-
Zugkraft-Überwachungsgerät für Triebfahrzeuge Zusatz zur Patentanmeldung
M 46546 IX b / 42 k (Auslegeschrift 1 115 953) In der Hauptpatentanmeldung ist ein
Gerät beschrieben, durch das die Fahrgeschwindigkeit und die Zugkraft bzw. das Treibrad-Drehmoment
eines Triebfahrzeugs gemessen und einer dieser Meßwerte so umgeformt wird, daß der
Fahrzeugführer an der Übereinstimmung der auf einem Anzeigegerät sichtbar gemachten
Meßwerte erkennen kann, ob die von ihm eingestellte Füllung der Antriebsmaschine
im unteren Geschwindigkeitsbereich gerade die erwünschte Zugkraft dicht unter der
Haftgrenze zwischen Rad und Fahrbahn erzeugt. Das Meßergebnis kann auch zur selbsttätigen
Begrenzung der Füllung benutzt werden.
-
Die weit auseinanderliegenden Meßstellen am Zughaken bzw. an den Drehmomentstützen
und an den Achsen bzw. einer Antriebswelle haben den Nachteil, daß sie erst bei
der Endmontage des Fahrzeugs zu einem geschlossenen Regelkreis zusammengeschlossen
werden können. Eine vorhergehende Prüfung auf dem Prüfstand kann nicht vorgenommen
werden. Auch ist der Anbau von Meßstellen an groben und ungeschützt liegenden Teilen,
wie Zughaken, Drehmomentstützen und Achsen, nicht sehr vorteilhaft.
-
Durch die Erfindung soll dieser Mangel vermieden und ein Weg gezeigt
werden, beim Vorhandensein eines Föttingergetriebes mit mindestens einem Anfahrwandler
alle Meßstellen in dem Getriebe unterzubringen bzw. sie an dieses anzubauen.
-
Der Wirkungsgrad eines Föttingergetriebes bleibt für gleiche Betriebszustände
normalerweise über eine lange Betriebszeit unveränderlich, und die Eingangsleistung
des Wandlers steht in einer festen Beziehung zur Eingangsdrehzahl, und weiter steht
auch das Ausgangsdrehmoment in einer eindeutigen Beziehung zur Eingangsleistung
und zur Ausgangsdrehzahl. Es ist nämlich das Ausgangsdrehmoment des Föttingerwandlers
worin K eine Konstante, n1 und n2 die Ein- und Ausgangsdrehzahlen und q den Wirkungsgrad
des Wandlers bedeutet. Der Wirkungsgrad des Wandlers ist wiederum eine Funktion
der Ein- und Ausgangsdrehzahl [ii = fa(n,, n2)]. Wird für das Ausgangsdrehmoment
gemäß der Reibungslinie im Zugkraft-Geschwindigkeits-Schaubild der zu der jeweiligen
Ausgangsdrehzahl n2 gehörige Wert M2 eingesetzt, so ist jeder Ausgangsdrehzahl n2
auch eine eindeutige Eingangsdrehzahl n1 zugeordnet. Die Haftreibung und damit das
Ausgangsdrehmoment an der Reibungsgrenze folgt bekanntlich der Beziehung
worin a, b und c Konstanten sind, so daß der Sollwert für die Eingangsdrehzahl
ist. Die zusammengehörigen Wertepaare für n1 = f (n,) lassen sich entweder
aus dieser Beziehung für den jeweiligen Anwendungsfall berechnen oder experimentiell
bestimmen. Natürlich kann auch ein anderer Verlauf von M2 = fl(n2) zugrunde
gelegt werden, z. B. M2 = konst.
-
Erfindungsgemäß wird die Ein- und Ausgangsdrehzahl des Föttingergetriebes
gemessen und einer der beiden Meßwerte gemäß der Funktion n1 = f (n2)
durch
ein Getriebe auf die zugehörigen Sollwerte des anderen umgeformt mit dessen Istwerten
verglichen. Wie bei der Hauptpatentanmeldung kann der Vergleich durch Beobachten
der Deckung oder Abweichen von zwei einegemeinsameSkala bestreichendenZeigern ausgeführt
werden, oder es kann die Abweichung der beiden Werte voneinander zur Verstellung
einer Füllungsbegrenzung der Antriebsmaschine benutzt werden.
-
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Beziehung n1
= f (n2) in geeigneten Fällen angenähert durch eine lineare Gleichung wiederzugeben
und dementsprechend die Umformung des einen Meßwertes durch ein Getriebe mit fester
Übersetzung vorzunehmen.
-
Föttingergetriebe mit mehreren Wandler- oder Kupplungskreisläufen
besitzen gewöhnlich eine Drehzahlmeßeinrichtung, die mit Fliehkraftgeräten oder
mit
Meßpumpen und Meßdüsen arbeitet und entweder nur an der Ausgangswelle oder an der
Ein- und Ausgangswelle angebracht ist und die Einschaltung der einzelnen Kreisläufe
steuert. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können solche Drehzahlmeßeinrichtungen
auch für die Zugkraftüberwachung benutzt werden, wodurch eine besonders einfache
und billige Anordnung entsteht.
-
Die Zeichnung gibt mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch wieder. Es zeigt Abb. 1 den Verlauf der über der Ausgangsdrehzahl n2
aufgetragenen Eingangsdrehzahl n, für den Zugkraftverlauf eines Triebfahrzeugs gemäß
der Reibungsgrenze, Abb.2 die Anordnung eines Anzeigegeräts auf mechanischer Grundlage
am Föttingergetriebe, Abb. 3 die Umrisse der Kurvenscheiben für die Anordnung gemäß
Abb. 2, Abb. 4 die Anordnung eines elektrischen Anzeigegeräts am Föttingergetriebe
und Abb. 5 die Anordnung einer Fällungsgrenzregelung auf hydraulischer Grundlage
am Föttingergetriebe. Die den jeweiligen Ausgangsdrehzahlen n2 zugehörigen Eingangsdrehzahlen
n, werden für einen bestimmten Fall vorausberechnet oder durch Versuch ermittelt
und haben beispielsweise einen Verlauf gemäß der Linie 1 in Abb. 1. Bei der
Ausgangsdrehzahl n2,., die der Reibungsgrenze entspricht, hat die Eingangsdrehzahl
den der Vollast der Antriebsmaschine entsprechenden Wert n,.. erreicht und steigt
bei wachsender Fahrgeschwindigkeit und entsprechend wachsendem n2 nicht mehr weiter.
Je nach dem Reibungsgewicht des Triebfahrzeugs und der Auslegung des Föttinger-
und des Nachschaltgetriebes ergeben sich in den einzelnen Fällen verschiedene Wertepaare
für n, und n2. Der Verlauf der Linie 1 ist jedoch stets ähnlich wie in Abb.
1.
-
Die Abb.2 zeigt ein bekanntes Dreiwandler-Föttingergetriebe 3 mit
der vom Dieselmotor angetriebenen Eingangswelle 4, welche über die Hochgangübersetzung
5, 6 die Pumpenräder 8 auf die Primärwelle 7 antreibt. Die mit den
Pumpenrädern 8 zusammenarbeitenden Turbinenräder 9 treiben in gleichfalls
bekannter Weise über die Zahnräderpaare 10, 11 bzw. 12, 13 die Sekundärwelle
14 und die nicht gezeichneten nachgeschalteten Antriebselemente die Fahrzeugachsen
an. An der Primärwelle 7 ist der Drehzahlmesser 15 und an der Sekundärwelle
14 der Drehzahlmesser 16 angeschlossen, gegebenenfalls über biegsame
Wellen 17, 18. Die Drehzahlmesser 15 und 16 verdrehen die Kurvenscheiben
19 und 20 verhältnisgleich den Drehzahlen n, der Primärwelle 7 und
n2 der Sekundärwelle 14. Die Kurvenscheiben 19 und 20 werden von den Rollen
21 und 22 abgetastet, die deren Erhebung auf die Zeiger
23 und 24 des Anzeigegeräts 25
auf dem Führerstand des Fahrzeugs
übertragen. Die Polare h, der Kurvenscheibe 19 (Abb. 3) nimmt verhältnisgleich
mit ihrem Verdrehungswinkel (p, zu, diejenige h2 der Kurvenscheibe 20 gemäß
der Kurve n, = f (n,) nach Abb. 1 mit dem Winkel T2.
-
Bei laufendem Getriebe 3 zeigt infolgedessen der Zeiger
23 die Drehzahl n, der Primärwelle 7 an und der Zeiger 24 die Drehzahl,
die die Primärwelle 7 haben muß, wenn die Zugkraft am Treibradumfang des Fahrzeugs
den vorgeschriebenen Wert, z. B. dicht unter der Reibungsgrenze haben soll. Aus
der Deckung der Zeiger kann der Fahrzeugführer erkennen, wenn er die Füllungsregelung
des Motors richtig eingestellt hat. Das Anzeigeinstrument kann unmittelbar in Leistungseinheiten
geteilt sein. Der Zeiger 23 zeigt dann die vom Getriebe aufgenommene Leistung
und der Zeiger 27 die höchste Leistung, die dem Getriebe bei der gerade gefahrenen
Geschwindigkeit zugeführt werden darf.
-
Die veränderliche Übersetzung gemäß der Linie 1
in Abb. 1 kann
auch in die Kurvenscheibe 19 verlegt werden, während die Kurvenscheibe
20 den Meßwert proportional überträgt. In diesem Falle kann die Skala des
Anzeigegerätes 25 in Einheiten der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs geteilt
werden, der Zeiger 24
zeigt dann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der
Zeiger 23 die kleinste für die gerade eingestellte Leistung zulässige Geschwindigkeit
an. Die ganze Einrichtung kann ohne Schwierigkeiten beim Probelauf des Föttingergetriebes
auf dem Prüfstand mitgeprüft werden, da bei dem Probelauf normalerweise das Ausgangsdrehmoment
und die Ein- und Ausgangsdrehzahlen und die Eingangsleistung mitgemessen werden.
-
In den meisten praktischen Fällen kann mit ausreichender Genauigkeit
die Linie 1 der Abb. 1 angenähert durch eine Gerade 2 ersetzt werden.
Das bedeutet, daß in Abb.2 an Stelle beider Kurvenscheiben 19 und 20 mit Rollen
21 und 22 beliebige Verbindungen zu den Zeigern 23 und 24 mit entsprechenden
unveränderlichen Übersetzungen treten können, wodurch sich die Anordnung vereinfacht.
-
Die Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer solchen linearen
Abhängigkeit der Eingangsdrehzahl n, von der Ausgangsdrehzahl n2 mit elektrischer
Meßwertübertragung. An das freie Ende der Primärwelle 7 des Föttingergetriebes 3
ist der Meßgenerator 27 und an das freie Ende der Sekundärwelle 14 ist der
Meßgenerator 26 angeschlossen. Die Meßgeneratoren 26
und
27 können entweder kleine Gleichstrommaschinen oder Wechselstrommaschinen
mit eingebautem Gleichrichter sein. Die Windungszahlen der Spulen beider Meßgeneratoren
und/oder ihre Antriebsübersetzungen können sich voneinander derart unterscheiden,
daß i2 - z2 = A - k - i, - z, ist, wenn i, und i2 die Antriebsübersetzungen
und z, und z2 die Windungszahlen bedeuten. Die Meßgeneratoren 26 und 27 sind mit
je einem gleichnamigen Pol untereinander verbunden und mit dem auf dem Führerstand
befindlichen Spannungsmeßgerät 28 in einen geschlossenen Stromkreis geschaltet.
Eine konstante EMK von der Größe Er, z. B. eine von einer Batterie 29 oder von einem
Potentiometer abgegriffene Spannung ist noch in den Kreis eingeschaltet. Der Fahrzeugführer
erkennt hier die richtige Füllungseinstellung seiner Antriebsmaschine daran, daß
der Zeiger des Spannungsmeßgerätes 28
in die Nullstellung geht bzw. an der
Richtung des Zeigerausschlags, ob die eingestellte Füllung eventuell zu groß oder
zu klein ist. Bei dem Zeigerausschlag Null ist nämlich E, = Er -+ E2, wenn
E, = c - n, - i, - z,, die EMK des Generators 27 und EZ
= c # n2 A # i, - z, diejenige des Generators 26 bedeutet.
Hieraus ergibt sich also
das ist bei geeigneter Wahl der Konstanten
aber die Gleichung der Geraden 2 in Abb. 1. Ist obige Gleichung
nicht erfüllt, so entsteht an den Klemmen des Spannungsmessers 28 eine Spannung,
deren Richtung davon abhängt, ob El oder E2 + E, größer ist. Ein weiteres Beispiel
der Erfindung, bei dem die Drehzahlen hydraulisch gemessen werden und bei dem Meßergebnisse
unmittelbar auf die pneumatische Füllungseinstellung des Motors übertragen werden,
zeigt Abb.5. Mit Hilfe der Kurbel 44 stellt der Fahrzeugführer das Druckregelventil
45 auf einen bestimmten Druck in der Steuerleitung 46 ein, der der
von ihm gewünschten Motorfüllung entspricht. Im Bereich der Reibungsgrenze soll
ein zulässiger Höchstwert der Füllung nicht überschritten werden. Da der Druck in
der Steuerleitung 46 im höchsten Falle auf denjenigen in der Zuführungsleitung
47 steigen kann, läßt sich die Motorfüllung durch Begrenzung des Drucks in
der Zuführungsleitung 47 auf einen geeigneten Wert beschränken. In der Zuführungsleitung
47 wird der Druck durch ein zweites Vordruckregelventil 43 eingestellt, das über
die Leitung 48 aus dem Haupt-Luftbehälter gespeist und von dem erfindungsgemäßen
Regler eingestellt wird. Das Föttingergetriebe 3 trägt nämlich an seiner Stirnseite
die Meßpumpen 30 und 31, die von der Sekundär- bzw. Primärwelle des Föttingergetriebes
angetrieben werden. Als Meßpumpen wird man vorteilhaft Zahnrad- oder Kreiselpumpen
verwenden. Die Meßpumpen 30 und 31 saugen durch die Leitung 32 Öl aus dem Sumpf
des Getriebes 3 und drücken es durch die Meßdüsen 33 und 34 und die Rohrleitung
35 in bekannter Weise wieder in den Getriebesumpf. Die Meßpumpen
30 und 31 und die Meßdüsen 33 und 34 nebst Saug- und Druckrohrleitungen
können gleichzeitig auch in bekannter Weise zur Steuerung der Stufenschaltung des
Getriebes benutzt werden. Der Druck vor den Meßdüsen 33 und 34 ist bekanntlich mit
dem Quadrat der Pumpendrehzahlen n1 und n2 veränderlich. Bei seiner Ausnutzung zur
Regelung muß daher an Stelle der Schaulinie 1
Abb.1 eine solche entsprechend
der Beziehung n12 = f2(n22) verwendet werden. Auch diese konkav zur n2-Achse hin
gekrümmte Linie kann in manchen Fällen angenähert durch eine gerade Linie ersetzt
werden, wie das bei der Anordnung nach Abb. 5 geschehen ist. Die Drücke vor den
Meßdüsen 33 und 34 werden über die Leitungen 37 und 36 auf die Zylinder
39 und 38 übertragen. Die Kolben dieser Zylinder wirken auf den Wagebalken
41 mit den Hebelarmen r1 und r2 ein. Das Ende des Wagebalkens 41,
an dem der Kolben des Zylinders 39 angreift, ist außerdem durch die weiche
Druckfeder 40 mit der nahezu konstanten Kraft P belastet. An dem Wagenbalken
herrscht Gleichgewicht, wenn c.n12.r1=c.n22.r2+P-r1 oder
ist. Durch entsprechende Wahl der Konstanten
kann auch hier die gewünschte lineare Beziehung zwischen dem Quadrat der Primärdrehzahl
n12 und dem Quadrat der Sekundärdrehzahl n22 erreicht werden, die der Regelung zugrunde
gelegt wurde. Ist die Primärdrehzahl n1 größer oder kleiner, als es dieser Beziehung
entspricht, so schlägt der Wagebalken 41 aus und verstellt dabei das Vordruckregelventil
43 über die Stange 42. Dabei wird die Füllungsbegrenzung, wie oben
beschrieben, verändert und gemäß der Aufgabenstellung das Auftreten einer zu großen
Zugkraft verhindert.