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Einrichtung zum Antrieb von Fahrzeugen nach dem gemischten System.
Bei den üblichen Ausführungsformen des gemischten Antriebs von Fahrzeugen, bei welchem ein Verbrennungsmotor mittels mechanischer Kraftübertragung auf die Achsen arbeitet und durch eine mit ihm gekuppelte und mit einer Batterie parallel geschaltete Dynamo unterstützt wird, wird eine konstante Kupplung von Dynamo und Wärmemotor vorgesehen, indem diese beiden als motorische Gesamtheit in und ausser Eingriff mit den Triebrädern gebracht werden. Aber diese konstante Kupplung von Dynamo und Wärmemotor hat Nachteile zur Folge, welche sich aus der Besonderheit des gemischten Systems ergeben.
Vor allem ist es bezüglich der Energierückgewinnung nicht günstig, einen Teil der durch die Masse des Fahrzeuges bei Verlangsamung und Talfahrt gelieferten Energie durch die verhältnismässig grosse Arbeit zu verlieren, welche nötig ist, um den Leerlauf des Motors bei der Höchstgeschwindigkeit zu bestreiten.
Ferner erscheint es hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades wünschenswert, das Übersetzungsverhältnis zwischen Dynamo und Wärmemotor ändern zu können, um den Verbrennungsmotor besser auszunutzen.'Die Erfindung will diesen und ähnlichen besonderen Forderungen des gemischten Antriebs dadurch Rechnung tragen, dass das Geschwindigkeitsverhältnis des Wämemotors zur Dynamo zwischen einem eine Übertragung der thermischen Leistung mit dem Maximum der Motordrehzahl bei bestimmter Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglichenden Höchstwert und einem den Leerlauf mit verminderter Geschwindigkeit bzw. den Stillstand des Wärmemotors gestattenden Mindestwert zweckmässig in geeigneten Stufen verändert werden kann, wobei die Veränderung von Hand oder selbsttätig bewirkt wird.
Die Notwendigkeit und der Augenblick des Überganges von einem Geschwindigkeitsverhältnis zum anderen lässt sich nach dem elektrischen Zustand der Batterie oder nach dem Streckenprofil oder nach irgendeinem anderen hierfür massgebenden Faktor oder in gleichzeitiger Abhängigkeit von mehreren dieser Faktoren bestimmen.
Die Zeichnungen zeigen in Fig. i eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung.
Die Dynamo 1 kann auf der einen Seite mittels der magnetischen Kupplung 2 mit der Triebachse 3 verbunden werden und trägt auf der anderen Seite die beiden Mittelräder 4, 5 eines Satelliten, dessen Innenrad 6 auf der Welle des Verbrennungsmotors 7 sitzt. Das Hohlrad 8 kann entweder mittels der magnetischen Kupplung 9 mit dem Wärmemotor 7 oder mittels der magnetischen Kupplung 10 mit dem Fahrzeugrahmen 11 gekuppelt werden.
Ein Solenoid 12 dient zur Regelung des Gaseinlasses für den Wärmem, otor. Für den Anker der Dynamo ist der Anlasser 13, für die Regelung des Dynamofeldes und die Einschaltung der magnetischen Kupplung 2 sind die Widerstände 14 bzw. 15 nebst Kontaktfeld 16 vorgesehen. Das Verhältnis der Durchmesser der Räder 6 und 8 (die Durchmesser der Räder 4 und 5 müssen einander gleich sein, im übrigen kommt es auf ihre Grösse hinsichtlich des Übersetzungsverhältnisses nicht an) ist z.
B. derart gewählt, dass bei Festhalten des Hohlrades 8 durch die Kupplung 10 die Geschwindigkeitsübertragung vom Motor auf die Dynamo 1 mit dem Übersetzungsverhältnis g : i, die Übertragung der Umfangskraft bei gleicher Entfernung vom Mittelpunkte also im umgekehrten Verhältnisse 1 : 3 erfolgt, was der Fall ist, wenn der Durchmesser des Wälzkreises des Hohlrades 8 doppelt so gross ist wie derjenige des Rades 6, während bei Kupplung des Hohlrades 8 mit dem
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Wärmemotor das Geschwindigkeitsverhältnis in jedem Falle gleich I : I ist.
Die Ein-und Aus : chaltung der Kupplungen 10 bzw. 9 wird durch die Kontaktfelder J7 bzw. 18 über die Widerstände 19 bzw. 20 bewirkt, und das Kontaktfeld 21 dient mittels der Widerstände 22 zur Beeinflussung des den Gaseinlass regelnden Solenoids 12. Die Batterie 23 dient zur Speisung sämtlicher vorhandener elektrischer Stromkreise.
Die Einrichtung nach Fig. i arbeitet'in folgender Weise : Zuerst wird der Wärmemotor 7 mit der Dynamo 1 zu einer Gruppe zusammengeschlossen, was zweckmässig unter Verwendung der Kupplung 10 erfolgt, da das hierdurch eingeschaltete Geschwindigkeitsverhältnis (3 : 1) eine grosse Geschwindigkeit und damit auch eine grosse Leistungsabgabe des Wärmemotors bereits bei kleiner Fahrzeuggeschwindigkeit zulässt. Es wird zu diesem Behufe der zur Änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses dienende Fahrschalter 17, 18, 21 in Stellung I gebracht. Nunmehr erfolgt die Einschaltung der Hauptkupplung 2 und das Anlassen der Gruppe 1, 7 und des Fahrzeuges mittels der Fahrschalter 13 und 16. In einem bestimmten Moment der Geschwindigkeitsregelung, z.
B. in Stellung X des Schalters 16, der sich dem Wagenführer durch einen entsprechenden Wert des am Amperemeter abzulesenden Entladestromes bemerkbar macht1 wird der Übergang auf das Geschwindigkeitsverhältnis i : I durch Einschaltung der Kupplung 9 angebracht sein, was'durch Vorrücken der Kontaktfelder 17, 18, 21 nach Stellung I1 erreicht wird. Der Rest der Geschwindigkeitsregelung wird dann mit diesem Übersetzungsverhältnis durchgeführt. Findet eine Stromrückgewinnung z. B. bei Talfahrt statt, so kann durch Überführung des Fahrschalters 17, 18, 21 nach Stellung III die Ausschaltung beider Kupplungen 9 und 10 bewirkt werden. Gleichzeitig wird durch das Kontaktfeld 21 der Gaseinlass unter Vermittlung des Solenoids 12 derart verkleinert, dass der Wärmemotor nunmehr ohne Leistungsübertragung mit z.
B. auf ein Zehntel der Maximalgeschwindigkeit verminderter Drehzahl leer läuft.
Der Übergang von einem Geschwindigkeitsverhältnis auf das andere kann natürlich auch selbsttätig erfolgen, indem z. B. ein unter dem Einfluss der Spannung und der Intensität des Batteriestromes stehendes Relais vorgesehen wird, welches bei verschiedenen Werten des Batteriezustandes die eine oder die andere oder keine der beiden Kupplungen 9 und 10 zur Wirkung bringt. Ferner können insbesondere für die Periode der Leistungs- übertragung des Wärmemotors mehr als zwei Geschwindigkeitsstuftn vorgesehen werden.
Endlich kann die Veränderung des Geschwindigkeitsveihältnisses auch so verwirklicht werden, dass z. B. bei Bergfahrt während der ganzen Geschwindigkeitsregelungsperiode mit dem grossen Übersetzungsverhältnis gearbeitet wird und bei Verminderung der notwendigen Leistung, z. B. 'beim Übergang auf Horizontalfahrt, das Geschwindigkeitsverhältnis 1 : 1 unter entsprechender Verkleinerung der Drehzahl des Wärmemotors durch Gasregelung zur Wirkung kommt.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsfo ! m des Eissndungsgegenstandes, bei welcher eine selbsttätige Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses in Abhängigkeit vom Batteriezustand stattfindet. Zwischen der Dynamo 30 und dem Verbrennungsmotor 31 ist die magnetische Kupplung 32 vorgesehen, währerd die magnetische Kupplung 33 die Verbindung der Gruppe 30, 31 mit den Triebachsen ermöglicht. Der Fahrschalter. 34 umfasst die
Widerstände 35, 36,37, welche für das Anlassen des Dynamoankers die Einschaltung der Kupplung 33 und die Regelung'des Dynamofeldes bestimmt sind.
Die Kupplung 32 ist von einem Differentialrelais 38 beherrscht das von der Spannung, und der Stromstärke des Batteriestromes abhängt und in einer bestimmten Stellung seines Kernes den Stromkreis des Solenoids 39 schliesst, das seinerseits dann die Abschaltung der Kupplung 32 über die Widerstände 40 bewirkt. Gleichzeitig wirkt der Magnet 38 auf den Gaseinlass des Wärmemotors ein, indem er in bekannter Weise je nach dem Vorhandensein eines Entlade-oder Ladestromes die Gaszufuhr öffnet oder abdrosselt. Die Batterie 41. dient zur Pufferung und
Rückgewinnung von Energie und zur Speisung der einzelnen Steuerstromkreise.
Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet in folgender Weise : Beim Anfahren entnimmt die Dynamo Strom von der Batterie, so dass das Relais 38 den Stromkreis des Solenoids 39 offen hält und die Kupplung 32 Wärmemotor und Dynamo zu einer Einheit verbindet.
Mittels des Fahrschalters 34 wird in bekannter Weise das Anlassen der Gruppe 30, 31, das Einschalten der Hauptkupplung 33 und die Geschwindigkeitsregelung des'Fahrzeuges bis zum Maximalwert bewirkt. Das D ; fferentialrelais 38 wird derart vom Batteriezustand beeinflusst, dass es den Stromkreis des Solenoids 39 und den Gaseinlass des Motors offen hält, so lange die Dynamo Strom von der Batterie nimmt, dass es aber seine Kontakte schliesst und dadurch die Abschaltung der Kupplung 32 durch den Magneten 39 hervorruft, sobald ein Ladestrom von bestimmten Werte auftritt, Normalerweise wird also die Verbrennungskraftmaschine bei Anfahrt und in Steigungen dauernd mit der Dynamo gekuppelt sein und Leistung mit dem Geschwindigkeitsverhältnis z.
B. von i : 1 auf die Triebräder
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und bei Verlangsamung selbsttätig oberhalb eines'bestimmten kleinen Ladestromwertes, welcher zur Deckung der elektrischen Verluste notwendig ist, gelöst. Gleichzeitig mit der Abschaltung der Kupplung 32 wird durch den Magneten 38 die Gaszufuhr zum Motor 31 derart abgedrosselt, dass derselbe nunmehr mit verminderter Geschwindigkeit leer läuft oder eventuell zum Stillstand kommt. Wenn do, s Fahrzeug von neuem Triebkraft verlangt und eine Entladung der Batterie z.
B. beim Wiederanfahren hervorruft, schliesst das Relais 38
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gleichzeitig den Gaseinlass von neuem frei, so dass der Wärmemotor mit der Dynamo zu einem mechanischen Ganzen wieder verbunden wird, wobei durch das Relais 38 der Gaseinlass entsprechend der notwendigen Leistung geregelt wird.
Wie ersichtlich, ist bei einem derartigen Triebsystem eine praktisch vollkommene Energierückgewinnung möglich, indem die ganze Energie des Fahrzeuges, die durch das Beharrungsvermögen bei Verlangsamung und durch das Gewicht bei Talfahrt verfügbar ist, unter Vermeidung des sonst durch den Leerlauf des Wärmemotors mit der Höchstdrehzahl entstehenden Arbeitsverlustes in elektrische Energie umgewandelt werden-kann. Die Entkupplung des Wärmemotors vollzieht SiCh-ohne jeden Nachteil für das ruhige Arbeiten des Wagens, da ja durch die Dynamo eine in ständiger Kupplung mit den Rädern stehende Triebkraft gegeben ist, welche einen Stoss beim Übergang auf den Leerlauf des Wärmemotors verhindert. Der für den Leerlauf mit verminderter Geschwindigkeit erforderliche Brennstoffverbrauch ist so gering, dass er als Verlustwert nicht in Betracht kommt.
Je nach dem jeweiligen Betriebsprogramm kann es zweckmässig sein, anstatt das Vorhandensein eines Ladestromes von bestimmter Grösse abzuwarten, den Wärmemotor von der Dynamo schon dann abzukuppeln, wenn der Entladestrom gleich Null geworden oder selbst wenn noch ein bestimmter Entladestrom vorhanden ist. Wenn auf die Selbsttätigkeit bei der Ein-und Ausschaltung der Hilfskupplung verzichtet wird und der Wagenführer das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Dynamo und-Wälmemotor regelt, kann die Entkupplung des Wärmemotors auch dann 0 vorgenommen werden, wenn dieser aus irgendeinem Grunde keine Leistung mehr abgibt und die Dynamo den Antrieb des Fahrzeuges allein zu besorgen hat.
Wenn auf die Verbesserung der Stromrückgewinnung bei Horizontalfahrt verzichtet wird, kann die Überführung des Wärmemotors in den Leerlauf mit verminderter Geschwindigkeit auch in Abhängigkeit vom Profil'der Strecke erfolgen, indem eine am Wagenrahmen befestigte Vorrichtung, welche die jeweilige Neigung des Profils annimmt, die Hilfskupplung zwischen Wärmemotor und. Dynamo bei Talfahrt ausser Wirkung setzt. Natürlich muss diese Vorrichtung, z, B. ein Qucksilberunterbrecher mit Niveauänderung derart gebaut sein, dass die gewöhnlichen Schwankungen des Fahrzeugrahmens ihn nicht beeinflussen. Ausserdem
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Doppelwirkung vorgesehen werden.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Ver- änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses in gleichzeitiger Abhängigkeit vom Profil der Strecke und vom Batteriezustand selbsttätig bewirkt wird. Ausser den bereits in Fig. 2 erwähnten Teilen der Anordnung ist hier neben dem vom Batteriezustand beeinflussten Relais 38 noch ein zweites, den Stromkreis des Solenoids 39 beherrschendes Relais 42 vorgesehen, welches erregt wird und seine Kontakte schliesst, sobald ein Quecksilber- unterbrecher 43, der die jeweilige Neigung des Fahrzeugrahmens annimmt, die Kontakte 44 bei der einen bzw. 45 bei der anderen Fahrtrichtung im Falle einer Talfahrt bestimmter Neigung.
schliesst. Wenn gleichzeitig die Batterie die gewählte Spannung erreicht hat, schliesst das Relais 38 seinerseits die zugehörigen Kontakte, so dass dann der Stromkreis des Solenoids 39 vollendet it und dieses die Abschaltung der Kupplung 32 bewirkt, wobei gleichzeitig der Wärmemotor durch entsprechende Gasregelung zum Leerlauf mit verminderter Geschwindigkeit bzw. zum Stillstand gebracht wird. Durch den Schalter 46 bzw. 47 wird jeweils das eine Kontaktpaar 44 bzw. 45 für die Bergfahrt abgeschaltet..
An Stelle einer magnetischen Kupplung, wie sie in den Figuren vorgesehen ist, lässt sich jedes andere Mittel anwenden, welches die Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen Wärmemotor und Dynamo zu verwirklichen erlaubt. Man kann z. B. zwischen den Wellen der beiden Maschinen eine lose Kupplung einschalten, welche in bekannter Weise mit Klinke und Sperrad oder mit Kugeln arbeiten kann. In diesem Falle ist es zur Erzielung des Leerlaufes des Wärmemòtors mit verminderter Geschwindigkeit nur nötig, die Gasregelung so zu beeinflussen, dass der Motor z. B. mil 100 Touren laufend, hinter der Dynamo zurückbleibt. Ein neuerlicher Eingriff des Wärmemotors mit der Dynamowelle erfordert ebenso nichts weiter als die Beschleunigung der Verbrennungskraftmaschine durch entsprechende Vermehrung der Brennstoffzufuhr.
Die Regelung des Gaseinlasses kann von Hand oder selbsttätig erfolgen und ebenfalls vom Batteriezustand bzw. dem Streckenprofil
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verwirklicht werden kann, sind auch die übrigen Teile der den Erfindungsgegenstand bildenden Anordnung in mannigfacher Ausführung im einzelnen fähig.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Einrichtung zum Antrieb von Fahrzeugen nach dem gemischten System, bei welchem ein Wärmemotor mittels mechanischer Kraftübertragung auf die Triebachsen arbeitet und eine mit dem Wärmemotor gekuppelte Dynamo in Parallelschaltung mit einer Batterie zur Pufferung und Wiedergewinnung von Energie dient, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsverhältnis des Wärmemotors (z. B. 7 in Fig. I) zur Dynamo (1) zwischen einem eine Übertragung der thermischen Leistung mit der grössten Motordrehzahl bei bestimmter Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglichenden Höchstwert und einem den Leerlauf mit verminderter Geschwindigkeit oder den Stillstand des Wärmemotors gestattenden Mindestwert, zweckmässig in geeigneten Stufen, - von Hand oder selbsttätig veränderlich ist.