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Vorrichtung zur Regelung der thermischen Leistung eines sogenannten gemischten
Fahrzeugantriebes.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln des Zusammenarbeitens des thermischen und elektrischen Teiles eines gemischten Fahrzeugantriebes, bei dem bekanntlich eine Verbrennungskraftmaschine in Kupplung mit einer als Motor und Generator verwendbaren Dynamo mit mechanischer Kraftübertragung auf die Räder wirkt und eine Batterie dazu dient, die elektrische Maschine'entweder durch Stromabgabe zur Unterstützung der thermischen Leistung als Motor bei Bergfahrt und beim Anfahren oder aber durch Stromaufnahme zur Energierückgewinnung durch elektrische Nutzbremsung als Generator beim Auslaufen und bei Talfahrt wirken zu lassen.
Bei einem solchen Triebwerk muss die Beziehung zwischen der theoretischen Leistungsabgabe und der Puffer-oder Speicherwirkung von Batterie und Dynamo in ganz bestimmter Weise geregelt werden. Es besteht hier ein wesentlicher Unterschied gegenüber jenen thermischelektrischen Antrieben, bei denen eine durch Kupplung eines Wärmemotors und eines Generators gebildete kleine elektrische Zentrale als getrennte Einheit auf dem Wagenrahmen angeordnet ist und einen besonderen seinerseits erst auf die Räder wirkenden Elektromotor speist.
Bei dieser Triebart, bei der die thermische Energie nur mittelbar mit Hilfe einer aus Generator und Motor bestehenden elektrischen Übersetzung auf die Fahrzeugachsen übertragen wird, hat die Regelung einfach nach dem Gesichtspunkt zu erfolgen, dass die thermische Leistung und damit die Generatorleistung dem Errergiebedarf angepasst wird, der jeweils im elektrischen Verbrauchskreis, d. h. in dem zu speisenden Elektromotor und der gegebenenfalls angeschlossenen Lichtanlage auftritt.
Demgegenüber handelt es sich bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Antriebssystem, bei dem sowohl der Wärmemotor wie die, damit gekuppelte Dynamo mechanisch auf die Räder arbeiten, darum, die Heranziehung der elektrischen Triebleistung zur Unterstützung des Wärmemotors sowie die Verwendung der thermischen Leistung selbst und schliesslich auch die Rück- gewinnung der elektrischen Energie nach genauen Erwägungen zu regeln.
Hinsichtlich der Entladung der Batterie ist z. B. die Bedingung zu erfüllen, dass der Wärmemotor zur Abgabe der Höchstleistung fähig ist, sobald oder bevor eine Entladung der Batterie stattfindet, um einen unnötigen Verbrauch elektrischer Energie hintanzuhalten. Es muss also der Gaseinlass beim geringsten Entladestrom sofort voll geöffnet werden und für jeden Wert der Entladung geöffnet bleiben. Auch muss die Umstellung des Gaseinlasses von Ladung auf Entladung bzw. von Mindest-auf Höchstwert unter allen Umständen sehr schnell und mit unbedingter Sicherheit erfolgen, selbst wenn ein jäher Wechsel gegensätzlicher Betriebsbedingungen wie beim Übergang von Tal-auf Bergfahrt stattfindet und damit plötzlich ein hoher Entladestrom auftritt.
Andrerseits soll auch Vorsorge getroffen sein, dass das Einsetzen der vor Dynamo und Batterie gelieferten zusätzlichen elektrischen Triebkraft jederzeit in der erforderlichen Höhe möglich ist, was die ständige Wahrung einer bestimmten Beziehung zwischen dem Zustand der Batterie und der Regelung des Wärmemotors voraussetzt.
Für die Wiederauffüllung des durch die Batterie dargestellten Energiespeichers ist es wichtig, dass eine sachgemässe Ladung der Batterie einen Ladestrom erfordert, der um so stärker ist, je schwächer die Batteriespannung ist und mit wachsender Ladung entsprechend abnimmt, aber selbst bei ganz entladener Batterie keinen übermässig hohen, die Batterie schädigenden Wert erreichen darf. Demgemäss ist eine Veränderung der thermischen Leistung durch geeignete Einstellung des Gaseinlasses entsprechend dem Grad der Ladung zwischen einem Höchstwert bei ganz entladener Batterie und einem Mindestwert bei vollständig aufgeladener Batterie notwendig.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass die thermische Leistung bei Horizontalfahrt sowohl für den Antrieb wie für eine etwa erforderliche Batterieaufladung genügen soll. Ferner ist bei einem durch Nutzbremsung oder Talfahrt hervorgerufenen Ladevorgang die thermische Leistung auf das mögliche Mindestmass einzustellen, um einen hohen Wirkungsgrad für die Energierückgewinnung zu erzielen.
Es sind bereits Ausführungsformen derartiger Regelvorrichtungen bekannt geworden, bei denen zwei vom Strom-bzw. der Spannung der Batterie abhängige festangeordnete Wicklungen bei Ladung in gleichem, bei Entladung in entgegengesetztem Sinne auf einen mit dem Gaseinlass verbundenen beweglichen Eisenkern einwirken. Diese Anordnung genügt wohl einzelnen der zu erfüllenden Bedingungen, aber sie arbeitet nicht unter allen Umständen zuverlässig.
Es kann bei solchen Reglern vorkommen, dass bei plötzlichem Auftreten eines hohen Entladestromes, wie z. B. beim Übergang von der Horizontalfahrt auf Bergfahrt, die sprungweise von
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schwacher auf sehr starke Erregung gebrachte Gegenwicklung den Eisenkern statt auf Öffnung auf Schluss des Gaseinlasses beeinflusst. Neben der Möglichkeit dieser Falscheinstellung besteht eine weitere ungünstige Eigenheit jener älteren Regler darin, dass verhältnismässig starke magnetische Kräfte hervorzurufen bzw. zu vernichten sind und daher die Einstellung des Gaseinlasses auf den Höchst-bzw. Mindestwert ziemlich hohe Erregerströme in einem oder anderem Sinne erfordert.
Auch erschwert die Verschiedenheit der Beziehung zwischen Stromstärke und Kernweg in unterem und oberem Erregungsbereich die Erzielung einer für alle Einstellwerte gleich bleibenden Regelgenauigkeit, insbesondere beim Ladevorgang.
Mit Rücksicht auf diese Nachteile der elektromagnetischen Regler mit beweglichem Eisenkern hat man bereits vorgeschlagen, zur Beeinflussung der thermischen Leistung einen Hilfsmotor zu verwenden, der vom Lade-bzw. Entladestrom gespeist wird und je nach der Drehrichtung den Gaseinlass öffnet oder schliesst. Eine derartige Regelvorrichtung ermöglicht aber nur die Herbeiführung eines Höchst-bzw. Mindestwertes des Gaseinlasses ohne jede Zwischeneinstellung und bestimmt die thermische Leistung stets im Sinne eines dem Nullwert zustrebenden Stromes, während eine sachgemässe Batterieladung eine abgestufte Regelung in Abhängigkeit vom Batteriestrom verlangt.
Gemäss der Erfindung soll eine der Eigenart des gemischten Antriebssystems in einwandfreier Weise gerecht werdende Regelvorrichtung für den Gaseinlass des Wärmemotors unter Benutzung zweier vom Strom-bzw. von der Spannung der Batterie abhängiger Wicklungen dadurch geschaffen werden, dass nur die eine der beiden Spulen fest und die andere entgegen einer Gegenkraft beweglich angeordnet ist und beide einander derart beeinflussen, dass die bewegliche Wicklung bei Ladung eine mit wachsendem Ladestrom zunehmende Bewegung entgegen der Gegenkraft erfährt, während sie bei Entladung nur eine einzige Stellung einnimmt, und beibehält, wobei die bewegliche Spule in dieser Entladestellung die thermische Leistung auf einen Höchstwert und mit zunehmender Entfernung davon auf entsprechend verringerte Werte mittel-und unmittelbar einstellt.
In der Zeichnung ist in Fig. I eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die vom Strom der Batterie 6 durchflossene Wicklung ist in zwei Spulen 1 und l'an den beiden Innenenden des Weicheisenzylinders 2 um einen. Mittelkern 4 angeordnet, während die von der Spannung abhängige Wicklung auf einer längs des Kernes 4 verschieblichen Spule 3 sitzt, die eine Feder 5 nach oben zu ziehen strebt. Die Spule 3 wirkt gleichzeitig als Luft- dämpfer in dem geschlossenen Weicheisenzylinder 4 und regelt so selbst die Geschwindigkeit ihrer Bewegung. Die Gaseinlassdrosselklappe 7 ist mit der Spannungsspule 3 derart gekuppelt, dass sie bei deren Höchststellung ganz geöffnet ist und bei deren Verschiebung nach unten mehr und mehr sich schliesst..
Die Polarität der beweglichen und der festen Spule wird so gewählt, dass bei Auftreten eines Entladestromes irgendwelcher Grösse die bewegliche Spule stets sich in die der grössten thermischen Leistungsabgabe entsprechenden Höchstlage einstellt und hier verbleibt, dass aber im Falle eines Ladestromes eine mit der Ladung wachsende Abwärtsbewegung der Spannungsspule entsprechend einer zunehmenden Drosselung des Gaseinlasses entgegen der Federkraft stattfindet. Natürlich müssen zur Erzielung dieser Wirkung auch die Windungszahlen der beiden Spulen geeignet gewählt werden und ausserdem ist die Vorrichtung dem jeweiligen Profil der Linie durch einmalige besondere Einstellung anzupassen.
Statt der Spannungsspule kann selbstverständlich auch die Stromspule beweglich angeordnet werden, wenn auch wegen der beweglichen Stromzuführung diese Ausführung weniger vorteilhaft erscheint.
Um die Notwendigkeit der Verstärkung und'Vernichtung ziemlich beträchtlicher magnetischer Felder und die Nachteile des remanenten Magnetismus zu vermeiden, kann die Regelvorrichtung gemäss der Erfindung auch ohne Eisen ausgeführt werden, wie in Fig. 2 beispielsweise gezeigt ist.
Gemäss der Fig. 2 ist die Spannungsspule 3 drehbar gegenüber der feststehenden Stromspule 1 angeordnet und mit einer besonderen Dämpfungsvorrichtung 8 versehen. Das Zusammenarbeiten der beiden Spulen und der Gegenkraft der Feder 5 ist derart, dass bei Entladung die Spulen einander anziehen und bei Ladung eine dem Ladezustand entsprechende Abstossung entgegen der Wirkung der Feder stattfindet, wodurch der Gaseinlass auf vollen bzw. verringerten Durchgangsquerschnitt beeinflusst wird. Die beiden Wicklungen können auch rahmenartig ausgebildet und in der Art von Dynamometerspulen angeordnet sein, indem ein bauliches Prinzip benutzt wird, das an sich bereits für Leistungsregler bei dem mit elektrischer Übersetzung zwischen Wärmemotor und Rädern arbeitenden Triebsystemen bekannt ist.
Eine solche Aus-
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eines Schneckengetriebes 10 auf die Drosselklappe 7 des Gaseinlasses zum Wärmemotor im Sinne einer thermischen Höchstleistung bei Entladung und einer geeigneten Leistungsverminderung bei Ladung.
Statt die Regelvorrichtung nach der Erfindung unmittelbar zur Beeinflussung des Gaseinlasses des Wärmemotors zu benutzen, kann sie natürlich auch bloss zum Regeln einer die Veränderung der thermischen Leistung bewirkenden besonderen Vorrichtung dienen, indem z. B. die Drosselklappe des Gaseinlasses durch einen eigenen Elektromagneten verstellt wird, dessen Teil durch einen von der beweglichen Spannungsspule geregelten Widerstand entsprechend verändert wird. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass der Regelapparat für die thermische Leistung sehr kräftig und sicher wirkend ausgebildet werden kann, gleichzeitig aber auch die von der Ladung bzw. Entladung unmittelbar beeinflusste Regelvorrichtung sich sehr empfindlich gestalten lässt.
An Stelle des ganzen Lade-bzw. Entlade-und Spannungsstromes können selbstverständlich auch nur Teilströme durch die Spulen geleitet werden. Ebenso ist es möglich, verschiedene Vorschaltwiderstände für die Spulen zu verwenden, um die von der Strom-oder Spannungsspule ausgeübte Kraft verändern und so dem Apparat verschiedenen Linienprofilen anpassen zu können, was natürlich auch durch Veränderung der mechanischen Gegenkraft, z. B. der Feder, erreichbar ist.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Vorrichtung zum Regeln der thermischen Leistung eines gemischten Fahrzeugantriebes
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lungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine feste und eine bewegliche Wicklung angeordnet sind, welch letztere bei Entladung der Batterie durch Federkraft an einem Ende ihres Ausschlages in jener Stellung gehalten wird, die der Höchstwert der thermischen Leistung bedingt, bei Ladung jedoch eine mit zunehmender Ladung wachsende Bewegung entgegen der Wirkung der Gegenkraft zwecks entsprechender Einstellung der abnehmenden thermischen Leistung erfährt.