DE245315C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

.- Λδ 245315 -KLASSE 20/. GRUPPE

HENRI PIEPER in LÜTTICH.

mit sich führen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 21. Februar 1911 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Antrieb von Fahrzeugen, bei welcher die Leistung eines Explosionsmotors mittels elektrischer Übersetzung auf die Räder übertragen wird, indem eine mit dem Explosionsmotor gekuppelte Dynamo einen auf die Triebachse wirkenden Elektromotor speist. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich eine Pufferbatterie in der Weise verbinden, daß

ίο der Wärmemotor eine zweite Dynamo antreibt, die, mit der Batterie parallel geschaltet, bald als Motor, bald als Generator arbeitet.

Gemäß der Erfindung wird die Schaltbeziehung zwischen den Stromkreisen der beiden Dynamos nicht ein für allemal fest gewählt, sondern veränderlich gemacht, indem die Möglichkeit vorgesehen wird, die vollständige elektrische Trennung der beiden Stromkreise mit einer Reihenschaltung der Dynamos zu vertauschen, und umgekehrt, wozu als dritte Schaltvariation noch die wahlweise Schaltung der einen oder der anderen Dynamo auf den Motor, also in gewissem Sinne eine Parallelanordnung der beiden Dynamos zum Motor, treten kann.

Es wird dadurch bezweckt, die Dynamo des Pufferungssystems in der für die jeweiligen Betriebs Verhältnisse günstigsten Schaltung anwenden und nicht bloß zur Erreichung des Energieausgleichs,· sondern auch als zweite Dynamo für die elektrische Übersetzung heranziehen zu können.

Das der Erfindung zugrunde liegende System ist in seinen wesentlichen Teilen aus Fig. 1 ersichtlich. Ein Explosionsmotor 1 trägt auf seiner Welle die mechanisch gekuppelten Anker der beiden Dynamos 2 und 3. Die erste von diesen (2) sendet Strom in eine Batterie 5 oder empfängt Strom aus dieser; die Batterie besteht dabei aus so viel Elementen, daß, wenn der Explosionsmotor 1 mit seiner normalen Geschwindigkeit läuft, die Batterie weder Strom erhält noch solchen abgibt. Die zweite Dynamo 3 ist mit dem Elektromotor 4, der die Räder des Fahrzeuges mittelbar oder unmittelbar antreibt, in Reihe geschaltet. Die Erregerwicklungen 11 der Dynamo 2,12 der Dynamo 3 und 13 des Motors 4 werden aus der Batterie 5 gespeist. Die beiden Erregerwicklungen 11 und 12 sind mit den Feldregulatoren 10 bzw. 9 versehen, außerdem ist ein Ausschalter 8 und ein Umschalter 7 angebracht, durch die der Strom der Erregerwicklung 12 ausgeschaltet bzw. umgekehrt werden kann. Die Gesamtanordnung der Dynamo 3 und des Motors 4 stellt das Schaltsystem nach Leonard dar. ■

Ordnet man bei einem derartigen System die beiden Dynamos in einer festen gegenseitigen Schaltbeziehung an, so wird man in keiner Weise den Eigenheiten des besonders gearteten Fahrzeugbetriebes gerecht. Wenn z. B. nur eine Reihenschaltung der beiden Dynamos möglich ist, so ergibt sich für dauernd geringe Geschwindigkeit, z. B. bei Verwendung des Fahrzeuges zu Rangierzwecken, der Nachteil, daß

beide Generatoren mit Vollbelastung gegeneinander arbeiten müssen und dadurch die Energieveiiuste ziemlich hoch werden. Hier ist die Trennung der beiden Stromkreise nötig, da dann die an die Pufferbatterie angeschlossene Dynamo mit geringem Strom und die zweite Dynamo mit geringem Feld arbeitet und daher die Verluste sehr klein werden.
Wenn man dagegen einzig nur die Trennschaltung beider Dynamos vorsieht, so geht man der Vorteile verlustig, welche die Reihenschaltung hinsichtlich der Bemessung und des Wirkungsgrades der Anordnung aufweist. Die Reihenschaltung der Dynamos gestattet, die zweite Dynamo Heiner zu wählen. Da nämlich bei dieser Schaltung ein Heranziehen beider Dynamos zur Aufbringung der notwendigen Leistung stattfindet, werden sich in dem ungünstigen Falle, in dem die Reihenschaltung auch beim Anlassen beibehalten wird und zwei Dynamos für gleiche Spannung notwendig sind, beide Dynamos in gleicher Weise an der maximalen Leistung beteiligen, und noch günstigere Verhältnisse werden sich bei dem keine Spannungsgleichheit für die beiden Dynamos voraussetzenden Anlassen mit getrennter Schaltung unter späterem Übergang auf die Reihenschaltung einstellen, indem hier die zweite Dynamo nur für die halbe Spannung vorgesehen werden kann. Es wird sich also auf jeden Fall eine Verringerung des Gewichts und damit des Preises der zweiten Dynamo ergeben. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades des ganzen Systems bedeutet die Möglichkeit · der Reihenschaltung der zwei Dynamos insofern, als die Spannung der zweiten Dynamo bei einer bestimmten Geschwindigkeit den Wert Null annimmt, die Dynamo also ausgeschaltet und somit der mit ihr verbundene Verlust beseitigt werden kann. In den oben genannten beiden Fällen entspricht dieser Moment der Hälfte bzw. zwei Drittel der maximalen Drehzahl, aber auch bei den anderen Geschwindigkeiten läßt sich der Wirkungsgrad verbessern, je nachdem die zweite Dynamo mehr oder weniger erregt wird.

Eine Verbesserung des Wirkungsgrades im gleichen Sinne bewirkt schließlich auch die Parallelanordnung der beiden Dynamos zum Elektromotor in der Weise, daß bei gleicher Spannung der beiden Dynamos der Elektromotor von der einen Dynamo auf die andere umgeschaltet, die Speisung des Elektromotors also gegebenenfalls durch die Dynamo der Pufferungsanordnung allein unter Abschaltung der zweiten Dynamo bewirkt werden kann.

Es ist somit ersichtlich, daß die Erfindung, indem sie alle diese Schaltungsarten in gegenseitiger Auswechselbarkeit bei dem System der Fig. 1 vorsieht, sich gegenüber den üblichen Ausführungen, welche nur mit einer Schaltungsart arbeiten, als Fortschritt kennzeichnet, ja überhaupt die Übertragung des bisher nur für ortsfeste Anordnungen benutzten Systems auf den Fahrzeugbetrieb in einer den besonderen Anforderungen desselben entsprechenden Weise erst ermöglicht.

In der Zeichnung sind in Fig. 1, 2 und 3 die verschiedenen Schaltfälle in gesonderter Darstellung gegeben.

Fig. ι zeigt die vollständige Trennung der Stromkreise der beiden Dynamos 2 und 3, eine Schaltung, welche zweckmäßig beim Anlassen des Elektromotors bevorzugt wird. Dieses wird sich hierbei folgendermaßen vollziehen.

Zuerst wird die Erregerwicklung 11 der Dynamo 2 mittels des Feldregulators 10 eingeschaltet und alsdann die Dynamo 2 mittels des Anlassers 6 angelassen. Der Wärmemotor 1 dreht sich darauf selbsttätig weiter. Nunmehr kann mittels des Feldregulators 10 die Spannung der Dynamo 2 so reguliert werden, daß sie der Spannung der Batterie 5 gleich ist. Der Motor 4, dessen Feldwicklung 13 dauernd vom Strom der Batterie 5 durchflossen wird, wird nun durch allmähliches Erregen der Dynamo 3 mittels des Umschalters 7, des Ausschalters 8 und des Widerstandes 9 in Gang gesetzt. Die Spannung der Dynamo 3 nimmt dabei allmählich zu, so daß auch die Tourenzahl des Motors 4 allmählich gesteigert wird.

Wenn der Motor 4 eine größere Leistung abgeben muß, als von dem Wärmemotor 1 mittels der Dynamo 3 auf ihn übertragen wird, so nimmt die Geschwindigkeit des Wärmemotors und demzufolge auch die Klemmenspannung der Dynamo 2 ab, und die Batterie 5 schickt alsdann Strom in die Dynamo 2. Im umgekehrten Falle, wenn der Motor 4 durch das Beharrungsvermögen des Fahrzeuges mitgenommen wird, wirkt er als Dynamo, während die Dynamo 3 als Motor läuft und die Geschwindigkeit des Wärmemotors 1 und die der Dynamo 2 zu steigern sucht. Letztere gibt dann infolge der Steigerung ihrer Tourenzahl und Klemmenspannung Strom in die Batterie 5 ab. In beiden angenommenen Fällen wirkt die Batterie 5 selbsttätig als Pufferbatterie. Die Pufferung wird noch gleichmäßiger, wenn auf die. Welle des Explosionsmotors ein Schwungrad aufgesetzt wird.

Soll die Geschwindigkeit verringert werden, so läßt sich die Energie, die sonst durch Bremsung verloren geht, in der Batterie 5 aufspeichern. Zu diesem Zwecke wird die Zündung des Wärmemotors 1 abgestellt, die Dynamo 2 läuft alsdann weiter, da sie von der als Motor wirkenden Dynamo 3 mitgenommen wird. Der Motor 4 arbeitet während dieser Zeit als Generator, und die Dynamo 2 liefert einen Ladestrom in die Batterie 5. Außer dieser automatischen Regulierung und der Veränderung der Tourenzahl des Motors 4 durch Regulierung

der Spannung der Dynamo 3 kann eine Änderung der Tourenzahl des Motors 4 innerhalb noch weiterer Grenzen durch schnelleren oder langsameren Gang des Explosionsmotors 1 bewirkt werden.

Bleibt die Geschwindigkeit dauernd gering, so ist bei der Schaltung der Fig. 1 nur mit dem Energieverlust zu rechnen, welcher durch die hier vorhandenen geringen Werte des FeIdstromes der Dynamo 3 und des Stromes der Dynamo 2 bedingt ist. Bei Reihenschaltung der Dynamos würde in diesem Falle, in dem die Spannungen der Dynamos einander entgegengeschaltet und beide Dynamos von dem Motorstrom durchflossen wären, der Energieverlust ungefähr den doppelten Wert annehmen.

Fig. 2 zeigt die Anordnung mit Reihenschaltung der zwei Dynamos, wobei außer den in Fig. ι gegebenen Teilen noch ein Ausschalter 8' im Stromkreis des Elektromotors 4 und ein Umkehrschalter 14 für die Erregung des Motors 4 vorgesehen ist. Der Übergang von der Schaltung der Fig. 1 zu der nach Fig. 2 kann automatisch oder von Hand, was nicht weiter dargestellt ist, in einfacher Weise dadurch geschehen, daß in den Stromkreis der Dynamo 3 ein doppelpoliger Umschalter gelegt wird, dessen Kontakte in der einen Stellung kurzgeschlossen sind, in der anderen dagegen den Stromkreis der Dynamo 3 öffnen und die Öffnungspunkte an die Klemmen der Dynamo 2 legen.

Man wird vorzugsweise den Geschwindigkeitsbereich ungefähr zwischen der maximalen Geschwindigkeit und der Hälfte derselben mit der Reihenschaltung bestreiten, für das Anlassen und für geringe Geschwindigkeiten dagegen die Trennung der Stromkreise gemäß Fig. ι anwenden. Nimmt man für die Dynamo 2 die Spannung E und für die andere (3) die Spannung E₂ an, so läßt sich durch Gegen- bzw. Hintereinanderschalten der Spannungen und Regelung der Spannung der Dynamo 3 ein Geschwindigkeitsbereich entsprechend 0,5 E bis 1,5 E erzielen. Soll die Möglichkeit nicht ausgeschlossen sein, auch das Anlassen mit der Schaltung, der Fig. 2 zu bewerkstelligen, so muß die Dynamo 3 auch für die Spannung E berechnet sein, so daß ■ die Spannung für den Elektromotor zwischen den Werten 0 und 2 E verändert werden kann. In diesem Falle wird die Anordnung der Fig. 2 folgendermaßen zu handhaben sein:

Bei unterbrochenem Elektromotorstromkreis (Schalter 8' offen) wird der Explosionsmotor mit Hilfe der Dynamo 2, wie bei Fig. 1, angelassen und dann die Spannung der Dynamo 2 mittels des Reglers 10 auf Gleichheit mit der Batteriespannung eingestellt. Die Erregerwicklung 13 des Elektromotors wird hierauf über den Umschalter 14 im gewünschten Sinne mit Strom beschickt und die Erregung 12 der Dynamo 3 mittels des Umschalters 7 und des Regulators 9 so geregelt, daß die Spannung der Dynamo 3 ungefähr gleich und entgegengesetzt derjenigen der anderen Dynamo (2) wird. Nun wird durch Schließen des Schalters 8' die Reihenschaltung vollzogen. Die auf den Elektromotor 4 zur Wirkung kommende Differenzspannung beträgt in diesem Moment Null. Durch Verstellung des Feldreglers 9 der Dynamo 3 wird die Spannung dieser Dynamo allmählich verkleinert und damit die Differenzspannung und die Geschwindigkeit des Elektromotors vergrößert. Bei einem bestimmten Geschwindigkeitswert wird die Spannung der Dynamo 3 auf Null gesunken sein, und für diese Drehzahl läßt sich die zweite Dynamo 3 ganz abschalten, so daß sie als Verlustgröße für die Anlage nicht mehr in Betracht kommt.

Wünscht man die Geschwindigkeit weiter zu steigern, so wird der Erregerstrom mittels des Umschalters 7 umgekehrt und durch den Regler 9 allmählich wieder vergrößert. Die beiden Dynamospannungen wirken jetzt einander unterstützend, und die Summenspannung kann bis auf den Wert 2 E gebracht werden. Die maximale Leistung wird durch die beiden hintereinander geschalteten Dynamos gemeinsam aufgebracht, was die Dynamo 3 gegenüber der Trennschaltung kleiner zu nehmen erlaubt.

Fig. 3 zeigt die Parallelanordnung der Dynamos zum Motor in dem oben angegebenen Sinne. Außer den bereits bei Fig. 1 erwähnten Apparaten sind hier noch zwei Umschalter 15 und 14 vorgesehen. Diese können automatisch oder von Hand bedient werden und derart zu einem einzigen Schalter vereinigt sein, daß die Schließungsstellung des einen die Öffnungslage des anderen bedingt.

Beim Anlassen wird der Schalter 15 ge- ioq schlossen und der Schalter 14 geöffnet. Die Stromkreise der beiden Dynamos sind dadurch getrennt (Schaltung nach Fig. 1). Der Explosionsmotor ι wird wiederum mit Hilfe der Dynamo 2 angelassen und diese auf gleiche Spannung mit der Batterie gebracht. Die Feldwicklung 13 des Motors 4 wird voll erregt, und die Wicklung 12 der Dynamo 3 erhält Strom in einem der gewünschten Drehrichtung entsprechenden Sinne. Mittels des Feldreglers 9 wird die Geschwindigkeit des Elektromotors eingestellt. Wenn die Klemmenspannung der Dynamo 3 gleich, der Spannung der Dynamo 2 ist, so kann der Elektromotor 4 von der Dynamo 3 ab- und auf die Dynamo 2 umgeschaltet werden. Dies wird durch Schließen des Schalters 14 unter gleichzeitiger Öffnung des Schalters 15 erreicht. Die Dynamo.2 tritt an die Stelle der Dynamo 3 und besorgt allein die Stromlieferung für den Elektromotor 4; die Verluste der zweiten Dynamo sind beseitigt. Die Regelung der Geschwindigkeit des Elektro-

motors kann nunmehr mittels des die Erregung 13 beeinflussenden Regelwiderstandes 16 erfolgen.

Außer der in der Zeichnung gegebenen Ausführungsform der Erfindung lassen sich auch noch andere denken, insofern es auch bei Verwendung von mehreren Explosionsmotoren.mit elektrischer Kraftübertragung und Energieausgleich möglich ist, gemäß dem Erfmdungsgedanken von der elektrischen Trennung der Stromkreise der Dynamos der Kraftübertragung und der Pufferung auf ihre Reihen- bzw. Parallelschaltung überzugehen, und umgekehrt.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Schalteinrichtung für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, die ihre Krafterzeugungsanlage, bestehend aus einem Explosionsmotor, aus einer mit diesem gekuppelten, den Triebmotor speisenden Dynamomaschine und aus einer zweiten, ebenfalls mit dem Explosionsmotor gekuppelten, in Parallelschaltung mit einer Batterie den Energieausgleich bewirkenden Dynamomaschine mit sich führen, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenseitige Schaltbeziehung der Stromkreise der beiden Dynamos (2 und 3) veränderlich ist, derart, daß von der vollständigen Trennung der zwei Stromkreise (Fig. 1) auf die Reihenschaltung der beiden Dynamos (Fig. 2) übergegangen werden kann, und umgekehrt, zum Zwecke, die beiden Dynamos in der für die jeweiligen Betriebsverhältnisse günstigsten Schaltung anwenden zu können.

   ' 2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer der elektrischen Trennung (Fig. 1) und der Reihenschaltung (Fig. 2) der Stromkreise der beiden Dynamos (2 und 3) noch eine Umschaltung des Elektromotors (4) von der ihn für gewöhnlich speisenden Dynamomaschine (3) auf die Dynamomaschine (2) des Pufferungssystems möglich ist (Fig. 3).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.