DE102013020473A1

DE102013020473A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Beschleunigung eines Obiektes

Info

Publication number: DE102013020473A1
Application number: DE102013020473.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Beschleunigung eines Objektes umfassend eine initiale Beschleunigungsstufe und mindestens eine weitere Beschleunigungsstufe, wobei die initiale Beschleunigungsstufe ein Antriebssystem aufweist, welches in der Lage ist, das Objekt von der Ruhelage auf eine erste Geschwindigkeit V1 zu beschleunigen und jede weitere Beschleunigungsstufe ein Antriebssystem sowie ein Messsystem zur Messung der Objektgeschwindigkeit aufweist, wobei das Antriebssystem jeder der weiteren Beschleunigungsstufen dazu ausgelegt ist, das Objekt beim Erreichen oder Überschreiten einer voreingestellten Geschwindigkeit auf eine höhere Geschwindigkeit zu beschleunigen, und alle Beschleunigungsstufen mit dem Objekt mitbeschleunigt werden.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Beschleunigung eines Objektes.
Im Allgemeinen werden Objekte mittels einer einzigen Einheit oder einer Gruppe von gleichwirkenden Antriebseinheiten beschleunigt. So wird z. B. ein Zug mittels Motoren beschleunigt, die alle in ein und demselben Leistungsspektrum agieren.
Nachteil dieser Methoden und Vorrichtungen ist, dass die Antriebseinheiten nur in einem schmalen Leistungsbereich optimiert sind und außerhalb dieses Bereichs nicht optimal arbeiten. Dadurch weisen Vorrichtungen des Standes der Technik bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Objektes unterschiedliche Wirkungsgrade auf, die nur in einem kleinen Geschwindigkeitsbereich des Objektes optimal sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zur Objektbeschleunigung zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beschleunigung eines Objektes gemäß den Ansprüchen gelöst.
Objekte sind im Rahmen der Erfindung makroskopische feste Objekte, welche ein Volumen von größer als 1 Kubikmillimeter, insbesondere größer als 1 ccm aufweisen. Insbesondere die Beschleunigung großer Objekte, z. B. von der Größe eines Kraftfahrzeuges oder Zuges, wird von der Erfindung umfasst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Beschleunigung eines Objektes umfasst eine initiale Beschleunigungsstufe, mindestens eine weitere Beschleunigungsstufe sowie ein Messsystem zur Messung der Objektgeschwindigkeit, wobei die initiale Beschleunigungsstufe ein Antriebssystem aufweist, welches in der Lage ist, das Objekt von der Ruhelage auf eine erste Geschwindigkeit V1 zu beschleunigen und jede weitere Beschleunigungsstufe ein Antriebssystem aufweist, wobei das Antriebssystem jeder der weiteren Beschleunigungsstufen dazu ausgelegt ist, das Objekt beim Erreichen einer voreingestellten Geschwindigkeit auf eine höhere Geschwindigkeit zu beschleunigen, und alle Beschleunigungsstufen mit dem Objekt mitbeschleunigt werden.
Die Beschleunigung ist dabei in jeder weiteren Beschleunigungsstufe bevorzugt so groß, dass das Objekt nach der Beschleunigung durch die betreffende Beschleunigungsstufe im Vergleich zur Geschwindigkeit vor dem Wirken der betreffenden Beschleunigungsstufe eine um mindestens 10% größere Geschwindigkeit aufweist, insbesondere eine um mindestens 50% größere Geschwindigkeit. Um eine möglichst hohe Endgeschwindigkeit bei möglichst wenigen Beschleunigungsstufen zu erreichen, ist insbesondere bevorzugt, dass das Objekt eine um mindestens 80% größere Endgeschwindigkeit verglichen mit der Anfangsgeschwindigkeit bei den betreffenden Beschleunigungsstufen aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens zwei der weiteren Beschleunigungsstufen, die funktionell und/oder in ihrer räumlichen Anordnung einander folgen und jede folgende der weiteren Beschleunigungsstufen das Objekt sukzessive auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt. Ein funktionelles Folgen besteht bevorzugt darin, dass die Antriebssysteme verschiedener Beschleunigungsstufen ineinander angeordnet sind, sodass das eine Antriebssystem der einen Beschleunigungsstufe durch das innen- oder außenliegende Antriebssystem einer anderen Beschleunigungsstufe beim Antreiben des Objektes angetrieben wird. Ein Beispiel dafür wären zwei ineinander verschachtelte Elektromotoren jeweils bestehend aus Stator und Rotator, wobei der Stator des einen Elektromotors den Rotator des anderen Elektromotors darstellt.
Bevorzugte Antriebssysteme sind Motoren, insbesondere Verbrennungs- oder Elektromotoren, die bevorzugt durch ihre Drehung das betreffende Objekt mittels Hebeln oder Rädern beschleunigen.
Das Messsystem ist dazu ausgelegt, die Geschwindigkeit des Objektes zu bestimmen und bei Erreichen oder Überschreiten voreingestellter Geschwindigkeiten die Beschleunigung des Objektes durch die Beschleunigungsstufen zu steuern. Dazu gehört insbesondere das Verbinden/Trennen der Kraftübertragung aufeinander folgender Beschleunigungssysteme auf das Objekt.
Um im Falle von Elektromotoren in den Beschleunigungsstufen deren maximale Geschwindigkeit zu messen, wird als Messsystem insbesondere ein Hall-Sensor benutzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Leistung P jeder folgenden Beschleunigungsstufe größer als die der vorangehenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschleunigung eines Objektes umfasst die Schritte:

a) Beschleunigung eines Objektes zusammen mit der Beschleunigungsvorrichtung mittels einer initialen Beschleunigungsstufe von seiner Ruhelage auf eine Geschwindigkeit V1;
b) weitere Beschleunigung mittels einer weiteren Beschleunigungsstufe auf eine höhere Geschwindigkeit.

Bei dem Vorliegen von mehr als einer weiteren Beschleunigungsstufe folgt der Schritt:

c) weitere Beschleunigung mittels jeder folgenden Beschleunigungsstufe auf eine jeweils höhere Geschwindigkeit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung Teil eines sich bewegenden Objektes, z. B. eines Kraftfahrzeuges oder einer Lokomotive, bzw. einem Zug. Anstelle eines Getriebes weist das sich bewegende Objekt die Beschleunigungsstufen auf, die insbesondere jede für ein anderes Geschwindigkeitsintervall des Objektes optimiert sind. Bevorzugt weist ein diesbezüglicher Zug Beschleunigungsstufen auf, die Motoren als Antriebssysteme umfassen, welche für jeweils unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche optimiert worden sind, ohne die vorher erreichte Geschwindigkeit zu bremsen. Beispielsweise ist der Motor der initialen Beschleunigungsstufe auf einen Geschwindigkeitsbereich von 0 km/h bis 100 km/h ausgelegt, der Motor der zweiten Beschleunigungsstufe von 100 km/h bis 200 km/h und die Motoren folgender Beschleunigungsstufen für entsprechend höhere Geschwindigkeiten.
Insbesondere in einer Vorrichtung zur Beschleunigung von Zügen oder Kraftfahrzeugen sind die Beschleunigungsstufen ineinander angeordnet oder dermaßen angeordnet, dass ihre Wirkung auf die mit der Umgebung in Kontakt stehenden Antriebselemente des Objektes (z. B. Räder) an- und abschaltbar ist, insbesondere mittels Kupplungselementen. Auf diese Weise ist es bei der Verwendung von Motoren in den Beschleunigungsstufen sehr einfach, die Wirkung der einen Beschleunigungsstufe zu trennen (durch Abkuppeln) und die Kraft einer weiteren Beschleunigungsstufe auf die Räder (bzw. die mit der Umgebung in Kontakt stehenden Antriebselemente) durch Ankuppeln des betreffenden Motors wirken zu lassen.
Ein Beispiel für eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Abbildung dargestellt.
In 1 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform in einem Fahrzeug 3 dargestellt. Mit einer initialen Beschleunigungsstufe A1, die hier als Elektromotor dargestellt ist, wird das Objekt, z. B. ein Fahrzeug 3 mit den Antriebsrädern 1, wobei weitere Räder hier nicht dargestellt sind, von seiner Ruhelage auf eine Geschwindigkeit V1 beschleunigt. Die Kraftübertragung geschieht hier durch eine Kupplung 4, die hier als abnehmbarer Keilriemen dargestellt ist, aber auch eine beliebige andere Kupplung sein kann, und auf eine Antriebsachse 2 wirkt. Wird durch das Messsystem der Beschleunigungsstufe A1 bzw. A2 festgestellt, dass das Objekt eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht oder überschritten hat, wird die Beschleunigungsstufe A1 von der Antriebsachse 2 getrennt und die Beschleunigungsstufe A2 übernimmt die weitere Beschleunigung, wobei diese Beschleunigungseinheit A2 verglichen mit A1 in einem anderen Geschwindigkeitsbereich des Objektes einen optimalen Wirkungsgrad aufweist. Nachdem Beschleunigungsstufe A2 seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Verbindung zur Antriebsachse 2 wieder getrennt und A3 mit der Antriebsachse 2 zur weiteren Beschleunigung verbunden. Um im Falle von Elektromotoren in den Beschleunigungsstufen deren maximale Geschwindigkeit zu messen, wird insbesondere ein Hall-Sensor benutzt.

Claims

Vorrichtung zur Beschleunigung eines Objektes umfassend eine initiale Beschleunigungsstufe, mindestens eine weitere Beschleunigungsstufe sowie ein Messsystem zur Messung der Objektgeschwindigkeit, wobei die initiale Beschleunigungsstufe ein Antriebssystem aufweist, welches in der Lage ist, das Objekt von der Ruhelage auf eine erste Geschwindigkeit V1 zu beschleunigen und jede weitere Beschleunigungsstufe ein Antriebssystem aufweist, wobei das Antriebssystem jeder der weiteren Beschleunigungsstufen dazu ausgelegt ist, das Objekt beim Erreichen einer voreingestellten Geschwindigkeit auf eine höhere Geschwindigkeit zu beschleunigen, und alle Beschleunigungsstufen mit dem Objekt mitbeschleunigt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei der weiteren Beschleunigungsstufen umfasst, die funktionell und/oder in ihrer räumlichen Anordnung einander folgen und jede folgende der weiteren Beschleunigungsstufen das Objekt sukzessive auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugte Antriebssysteme Motoren sind, insbesondere Verbrennungs- oder Elektromotoren, wobei im Falle von Elektromotoren in den Beschleunigungsstufen deren maximale Geschwindigkeit bevorzugt mittels Hall-Sensoren als Messsysteme ermittelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung P jeder folgenden Beschleunigungsstufe größer als die der vorangehenden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Teil eines sich bewegenden Objektes ist und Beschleunigungsstufen aufweist, die insbesondere jede für ein anderes Geschwindigkeitsintervall des Objektes optimiert sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsstufen ineinander angeordnet sind oder dermaßen angeordnet sind, dass ihre Wirkung auf die mit der Umgebung in Kontakt stehenden Antriebselemente des Objektes an- und abschaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Beschleunigungselement seine Kraft mittels eines Kupplungselementes an das Objekt weitergibt und dieses dadurch beschleunigt.
Verfahren zur Beschleunigung eines Objektes mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche umfassend die Schritte: a) Beschleunigung eines Objektes zusammen mit der Beschleunigungsvorrichtung mittels einer initialen Beschleunigungsstufe von seiner Ruhelage auf eine Geschwindigkeit V1; b) weitere Beschleunigung mittels einer weiteren Beschleunigungsstufe auf eine höhere Geschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als eine weitere Beschleunigungsstufe vorliegt, wobei eine: c) weitere Beschleunigung mittels jeder folgenden Beschleunigungsstufe auf eine jeweils höhere Geschwindigkeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung in jeder weiteren Beschleunigungsstufe so groß ist, dass das Objekt nach der Beschleunigung durch die betreffende Beschleunigungsstufe im Vergleich zur Geschwindigkeit vor dem Wirken der betreffenden Beschleunigungsstufe eine um mindestens 10% größere Geschwindigkeit aufweist, insbesondere eine um mindestens 50% größere Geschwindigkeit, besonders bevorzugt eine um mindestens 80% größere Geschwindigkeit.