlichen Drehmoment T&sub1; ausgesetzt, zu dem gerade die Drehkraft zugeführt wird, die erforderlich ist, um dem Rotor gegen sein Trägheitsdrehmoment das für die Durchquerung des Magnetfeldes zur Erzeugung von elektrischer Leistung erforderliche Drehmoment zuzuführen. Da das Trägheitsdrehmoment außerordentlich viel größer ist als das Drehmoment für die Stromerzeugung, nimmt das Trägheitsdrehmoment einen großen Teil des erforderlichen Drehmoments T&sub1; in Anspruch. Das führt zu vorzeitigem Reißen des Riemens.
Demgegenüber führt der Generatorantrieb in der vorstehenden Ausführung die Übertragung der Drehung von der Kurbelwelle 2 auf den Rotor 19 über den Riemen 3 zum Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 herbei, während die Übertragung der Drehung zum Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 unterbrochen wird, so daß keine entgegengesetzte Kraftübertragung von Trägheitsdrehmoment des Rotors 19 auf die Kurbelwelle 2 über den Riemen 3 hervorgerufen wird. Dadurch kann zum Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 eine entgegengesetzte Kraftübertragung von dem Rotor 19 auf die Kurbelwelle 2 vermieden werden, so daß Leistung, die von der Kurbelwelle 2 auf die Rotorwelle 11 übertragen wurde, dem Rotor 19 als Drehmoment verbleibt. Das Drehmoment kann nur verbraucht werden als Leistung zum Antrieb des Generators 1 (Leistung zur Stromerzeugung), und ein Drehmomentaufwand ist gering.
Wie in Fig. 5 gezeigt, beträgt zum Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 2 das Drehmoment, dem der Riemen 3 ausgesetzt ist, nicht mehr als das Trägheitsdrehmoment, das gerade den Betrag der Drehmomentabnahme der Generatorwelle 11 erhöht. Mit anderen Worten ist dieses Trägheitsdrehmoment das erforderliche Drehmoment T&sub2; zum Antreiben des Rotors 19, das ganz beträchtlich kleiner ist als das erforderliche Drehmoment T&sub1; beim Nichtvorhandensein einer Einwegkupplung (T&sub2; < T&sub1;). Obwohl das tatsächlich erforderliche Drehmoment T&sub2; entsprechend der Zunahme an Drehmoment für die Stromerzeugung größer wird, wird das von dem Riemen 3 aufzunehmende Drehmoment 12 mit Sicherheit um mindestens einen Unterschied zwischen dem ersteren und dem letzteren Trägheitsdrehmoment vermindert. Überspitzt formuliert ist es, wenn eine Belastung für eine Stromerzeugung Null ist, nur erforderliche, daß die durch die Generatorwelle zuzuführende Leistung gerade dem Betrag der natürlichen Rotationsverminderung der Generatorwelle 11 entspricht. In diesem Fall beträgt das erforderliche Drehmoment T&sub2;, dem der Riemen 3 ausgesetzt wäre, annähernd Null. Demgegenüber ist in dem Gerät ohne Einwegkupplung sogar dann, wenn eine Leistung für Stromerzeugung Null ist, ein Trägheitsdrehmoment in einer Höhe erforderlich, die zum Beschleunigen des Rotors benötigt wird, dessen Drehzahl wegen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle abgenommen hat, so daß das erforderliche Drehmoment T&sub1;, dem der Riemen ausgesetzt ist, hoch ist.
Beim Vorhandensein von Motorzusatzgeräten neben dem Generator, etwa einer Ölpumpe und einer Wasserpumpe, ist deren Lastmoment (Pumpleistung) groß, während ihr Trägheitsdrehmoment verhältnismäßig niedrig ist. Somit rufen selbst ohne Einwegkupplung die Hilfsgeräte fast keine entgegengesetzte Kraftübertragung hervor. Selbst wenn eine entgegengesetzte Kraftübertragung hervorgerufen wird, ist die Höhe dieser entgegengesetzten Kraftübertragung gering. Daher tritt das obenbeschriebene Problem nicht in Erscheinung. Ferner ist zum Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle die auf der Seite der Zusatzgeräte (angetriebene Welle) abgegebene Kraft hoch, so daß ein Betrag der Abnahme der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Welle hoch ist. Selbst wenn das Hilfsgerät mit einer Einwegkupplung versehen ist, um entgegengesetzte Kraftübertragung, wie im Falle des Generators, zu verhindern, ist somit ein Drehmoment erforderlich, um die angetriebene Welle wegen der starken Verminderung der Drehgeschwindigkeit zum Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu beschleunigen. Wie oben dargestellt, unterscheidet sich das Drehmoment, dem der Riemen ausgesetzt ist, nicht wesentlich von dem Fall der Nichtbenutzung einer Einwegkupplung. Der Einsatz einer Einwegkupplung stellt in diesem Fall keine wirksame Maßnahme dar.
Man kann nicht sagen, daß jede beliebige Einwegkupplung als Einwegkupplung 27 gemäß der Erfindung verwendbar ist. Wenn die Einwegkupplung aus dem Freigabezustand in den Verriegelungszustand geschaltet wird, rotiert die innere Lauffläche relativ um einen bestimmten Winkel β von Betriebsverzögerung gegenüber der Außenfläche, so daß die Einwegkupplung praktisch in einen Verriegelungszustand geschaltet wird. Daher würde die einen außerordentlich großen Winkel β an Betriebsverzögerung aufweisende Einwegkupplung eine mangelhafte Verriegelung herbeiführen. Das beeinträchtigt den sicheren Antrieb eines Generators durch Kraftübertragung mittels eines Riemens.
Demgegenüber ist bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in Fig. 7 dargestellt, ein Winkel β von Betriebsverzögerung der Einwegkupplung 27 kleiner als ein Winkel s geringfügiger Verschiebung von geringfügigen Schwankungen, die von der Kurbelwelle 2 auf die innere Lauffläche 37 der Einwegkupplung 27 übertragen werden, so daß die äußere Lauffläche 38 mit Sicherheit durch eine Drehkraft der inneren Lauffläche 37 in Drehung versetzt werden kann. Auf diese Weise kann der Riemen 3 durch die Einwegkupplung 27 des Generators 1 sicher angetrieben werden.
Wie bereits erwähnt, kann gemäß der Bauweise, nachdem Lager 28, 28, die in Verbindung mit dem Einbau der Einwegkupplung 27 erforderlich sind, in dem Generator 1 untergebracht werden können, dank der Änderung der Gesamtanordnung auf die Vergrößerung der Generatorwelle 11 verzichtet werden, selbst wenn die Breite der Riemenscheibe 1a der Generatorwelle 11 gering ist. Auch dadurch wird die Ausbildung eines Generatorantriebs, der in der Lage ist, die Beanspruchung eines Treibriemens herabzusetzen, unter Verwendung der Einwegkupplung 27 vereinfacht.
Gleichzeitig kann in der obengenannten Einwegkupplung 27, da ein Winkel α der Winkelverzögerung der inneren Lauffläche 37 gegenüber der äußeren Lauffläche 38 kleiner ist als ein Winkel s geringfügiger Verschiebung von geringfügigen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit, die von der Kurbelwelle 2 auf die innere Lauffläche 37 übertragen wird, vermieden werden, daß die Einwegkupplung 27 eine fehlerhafte Verriegelung herbeiführt. Somit kann die äußere Lauffläche 38 durch eine Drehkraft der inneren Lauffläche 37 sicher in Drehung versetzt werden. Dadurch kann der Riemen 3 sicher von der Einwegkupplung 27 des Generators 1 angetrieben werden.
Da außerdem die Lager 28, 28 der relativ drehbaren Lagerung des Rotors 19 auf der Generatorwelle 11 dienen und von dem Riemen ausgehende Belastung der Welle keinen Einfluß auf die Lager 28, 28 hat, können für die genannten Lager 28, 28 verhältnismäßig preisgünstige Wälz- und Gleitlager verwendet werden. Dadurch wird ein Kostenanstieg infolge des Einbaus des Generatorantriebsgeräts niedrig gehalten.
Da außerdem die Generatorwelle 11 von der Kurbelwelle 2 über den Riemen 3 jederzeit in Drehung versetzt wird, unabhängig von dem Eingreifen oder dem Nichteingreifen der Einwegkupplung 27, kann die Unterdruckpumpe 14 für die Bremse ohne Sicherheitsrisiko über die Generatorwelle 11 angetrieben werden, selbst wenn die Einwegkupplung 27 fehlerhaft arbeitet.
Bei der oben beschriebenen Erfindung wird eine Einwegkupplung 27 mit Außenwalzen eingesetzt. Jedoch führt, wenn die Bedingung erfüllt ist, daß die zu benutzende Einwegkupplung in der Lage ist, einen Winkel β der Betriebsverzögerung einzustellen, der kleiner ist als ein festgesetzter Verschiebungswinkel, die Wahl des Typs der Einwegkupplung zu keiner besonderen Einschränkung. Beispielsweise kann auch eine Einwegkupplung mit Zahngesperre verwendet werden.
Bei der obigen Ausführungsform ist die Beschreibung des Generatorantriebsgeräts auf den Dieselmotor D abgestellt. Das erfindungsgemäße Gerät läßt sich auch an einem Benzinmotor verwenden.
Ferner wird bei der oben beschriebenen Ausführungsform als Antriebsriemen ein Keilriemen 3 verwendet. Es können aber im Rahmen der Erfindung auch andere Antriebsriemen verwendet werden, beispielsweise Keilrippenriemen.
Des weiteren wird in der obigen Ausführungsform das Antriebsgerät mit einem Umschlingungsriemen beschrieben. Diese Ausführung des Antriebsgerätes ist jedoch nur als Beispiel zu verstehen. Anstelle eines Umschlingungsantriebs können auch andere Antriebe eingesetzt werden.
Wie beschrieben ist in dem Generatorantrieb des Motors und des Generators als dabei betriebenes Zusatzgerät - um eine Einwegkupplung in einem Rotationsübertragungsweg des Generatorantriebs einzusetzen und dadurch die Beanspruchung eines Treibriemens herabzusetzen - die Einwegkupplung zwischen einer Generatorwelle und einem Rotor in den Generator eingebaut. Dadurch lassen sich Lager, die wegen der Anordnung der Einwegkupplung erforderlich sind, nicht zwischen der Generatorwelle und einer Riemenscheibe auf der Generatorwelle, sondern in dem Generator anordnen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit für ein Herausführen der Generatorwelle mit daraus folgender Änderung des Gesamtaufbaus des Gerätes, selbst wenn die Riemenscheibe nur geringe Breite hat. Infolgedessen läßt sich ein Generatorantriebsgerät mit der Einwegkupplung leicht anbringen. Da ferner eine von dem Riemen ausgehende Belastung der Welle keinen Einfluß auf die Lager hat, können preiswerte Wälzlager oder Gleitlager für die oben genannten Lager eingesetzt werden, wodurch die durch den Einbau des Gerätes entstehenden Kosten reduziert werden.

Claims

1. Generator als Motorzusatzaggregat, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Generatorwelle (11) und einem Rotor (19) eine Einwegkupplung (27) eingebaut ist, welche Einwegkupplung (27) eine Drehkraft der Generatorwelle (11) auf den Rotor (19) im Zeitpunkt zunehmender Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Generatorwelle (11) überträgt, während sie die Übertragung der Drehung zwischen dem Rotor (19) und der Generatorwelle (11) im Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Generatorwelle (11) unterbricht, damit das Trägheitsdrehmoment des Rotors (19) nicht in entgegengesetzter Richtung auf die Generatorwelle (11) übertragen wird.

2. Generatorantrieb eines Motors nach Anspruch 1, bei dem eine Kurbelwelle (2) eines Motors (D) als Antriebswelle benutzt wird, eine Generatorwelle (11) eines Generators (1) mit einem Rotor (19), dessen Drehträgheit größer ist als eine Belastung zur Stromerzeugung, als angetriebene Welle benutzt wird, und eine Drehantriebskraft der Kurbelwelle (2) mit anschließenden geringfügigen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit auf die Generatorwelle (11) übertragen wird über einen Kraftübertragungsriemen (3), der zwischen der Kurbelwelle (2) und der Generatorwelle (11) ausgespannt ist, wodurch der Rotor (19) in Drehung versetzt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Generatorwelle (11) und den Rotor (19) eine Einwegkupplung (27) gesetzt ist, um auf den Rotor (19) eine Drehkraft der Generatorwelle (11) von der Kurbelwelle (2) im Zeitpunkt einer Zunahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (2) zu übertragen, während die Übertragung der Drehung zwischen dem Rotor (19) und der Generatorwelle (11) unterbrochen wird im Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (2), um zu verhindern, daß ein Trägheitsdrehmoment des Rotors (19) rückwirkend auf die Kurbelwelle (2) über den Antriebsriemen (3) übertragen wird.

3. Generatorantrieb eines Motors, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Einwegkupplung aufweist:

ein antriebsseitiges rotierendes Teil (37), das mit der Generatorwelle (11) des Generators (1) zur gemeinsamen Rotation mit der Generatorwelle (11) verbunden ist; und ein abtriebsseitiges rotierendes Teil (38), das zur gemeinsamen Rotation mit dem Rotor (19) des Generators (1) verbunden ist und mit dem antriebsseitigen rotierenden Teil (37) in einer Drehrichtung verbindbar ist,

daß die Einwegkupplung (27) so aufgebaut ist, daß sie im Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (2) ein Eingriffsverhältnis zwischen dem antriebsseitigen und dem abtriebsseitigen rotierenden Teil (37), (38) herstellt, wodurch auf den Rotor (19) von der Kurbelwelle (2) her eine Drehkraft der Generatorwelle (11) übertragen wird, und im Zeitpunkt der Abnahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (2) das Eingriffsverhältnis zwischen dem antriebsseitigen und dem abtriebsseitigen rotierenden Teil (37), (38) umschaltet in einen Freigabezustand, wodurch die Übertragung von Trägheitsdrehmoment von dem Rotor (19) auf die Kurbelwelle (2) unterbrochen wird, und

wenn das Eingriffsverhältnis zwischen dem antriebsseitigen und dem abtriebsseitigen rotierenden Teil (37), (38) umgeschaltet wird von dem Freigabezustand in den Verriegelungszustand im Zeitpunkt der Zunahme der Winkelgeschwindigkeit während geringfügiger Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (2), ein Betriebsverzögerungswinkel (β) des antriebsseitigen rotierenden Teils (37) gegenüber dem abtriebsseitigen rotierenden Teil (38) kleiner ist als ein Winkel (s) einer leichten Verschiebung von geringfügigen Schwankungen der von der Kurbelwelle (2) auf das antriebsseitige Rotationsteil (37) übertragenen Winkelgeschwindigkeit.

4. Generatorantrieb eines Motors, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die Einwegkupplung (27) an beiden Enden längs der Achse der Generatorwelle (11) mit je einem Lager (28), (28) als Drehlager zur Aufnahme des Rotors (19) auf der Generatorwelle (11) versehen ist.

5. Generatorantrieb eines Motors, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der Motor (D) ein Kraftfahrzeug-Dieselmotor ist und mit einer Unterdruckpumpe (14) für eine Kraftfahrzeugbremse ausgestattet ist, und

die Unterdruckpumpe (14) zur Antriebsübertragung verbunden ist mit der Generatorwelle (11) des Generators (1) und mit der Generatorwelle (11) umläuft.