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Einrichtung zur Regelung der Leistung und damit der Geschwindigkeit bei Fahrzeugen mit elektrischer
Kraftübertragung.
Die Erfindung bezieht sich auf Motorfahrzeuge mit elektrischer Kraftübertragung und hat den Zweck, unter Verwendung eines einzigen Regulierhebels die Brennkraftmasehine bei allen Belastungen derart zu betreiben, dass die höchste Wirtschaftlichkeit, d. h. geringster Brennstoffverbrauch und höchste Lebensdauer der Brennkraftmaschine, erreicht wird.
Als Brennkraftmaschine wird hiebei am besten eine Type verwendet, bei welcher der Drehzahlregler derart verstellt werden kann, dass der Abschluss der Brennstoffzufuhr bei wesentlich unter der Normaldrehzahl liegenden Drehzahlen erfolgt. Als Generator für die elektrische Kraftübertragung gelangt ausschliesslich ein solcher mit automatischer Leistungsregulierung zur Verwendung, bei welchem also das Produkt Stromstärke mal Spannung über den ganzen Fahrbereich unter Einhaltung einer praktisch konstanten Drehzahl ebenfalls praktisch konstant bleibt. Am vorteilhaftesten ist ein Generator mit labiler Spannung, d. h. ein solcher, dessen Spannung bei erhöhter Stromentnahme und bei nur wenig verminderter Drehzahl sehr stark abfällt.
Es ist bekannt, bei Fahrzeugen, welche elektrische Kraftübertragung besitzen, die Brennkraftmaschine und den Generator gleichzeitig zu regeln, um beispielsweise stromlos von Seriensehaltung auf Parallelschaltung umzuschalten oder die Anfahrverhältnisse zu verbessern oder die Leistung besser auszunutzen.
Die Erfindung bietet durch die Kombination des spannungslabilen Generators mit der gleichzeitigen Regelung von Brennkraftmaschine und Generator gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil, dass der Führer des Fahrzeuges von jeder Sorge um die richtige Beanspruchung der Brennkraftmaschine befreit wird, da, wie in der Besehreibung eingehend auseinandergesetzt wird, die Kombination es ermöglicht, die ganze Bedienung auf einen einzigen Hebel zu vereinigen und jeder Stellung dieses Hebels eine bestimmte, wirtschaftlich günstige Belastung zuzuordnen, welche unabhängig ist von den Fahrtwiderständen (Fahrt in der Ebene oder auf der Steigung) und von etwaigen Minderleistungen der Brennkraftmaschinen (z. B.
Aussetzen eines Zylinders).
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bremse besitzen, kann die Erfindungsidee noch dadurch erweitert werden, dass der erwähnte Regulierhebel, im folgenden immer Fahrhebel genannt, auch zur Betätigung des Führerventils dieser Bremseinrichtung herangezogen wird. Von der Nullstellung des Fahrhebels ausgehend, bewirkt eine Bewegung desselben in der einen Richtung zwangsläufig eine möglichst wirtschaftliche Regulierung der Antriebsleistung und eine Bewegung in der andern Richtung eine Regulierung des Bremsvorganges.
Noch eine weitere Verbesserung ist bei Benutzung des Fahrhebels als Bremshebel erzielbar, wenn die Einrichtung so getroffen wird, dass der Fahrhebel bei Niehtbedienung selbsttätig in die Bremsstellung zurückkehrt. Er dient in diesem Falle als Totmanneinrichtung und ermöglicht dadurch einmännige Bedienung des Fahrzeuges. Gegenüber bekannten Totmanneinrichtungen hat die Erfindung den Vorteil, dass diese Art von Totmanneinriehtung sehr einfach ausführbar ist und vom Führer immer in Ordnung gehalten sein muss, weil sie auch als Betriebsbremse dient.
An Hand der Zeichnungen soll die erfindungsgemässe Einrichtung näher erläutert werden.
Die Fig. 1 stellt die Abhängigkeit der Leistung und Tourenzahl eines spannungslabilen Generators
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des Brennstoffverbrauehes von der Leistung bei einer Brennkraftmaschine für verschiedene Tourenzahlen. In der Fig. 3 ist schematisch und beispielsweise die Einrichtung gemäss der Erfindung dargestellt, einerseits in einer Phase, bei welcher die Brennkraftmaschine sieh im Leerlauf befindet, der Stromerzeuger
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(strichliert), welcher bei voller Belastung der günstigste Brennstoffverbrauch entspricht. Die Fit zeigt schematisch die Hebelanordnung für Fahren und Bremsen samt einer TotmanneinrichtunR'.
Fig. 1 bezieht sich auf die Auswahl des Generators. Es sind verschiedene Methoden bekannt, die es ermöglichen, dass ein Gleichstromgenerator bei annähernd gleicher Drehzahl und verschiedene entnommenen Stromstärken fast konstante Leistung aufnimmt, indem sieh die Klemmenspannung im normalen Belastungsbereich annähernd umgekehrt proportional der Stromstärke ändert. Alle derartigen Generatoren sind für die Erfindung verwendbar, sofern bei denselben eine Möglichkeit besteht, die Drehzahl, bei welcher die annähernde Konstanthaltung der Leistung erfolgt, beträchtlich zu beeinflussen.
Eine besonders einfache Lösung eines Generators für konstante Leistung stellt der spannungslabile Nebenschlussgenerator dar, dessen Verwendung für elektrische Kraftübertragunn'durch das österr. Patent Nr. 108837 bekannt wurde. Bei einem Generator dieser Bauart ist die Drehzahl, welche bei einem bestimmten Drehmoment über den normalen Strombereieh annähernd konstant- gehalten wird, gegeben durch die Formel n=K. TVe
Es bedeutet : n die Drehzahl, welche der Generator bei einem gegebenen Drehmoment automatisch konstant hält.
We den Widerstand des Erregerstromkreises, Wf den Widerstand der Erregerwicklung, Wu dise Widerstände, welche der Erregerwicklung vorgeschaltet sind.
Dabei ist TVe=Wf+Wv
Ein derartiger Generator hält beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt ist, die Leistung und Dreh-
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gemacht, so kann durch ganzes oder teilweises Kurzschliessen von 17,, die Drehzahl im vorliegenden Falle ungefähr zwischen n = 1300 und n = 650 geändert werden. Man ist daher in der Lage. für Teilbelastungen eine geringere Drehzahl einzustellen als jene, welche zur Erreichung der Volleistung notwendig ist.
Gemäss der Erfindung wird nun für Teilbelastungen die Drehzahl so reguliert, dass für die Brennkraftmasehine die günstigsten Betriebsverhältnisse bestehen. Hiefür ist vor allem die Forderung nach geringstem Brennstoffverbrauch massgebend, doch kommen auch andere Momente, wie die Vermeidung kritischer Drehzahlen, die Einhaltung einer bestimmten Mindestdrehzahl oder die Forderung nach geringstem Verschleiss der Triebwerksteile in Betracht. Für die Einstellung der Drehzahl auf die gewünschte Grösse ist, wie vorstehend auseinandergesetzt wurde, nur die entsprechende Änderung von We bzw. Wv am Generator erforderlich, ohne dass an der Brennkraftmaschine irgendeine Verstellung vorgenommen werden muss.
In Fig. 2 ist nun der Verlauf der Brennstoffverbrauchskurven eines 150 PSc Dieselmotors über der abgegebenen Leistung bei verschiedenen Drehzahlen aufgetragen. Man ersieht beispielsweise aus der Kurve für n = 1300, dass bei der Volleistung von 150 PS der spezifische Brennstoffverbrauch
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Vollast ist der Gesamtverbrauch 34,5 kglh und am wirtschaftlichsten Punkte 24#4 kg/h. Diese wirtsehaftliehe Fördermenge entspricht einer Einspritzmenge der Brennstoffpumpe, die nur etwa 70"o der Einspritzmenge bei Vollast beträgt.
Der Betrieb eines Dieselmotors mit höchstem mittlerem Kolbendruek entspricht nicht dem günstigsten Verbrauch pro Pferdestärke in der Stunde, da bei der Höchstleistung im allgemeinen schon die unvollkommene Verbrennung beginnt. Der wirtschaftlichste Betrieb, d. h. jener, bei dem der geringste Brennstoffverbrauch pro Pferdestärke in der Stunde eintritt, liegt vielmehr bei einer etwas geringeren Belastung und entspricht jenem Verhältnis zwischen angesaugtem Luftgewicht und eingespritzter Brennstoffmenge pro Hub, bei dem der für den thermischen Wirkungsgrad günstigste Luftüberschuss besteht.
Man wird also mit einem Fahrzeug, welches mit wechselnder Belastung betrieben wird, dann am sparsamsten fahren, wenn man bei allen vorkommenden Belastungen eine solche Drehzahl und solche Brennstoffeinspritzmenge wählt, dass die Betriebspunkte auf der Einhüllenden c der Brennstoffverbrauchskurven der Fig. 2 liegen.
Dies kann dadurch verwirklicht werden, dass der Füllungsregulierhebel der Brennstoffpumpe mit der Drehzahlregelung des Generators in geeigneter Weise gekuppelt wird. Entsprechend dem Verlaufe der Einhüllenden e in der Fig. 2 wäre also, ausgehend von der Vollaststellung bei n = 1300, bei fallender Belastung vorerst der Füllungsregulierhebel auf geringere Förderung der Brennstoffpumpe zu stellen, wodurch bei abnehmender Leistung zunächst der spezifische Brennstoffverbrauch günstiger wird. Ist
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Jedem eingeschalteten Widerstande im Nebenschlusskreis entspricht nach Fig. 1 eine bestimmte Dreh- zahl, die über den ganzen Fahrbereieh annähernd konstant bleibt. Da gleichzeitig am Füllungshebel der Brennstoffpumpe die dem günstigsten Verbrauche entsprechende Einspritzmenge eingestellt ist. müssen die Teilbelastungen mit grösster Wirtschaftlichkeit erfolgen.
In Fig. 3 ist eine Anordnung dargestellt, bei der z. B. ein Dieselmotor verwendet wird. dessen
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eine Welle 7 angetrieben wird. Die Muffe a wirkt auf einen bei 10 angelenkten. doppelarmigen Hebel 9, dessen freies Ende mittels eines Zapfens 8 in einem Schlitz 11 der Füllungsregelstange 42 auf diese
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kann. Die Feder 2 ist zwischen der Muffe 3 des Drehzahlreglers 1 und einer weiteren, auf der Hohlwelle 4 verschiebbaren Muffe 14 eingespannt.
Die Muffe 14 lässt sieh durch einen doppelarmigen Hebel 15, der im folgenden als Regulierhebel bezeichnet wird, mittels eines Ansatzes 1-5" verschieben. Der Regulier- hebel 15 kann, wie in der Zeichnung angedeutet ist. den Bereich von 0 (Leerlaufstellung) bis 100 (Voll- laststellung) bestreichen und ist bei 16 drehbar gelagert.
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ist mit der Leitung 31 an den Anker des Bahnmotors 32 und mit der Leitung. 33 an die Kontaktschiene 19 angeschlossen. Am Punkt 34 ist eine Differentialserienwindung 3o angeschlossen, die anderseits durch die Leitung 36 mit dem Kontakt 29 verbunden ist.
Die Nebenschlusswicklung Wf ist am Punkt 3't" an den Generator und am Punkt. 39 an den Vorschaltwiderstand 17,. mittels der Leitung. 38 angeschlossen. Die Serienerregungswicklung 41 des Bahnmotors 32 ist mit dem Fahrtwender 40 und dann mit der Kontaktschiene 20 verbunden. Die Verbindung der Nebenschlusswicklung Wf mit dem Vorschaltwiderstand Wv ist so getroffen, dass bei sehr niedriger Drehzahl die Erregung des Generators geschwächt und schliesslich der Stromkreis unterbrochen ist. Die Gegenkompoundwicklung 35 dient dazu. die vom Remanenzfeld des Generators. 39 herrührenden Ströme bei stillstehendem Fahrzeug und auf den Widerstand des Fahrmotors 32 kurzgeschlossenem Generator 30 zu vernichten.
Der Regulierhebel15 steht jedoch ausserdem noch über eine Stange 42 mit einer schwenkbaren Ansehlagstange 43, die bei 44 angelenkt ist, in Verbindung. Die Stange 42 wird durch die Feder 45 in der Richtung des Pfeiles p gezogen, so dass sich die schwenkbare Anschlagstange 4. 3 gegen einen von einer bei 47 in einer Lasche vorgesehenen Stellschraube 46 gebildeten Anschlag anlegt. Die Kupplung des
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stange 43 in ihrer voll gezeichneten Stellung verbleibt.
In Fig. 4 ist eine Anordnung schematisch dargestellt, bei welcher der Regulierhebel 15 gemäss Fig. 3 mit einem Bremshebel. 52 gekuppelt ist. Der Bremshebel 52 ist auf der Regulierwelle 53 für die Bremse (Druckluft- oder Vakuumbremse) aufgekeilt und besitzt ausserdem noch eine Nase 54. auf der eine Rolle 55, die am Ansatz 56 des bei 16 gelagerten Regulierhebels 15 dadurch ständig aufliegt. dass der Hebel 15 vermittels einer Feder 57 ständig in Richtung des Pfeiles P3 gezogen wird. Auch der Brems-
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drehen sucht, wobei dieser Verdrehung jedoch eine Luft-oder Flüssigkeitsbremse entgegenwirkt. Diese besteht aus einem Gehäuse 9, welches durch eine mit Öffnungen 60, 61 und 62 versehene Wand 63 in zwei Teile geteilt ist, in deren einem, z.
B. 64, der mittels einer Kolbenstange 66 und einer Zugstange 67 mit dem Bremshebel 52 verbundene Kolben 65 spielt. In der Fig. 4 sind vier Stellungen durch die Zeichen 0, 1, 11, 111 angegeben.
Mit 0 ist die Leerlaufstellung des Antriebsaggregates bezeichnet, mit J der Beginn, mit Il das
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aggregates verhältnismässig rasch, während der Bremsvorgang verzögert einsetzt und auch verzögert beendet wird.
Die Einrichtung'Fig. 3 arbeitet in folgender Weise :
Die Brennkraftmaschine wird z. B. durch Druckluft angeworfen, wobei sieh der Regulierhebel1. j in der Nullstellung befindet. Da die Feder 2 des Reglers den Mindestdruck für Leerlauf hat, kann die Brennkraftmaschine die Leerlaufdrehzahl nicht übersteigen, weil die Muffe. 3 bei höheren Geschwindig- keiten unter der Wirkung der ausschwingenden Gewichte 1a nach rechts verschoben wird und dadurch die Füllungsregelstange 12 die Brennstofförderung aufhebt. In der Nullstellung kann sich der Generator nicht erregen, weil die Differentialserienwicklung dem Remanenzstrom entgegenwirkt.
Um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, wird der Hebel 15 von der Nullstellung nach rechts bewegt. Der Erfolg dieser Verstellung ist, dass die Differentialserienwieklung am Generator abgeschaltet wird und der Serienwiderstand 17,. zunächst verringert wird. Gleichzeitig wird die Reglerfeder 2 zusammengepresst und die Drehzahl steigt. Die Kontakte 22, 23 und 24 sind Fbergangsstufen zur ersten Betriebsstellung am Kontakt 25, bei welchem der Vorschaltwiderstand TF,. im Nebenschlussstromkreis kurzgeschlossen ist. In dieser Stellung hält der Generator ungefähr die Hälfte der Höchstdrehzahl der Brennkraftmaschine ein, vorausgesetzt, dass W,. gleich W f ist.
In der Stellung auf Kontakt, 25 muss natürlich die Reglerfeder 2 so stark zusammengepresst werden, dass die Reglergewichte bei 650 H noch nicht ausschwingen und somit die Brennstoffzufuhr nicht verringern. Bei einer höheren Drehzahl hingegen soll die Brennstofförderung durch den Regler verkleinert werden.
Die Kontakte 26, 27 und 28 entsprechen in diesem Beispiel den Kurven der Fig. 1, bei welchen der Wert des Vorsehaltwiderstandes im Nebenschlussstromkreis 0#5 Wr, 0#8 Wc und Wr ist. Das Gleit- stück. M erreicht den Kontakt 28 zur selben Zeit wie der Regulierhebel 15 den Punkt 70. Daher kann in allen Stellungen von 0 bis 70 die Einspritzmenge 70% der : Menge, welche zum Betriebe der Brennkraftmaschine mit vollem Drehmoment notwendig ist, und die der Stellung 100 entspricht, nicht überschreiten.
Nur wenn der Regulierhebel über die Stellung 70 hinaus verschoben wird, wird die Anschlagstange 7-3 zuruekgepresst und gestattet der Brennstoffpumpe die Einspritzung einer grösseren Merge als zu
Die vorstehend beschriebene mechanische Einrichtung kann in verschiedener Weise ausgeführt werden, z. B. mit einer Nocke am Hebel 15, wodurch dieselbe Wirkung auf die Stange 43 ausgeübt wird.
Durch die vorangegangene Beschreibung wird bewiesen, dass es durch diese Erfindung nicht nur möglich ist, das Fahrzeug für alle Geschwindigkeiten und Belastungen (vom Abfahren bis zur Höchstgeschwindigkeit) zu regeln, sondern auch, dass hiezu ein einziger Hebel genügt und xleiehzeitig die höchste Wirtschaftlichkeit erzielt wird.
Die Fig. 4 zeigt, wie oben erwähnt, eine Einrichtung, bei der der Hebel 52 nicht nur den Diesel-
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Zeichnung bezeichnen die verschiedenen Betriebsstellungen. Die Stellung 0 wird benutzt, wenn keine Leistung von der Maschine verlangt und die Bremse nicht betätigt wird. Wenn der Hebel-B nach links gerückt und die Stellung I erreicht wird, beginnt die Bremse in Tätigkeit zu treten und wird mit vollem
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ist die Vollaststellung.
Die Totmanneinriehtung wirkt in folgender Weise : Wenn der Fahrhebel, d. i. der Hebel z. B. in der Stellung 777 losgelassen wird, zieht ihn die Feder 58 zurück, bis er die Stellung 77 erreicht.
Die Geschwindigkeit der Bewegung wird durch den Widerstand eines hydraulischen Kolbens geregelt. Der Widerstand von der Stellung III bis 0 ist nicht so gross als der von 0 bis II, weil die Öffnung 60
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gedrängt wird.
Die Fig. 3 und 4 sind aber nur beispielsweise schematische Lösungen, die je nach den Eigenheiten der Verbrennungskraftmaschine und dem gewünschten Effekt modifiziert werden können. So erfordert im allgemeinen eine Verpuffungsbrennkraftmasehine eine andere Regulierung als eine Gleichdruek- brennkraftmaschine (Dieselmaschine), weil die spezifischen Brennstofverbrauchskurven für Teillasten bei den beiden maschinentypen einen grundsätzlich andern Verlauf haben.