DE2645827A1

DE2645827A1 - Fahrzeugantrieb mit einer antriebsmaschine in form einer gasturbine

Info

Publication number: DE2645827A1
Application number: DE19762645827
Authority: DE
Inventors: Bernard Brandt Poore
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 1975-10-17
Filing date: 1976-10-11
Publication date: 1977-04-28
Also published as: JPS5250405A; FR2361238A1; DE2645827C2; SE8200370L; US4150565A; US4109772A; FR2327883B1; FR2327883A1; JPS6033983B2; GB1526569A; CA1105117A; GB1526570A; US4157124A; SE428584B; SE7611497L; IT1066751B; FR2361238B1

Description

DEERE & COMPANY

Case ^M^ iOh07 GFR

EUROPEAN OFFICE

"Fahrzeugantrieb mit einer Antriebsmaschine in Form einer

Gasturbine"

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugantrieb mit einer Antriebsmaschine in Form einer Gasturbine - insbesondere einer einwelligen Turbine mit vorzugsweise direkter Wellenverbindung zwischen einem Zentrifugalverdichter und dem Turbinenläufer - einem die Antriebskraft auf die Fahrzeuglaufräder übertragenden Fahrgetriebe und einem Steuerkreis zur Steuerung der Turbinendrehzahl und des Übersetzungsverhältnisses für das Fahrgetriebe in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen und von durch den Fahrer vorgegebenen Sollwerten.

Eine Einwellen-Gasturbine liegt nach dem Verständnis der vorliegenden Anmeldung vor, wenn die Turbine einen Turbinenläufer aufweist, der direkt mit dem Verdichterrotor über die Welle gekuppelt ist. Derartige Turbinen werden im großen Umfange für feste Drehzahlen, z. B. zur Erzeugung von Elektrizität, verwendet, und zwar auf Grund der geringen Anschaffungskosten und der großen Zuverlässigkeit. Die Kurven solcher Maschinen, welche

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die .Drehmomentänderung in Abhängigkeit von der Drehzahl wiedergeben, zeigen eine steile, schmale Spitze. Das bedeutet, daß eine einwellige Gasturbine ein .maximales Drehmoment und damit eine maximale Leistung bei einer speziellen Drehzahl entwickelt, die typischerweise im Bereich zwischen 50.000 und 70.000 U/min liegt. Diese Drehzahl bei maximalem Drehmoment wird als die 100$- oder ausgelegte Turbinendrehzahl bezeichnet. Drehmoment und Leistung fallen rasch ab, wenn die Turbinendrehzahl von dieser·ausgelegten Drehzahl nach oben oder nach unten abweicht.

Aufgrund dieser Drehmoment/Drehzahlcharakteristik sind Einwellen-Gasturbinen nur geringfügig für Fahrzeuge eingesetzt worden, bei denen ein großer und kontinuierlich veränderbarer Bereich der Arbeitsgeschwindigkeit erforderlich ist. Jedoch kann eine einwellige Gasturbine für diese Zwecke mit Vorteil angewendet werden, wenn man sie mit einer unbegrenzt oder stufenlos veränderbaren Transmission ausrüstet. Mit einem entsprechenden Steuersystem kann die Arbeitsweise einer solchen Anordnung zufriedenstellend sein, wobei das übersetzungsverhältnis des Fahrgetriebes so kontrolliert wird, daß die Maschine unter vollen Lastbedingungen die lOO^ige oder ausgelegte Geschwindig-, keit erreicht. Unter Teillastbedingungen kann das übersetzungsverhältnis kontinuierlich eingestellt werden, und zwar unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit so, daß ein optimaler der Teillast entsprechender Kraftstoffverbrauch vorliegt. Ein automatisches Steuersystem für eine solche Anordnung ist be-

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kannt (vgl. SAE-Veröffentlichung Nr. 710551 vom Juni 1971 der Society of Automotive Engineers Inc., New York).

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diesen bekannten Fahrzeugantrieb zu verbessern und nachfolgend geschilderte Nachteile und Schwierigkeiten zu vermeiden bzw. die nachfolgend geschilderten Anforderungen zu erfüllen.

Der Energieaufwand beim Starten einer zum Antrieb eines Fahrzeugs dienenden Gasturbine ist ganz beachtlich. Eine Einwellen-Gasturbine muß dabei typischerweise zunächst auf 55# der ausgelegten Drehzahl beschleunigt werden, bevor die Turbine ihren Betrieb selbst aufrechterhalten kann. Bei dieser Geschwindigkeit rotiert die Maschine mit mehreren 1000U/min, wobei ganz erhebliche kinetische Energie durch die rotierenden Teile der Maschine entwickelt wird. Das Startsystem muß nicht nur diese kinetische Energie liefern, sondern auch Energie zur Überwindung der Maechinenreibung sowie Energie zum Antrieb der zugehörigen Antriebsgetriebe und Zusatzeinrichtungen. Diese Zusatzeinrichtungen können nicht hinter der Schaltkupplung angeordnet werden, da dann diese Einrichtungen ausgeschaltet werden, wenn die Schaltkupplung ausgerückt wird.

Eine automatisch gesteuerte Turbine dieser Art ist bei hohen Belastungen leicht einem Abwürgen unterworfen, insbesondere wenn der Fahrer der automatischen Arbeitsweise vorgreift und eine Überlastungsbedingung die Maschine zum Abwürgen bringt,

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bevor der Fahrer die überlast abschalten kann. Im Falle eines Abwürgens ist eine beachtliche Verzögerung in Kauf zu nehmen, um die Maschine erneut zu starten und hochzufahren, wobei wiederum eine erhebliche Last durch das Startsystem überwunden werden muß.

Ein weiteres Problem besteht/insbesondere bei solchen Fahrzeugantrieben in einer nicht ausreichenden Anzeige der Fahrzeugarbeitsweise und der Betriebsbedingungen. Bei üblichen Benzinoder Dieselmaschinen besteht eine hinreichende Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und der Fahrzeugbelastung. Ein Tachometer ist damit eine adäquate Anzeige für den jeweiligen Betriebszustand. Wenn jedoch ein Fahrzeug mit einer Turbine und einem unbegrenzt variablen Fahrgetriebe ausgerüstet wird, welche eine automatische Steuerung besitzen, besteht nur eine geringe Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und der Fahrzeugbelastung. Es werden daher weitere Angaben über die Lastbedingungen wünschenswert.

Zur Lösung der-gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor₉ daß im Kraftweg zwischen Turbine und Fahrgetriebe eine von dem Fahrer und den Sollwert-Einstelleinriehtungen unabhängig und automatisch arbeitende Kupplung vorgesehen ist, die bei normalem Betrieb eingeschaltet ist, bei abnormalen Betriebsbedingungen den Kraftweg jedoch selbsttätig auftrennt.

Der Fahrzeugantrieb ist vor allem bezogen auf eine einwellige Gasturbine, welche die Antriebsenergie liefert. Die automatische Kupplung verhindert zuverlässig, daß beim Starten die Turbine

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unnötig belastet ist. Gleichzeitig gewährleistet diese Kupplung, daß der Kraftweg unterbrochen wird, wenn die Betriebsbedingungen die Gefahr heraufbeschwören, daß die Turbine abgewürgt wird. Die automatische Kupplung arbeitet unabhängig von den vom Fahrer vorgegebenen Sollwerten für Turbinendrehzahl und Fahrgeschwindigkeit. Die Anordnung der Kupplung gestattet eine Aufteilung des Antriebsweges in verschiedene Abschnitte, wobei ein Abschnitt unabhängig von der automatischen Kupplung ständig mit der Turbine antriebsmäßig verbunden ist, um die für den Betrieb der Turbine unerläßlichen Hilfseinrichtungen anzutreiben, während ein zweiter Abschnitt durch die automatische Kupplung von der Turbine abgetrennt werden kann, wobei dieser zweite Abschnitt nicht nur das Fahrgetriebe, sondern auch ein Getriebe umfaßt, das zum Antrieb weiterer Hilfseinrichtungen dient, die jedoch für den Betrieb der Turbine als solche nicht unerläßlich sind.

Das Fahrgetriebe kann zweckmäßigerweise ein unbegrenzt oder stufenlos veränderbares übersetzungsverhältnis besitzen und zusätzlich bei Bedarf mit einer Schaltkupplung oder mit einer automatischen Gangschaltung versehen sein.

Das Steuersystem ist so ausgebildet, daß es sowohl die Drehzahl der Turbine als auch das übersetzungsverhältnis des Fahrgetriebes steuert sowie automatisch die automatische Kupplung ausrückt.

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Zweckmäßigerweise ist dem Steuerkreis eine Belastungsanzeigeeinrichtung von besonderer Art zugeordnet, welche in Abhängigkeit von den verschiedenen Betriebsbedingungen unterschiedliche Größen zur Anzeige bringt.

Das Steuersystem kann in üblicher Weise bezüglich der Turbinendrehzahl durch mittels Hand eingegebene Sollwertsignale oder auch automatisch gesteuert werden, wobei im letzteren Fall die Turbinendrehzahl in Abhängigkeit von den Abgastemperaturmeßwerten gesteuert wird. Außerdem kann der Steuerkreis mit einer manuell betätigbaren Einrichtung zur Eingabe von Sollwerten für das übersetzungsverhältnis des Fahrgetriebes ausgerüstet sein. Bei automatischem Betrieb greift die Bedienungsperson ausschließlich über den Sollwertgeber für das übersetzungsverhältnis in das Verhalten der Maschine ein. Der Steuerkreis verarbeitet die eingegebenen Größen unter Berücksichtigung von Istwert-Signalen für die Drehzahl und das übersetzungsverhältnis des Fahrgetriebes, und zwar jeweils unter Berücksichtigung der von der Turbine zur Verfügung gestellten Leistung. Dabei findet besondere Berücksichtigung die Tatsache, daß die Turbine optimale Leistung bei einer Drehzahl, die dem maximalen Drehmoment entspricht,erbringt, und daß optimale Kraftstoffausnutzung vorliegt.

Die automatische Kupplung wird zweckmäßigerweise so gesteuert, daß sie automatisch den Kraftweg bei Drehzahlen der Turbine unterbricht, die unter 55% der ausgelegten optimalen Drehzahl liegen, während ein automatisches Einrücken bei·überschreiten dieses

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Grenzwertes erfolgt. Dieser Grenzwert liegt dabei zweckmäßigorweise unter der Leerlaufdrehzahl, die bei 60% liegen kann. Der Grenzwert ist andererseits geringfügig größer als die Drehzahl gewählt, bei der die Turbine abgewürgt wird.

Ein Gedächtniskreis kann vorgesehen sein, der verhindert, daß die automatische Kupplung in ihren Schaltzuständen pendelt, insbesondere bei Überlastbedingungen, indem bei Übersteigen des Drehzahlgrenzwertes die automatische Kupplung nur dann wieder eingerückt werden kann, wenn durch den Fahrer ein Rückstellsignal ausgelöst wird. Das Rückstellsignal bzw. ein entsprechender Schalter ist zweckmäßigerweise als Teil eines Startschalters ausgebildet, so daß bei Inbetriebnahme der Turbine automatisch die Rückstellung erfolgt.

Auf diese Weise werden Belastungen von der Turbine beim Hochfahren ferngehalten, alle Antriebsverbindungen jedoch bei Erreichen des Grenzwertes der Drehzahl automatisch zugeschaltet. Gleichzeitig wird hierdurch in den meisten Fällen ein Abwürgen der Turbine bei hoher Last vermieden, so daß weder Zeit verlorengeht noch große Energie beim Wiederstarten der Turbine aufgebracht werden muß.

Von besonderer Bedeutung ist die Anzeigeeinrichtung für die Belastungszustände des Antriebs, wobei als Anzeigegerät ein einfaches Zeigerinstrument verwendet werden kann, das auf seiner Skala unterschiedliche Anzeigebereiche aufweist, die

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unterschiedlichen Größen entsprechen. In einem unteren Anzeigebereich kann bei- Teillast der Turbine deren Drehzahl in Vierte zwischen O und der ausgelegten oder 100^-Drehzahl erfolgen. In diesem Bereich funktioniert das Anzeigegerät als übliches Tachometer. Wenn der Lastbedarf des Fahrzeuges zunimmt, kann bei .automatischer Steuerung zunächst die Drehzahl auf den ausgelegten oder lOO^igen Drehzahlwert angehoben werden. Wenn dann bei Aufrechterhaltung dieses Drehzahlbereiches die Last weiter zunimmt und dadurch eine Verminderung des Übersetzungsverhältnisses des Fahrgetriebes zur Verminderung der Last durch Herabsetzung der Fahrzeuggeschwindigkeit verursacht ,bis der Leist.ungsbedarf dem Leistungsangebot der Turbine entspricht, kann das Anzeigegerät in einem zweiten Anzeigebereich den Rückgang der Fahrgeschwindigkeit durch.Aufsummierung eines die Abweichung des tatsächlichen Übersetzungsverhältnisses von dem vorgegebenen Wert anzeigenden Fehlersignals und eines Istwert-Signalswiedergeben, welches der tatsächlichen ausgelegten Drehzahl der Turbine in diesem Bereich der Betriebsweise entspricht. Die Verstärkung des Fehlersignals wird so gewählt, daß der Zeiger selbst von dem Anzeigewert, der der ausgelegten oder lOO^igen Drehzahl entspricht, über den mittleren Anzeigebereich bis zu einem maximalen Abfall des Übersetzungsverhältnisses am oberen Ende des mittleren Bereiches' auswandert;, wobei die maximale Herabsetzung des Übersetzungsverhältnisses einem Wert gleich der Hälfte der vorgegebenen oder eingestellten Fahrgeschwindigkeit entspricht. ·

Der Steuerkreis weist zweckmäßigerweise noch eine Sicherheitsschaltung auf, die wirksam wird, wenn die Absenkung der Fahr-

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geschwindigkeit einen Wert von 50$ des eingestellten Wertes erreicht, um eine weitere Verminderung oder Herabsetzung des Übersetzungsverhältnisses zu vermeiden. Hierdurch wird gleichzeitig verhindert, daß durch ZufalVdie vorgegebene Fahrgeschwindigkeit auf einen Wert mehr als doppelt so groß wie die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit eingestellt wird. Dadurch wird eine plötzliche und übermäßige Beschleunigung,z.B. am Ende einer Überbelastung, verhindert und die Sicherheit für Fahrer und Fahrzeug erhöht. Jenseits eines Abfalls um $0% der Fahrgeschwindigkeit wird die Turbinendrehzahl vermindert,und ein normalerweise kleines Fehlersignal für die Turbinendrehzahl, welche die Kraftstoffzufuhr steuert, beginnt zuzunehmen. Diese Zunahme wird durch einen Grenzviertkreis überwacht, und zwar so, daß eine Zunahme des genannten Signals dazu führt, daß der Zeiger durch den oberen Bereich der Skala läuft, wenn ein Abfall der Maschinengeschwindigkeit auftritt. Bei einem Wert von 55$ der Turbinengeschwindigkeit, bei dem die automatische Kupplung wirksam wird, ist der Grenzwert auf der Skala erreicht, wobei jenseits dieses Grenzwertes ein weiterer Bereich markiert sein kann, welcher der Abwürgedrehzahl der Turbine entspricht.

Auf diese Weise liefert die Anzeigeeinrichtung bei automatischer Steuerung der Turbine Belastungswerte, die wesentlich aufschlußreicher als lediglich eine Tachoanzeige sind. AndererssLts liefert das Anzeigegerät bei manueller Steuerung die für diese Steuerung hinreichenden Tachowerte.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des ,Fahrzeugkraftsystems gemäß der Erfindung mit einer einwelligen Gastürbinen-Antriebsmaschine;

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Fahrzeugsteuersystems zur Verwendung bei der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 bis Fig. 9 jeweils den Schaltkreis für die in Fig. 2 gezeigten funktioneilen Elemente Fl - F7 und

Fig.10 ein Blockdiagramm einer Belastungsmeßeinrichtung zur Verwendung bei dem System nach Fig.l.'

Das in Fig. 1 gezeigte Fahrzeugkraftsystem 10 gemäß der Erfindung mit einer einwelligen Gasturbinen-Antriebsmaschine umfaßt ein Fahrzeugsteuersystem 12 und einen Antriebskraftweg mit den der Bedienungsperson zur Verfügung stehenden Betätigungs- und überwachungselementen. Der Kraftweg umfaßt eine einwellige Gasturbinen-Antriebsmaschine 14, ein Planetenrad-Untersetzungsgetriebe 16, ein Antriebsgetriebe l8 für unverzichtbare Zubehöreinrichtungen, eine automatisch arbeitende Kupplung 20, ein Untersetzungsgetriebe 22, das zugleich zum Antrieb von nicht unbedingt in Betrieb zu haltende_nZubehöreinrichtungen dient, eine Schaltkupplung 2k und ein stufenlos arbeitendes Übersetzungsgetriebe 26. Das Übersetzungsgetriebe 26 dient dazu, die Fahrzeuglaufräder in üblicher· Weise, z.B. über ein Differential, "anzu-

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treiben. Die der Bedienungsperson zur Verfügung stehenden Elemente umfassen eine die Drehzahl der Antriebsmaschine steuernde Einrichtung 28, eine die Bodengeschwindigkeit oder Fahrtgeschwindigkeit steuernde Einrichtung 30, ein Belastungsmeßgerät 32, einen Geschwindigkeitsmesser J>h sowie einen Rückstellschalter 33·

Die einwellige Gasturbinen-Antriebsmaschine 14 weist einen Kompressor und eine einzige Kraftturbine auf, welche miteinander für Einhaltung eines vorbestimmten Drehzahlverhältnisses und Drehung um eine gemeinsame Achse gekuppelt sind. Eine solche Antriebsmaschine besitzt eine Abhängigkeit des Drehmomentes von der Antriebsmaschinen-Geschwindigkeit, welche eine Kurve mit einer relativ steilen, schmalen Spitze darstellt. Es wird .somit notwendig, die Antriebsmaschine innerhalb eines relativ schmalen Drehzahlbereiches zu betreiben, um nennenswerte Leistung aus der Maschine zu erhalten. Die Maschinendrehzahl wird in üblicher Weise durch Verstellung der Kraftstoffzuspeisung in Abhängigkeit von einem Kraftstoffbedarfssignal gesteuert, welches normalerweise proportional der Differenz zwischen einem vorgegebenen und einem tatsächlichen Wert der Geschwindigkeit der Antriebsmaschine ist. Wenn das Kraftstoffbedarfssignal an Größe zunimmt, steigt auch die Kraftstoffzuführgeschwindigkeit, so daß die Antriebsmaschine l^l\ mehr Kraft liefert. Wenn die Belastungsbedingungen es zulassen, veranlaßt die zunehmende Kraft die Maschine zu beschleunigen, bis eine Abnahme des Nl-Fehlersignals eine Herabsetzung des Kraftstoffbedarfssignals und damit der Kraftstoff zuführgeschwindigkeit veranlaßt. Drei prinzipielle den

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Maschinenzustand bestimmende Signale werden von der Antriebsmaschine 14 einem Fahrzeug-Steuersystem 12 zugeleitet. Diese Signale umfassen ein Temperatursignal Tl für die angesaugte Luft, ein Temperatursignal T5 für die Abgase sowie ein Drehzahlsignal Nl vom Maschinentacho.

Das Planetenrad-Untersetzungsgetriebe 16 kann von üblicher Ausbildung sein. Es ist so ausgebildet und eingeschaltet, daß das Getriebe Energie von der Turbine 14 bei hoher Drehzahl aufnimmt und eine Drehzahlverminderung und eine entsprechende Drehmomentvergrößerung im Verhältnis von 5:1 liefert. Die 100$ige Drehzahl von 60.000 bis 70.000 U/min am Ausgang der Turbine 14 wird dadurch auf annähernd eine Drehzahl von 12.000 bis 14.000 U/min am Ausgang des Untersetzungsgetriebes 16 vermindert.

Ein Antriebsgetriebe 18 für unverzichtbare Zubehöreinrichtungen nimmt die Antriebsenergie vom Untersetzungsgetriebe 16 auf und liefert mechanische Antriebsenergie zum Antreiben der unverzichtbaren Zubehöreinrichtungen. Hierzu gehören beispielsweise die der Turbine 14 zugeleitete Antriebskraft zum Antreiben einer Kraftstoffpumpe und einer Schmierpumpe. Ein Antriebssystem für eine Servobremseinrichtung oder für eine Servolenkeinrichtung sind andere Beispiele für wesentliche Zubehöreinricht.ungen. Die Zubehöreinrichtungen, die durch das Getriebe 18 angetrieben werden, 'sind direkt und kontinuierlich an die Antriebsmaschine 14 angekuppelt und werden so lange mit der Antriebsenergie versorgt, solange die Antriebsmaschine 14 läuft·.

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Eine automatische Kupplung 20 nimmt die Antriebsenergie von dem Getriebe 18 auf und liefert eine Ausgangsenergie an das Reduziergetriebe 22, das zugleich als Antrieb für weitere nicht unbedingt ständig benötigte Hilfseinrichtungen liefert. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, daß der Kraftweg auch so ausgebildet sein kann, daß die automatische Kupplung 20 direkt und damit parallel zu dem Reduziergetriebe 18 an den Ausgang des Reduziergetriebes 16 angeschlossen werden kann. In beiden Fällen wird jedoch die automatische Kupplung 20 und die Antriebseinrichtung 18 direkt und kontinuierlich mit der Turbine 14 gekuppelt, um von dieser ständig Drehenergie aufzunehmen. Ein automatisches Anziehen und Lösen der automatischen Kupplung 20 wird durch ein Kupplungssteuersignal bewirkt, das durch das Fahrzeugsteuersystem 12 erzeugt wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die automatische Kupplung 20 normalerweise, d.h. unter normalen Arbeitsbedingungen, fortgesetzt eingeschaltet ist, jedoch kann-ein Kupplungssteuersignal zum Lösen der automatischen Kupplung 20, z.B. während des Startens und Hochfahrens der Turbine, sowie bei Überlastungszuständen erzeugt v/erden. Beim Hochfahren muß eine Turbinen-Antriebsmaschine typischerweise bis auf eine Geschwindigkeit von annähernd 55% der maximalen Drehmoment-Geschwindigkeit beschleunigt werden, bevor die Maschine selbsttätig weiterläuft. Das Maschinen-Startsystem muß in dar¹ Lage sein, eine beachtliche Energiemenge zu liefern, um die Belastung zu überwinden, die sich aus der Trägheit und der Reibung der reibenden Teile bei diesen hohen Drehzahlen ergibt. Ein Lösen der automatischen Kupplung 20 gestattet eine Verminderung dieser Trägheits-

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momente und Reibungsbelastungen, indem während des Hochfahrens lediglich das Planetenrad-Untersetzungsgetriebe 16 angetrieben wird, da über dieses Getriebe und das Antriebsgetriebe 18 der Starter und wesentliche Zubehöreinrichtungen beim Hochfahren mit angetrieben werden. Auf diese Weise wird die von dem Startsystem aufzubringende Energie wesentlich herabgesetzt.

Die automatische Kupplung 20 kann auch dann gelöst werden, wenn die Gefahr eines Maschinenstillstands durch überbelastung der Maschine besteht. Wenn angenommen wird, daß das Fahrzeugsteuersystem 12 die Maschinengeschwindigkeit auf einen Wert einsteuern soll, der durch das Signal Nl vorgegeben ist, kann die Steuereinrichtung ein Kupplungssteuersignal zum Lösen der automatischen Kupplung 20 im Falle erzeugen, daß die Maschinendrehzahl auf einen Wert nahe der Abwürgdrehzahl der Maschine von 55% des maximalen Drehzahlwertes abnimmt. Durch Lösen der automatischen Kupplung 20 wird die überlast von der Turbine abgekuppelt, so daß die Turbine 14 ohne Abwürgen wieder beschleunigen kann. Eine normale Verzögerung von etwa 30 Sekunden und der entsprechende Belastungsbedarf, der durch das Startsystem für ein erneutes Starten und Hochfahren der Turbine geliefert werden müssen, werden somit vermieden. Um ein zyklisches Schließen und Lösen der Kupplung zu verhindern, wenn ein Überlastungszustand eintritt, ist die Anordnung so getroffen, daß das'Steuersystem 12 ein erneutes Schließen der automatischen Kupplung nach einem einmaligen Lösen so lange verhindert, bis ein Kupplungs-Rückstellsignal über den Schalter 33 erzeugt wird. Der Schalter 33 kann

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zweckmäßigerweise als Teil eines normalen Zündschalters des Fahrzeugs ausgebildet sein.

Das Untersetzungsgetriebe 22 erhält seine Antriebsenergie von der automatischen Kupplung 20 und treibt seinerseits die Schaltoder Betriebskupplung 24 an . Außerdem liefert das Getriebe mechanische Antriebsenergie zum Antreiben von nicht unbedingt ständig anzutreibenden Fahrzeugzubehöreinrichtungen. Hierzu kann ein Luftkonditionierkompressor, eine hydraulische Pumpe, ein Schmiermittelkühlgebläse und ein Luftkompressor dienen. Andere Zubehöreinrichtungen können, soweit dies die Natur und die Verwendung des Fahrzeuges erfordern, ebenfalls vorgesehen sein.

Die Betriebskupplung 24 ist eine übliche von der Bedienungsperson steuerbare Kupplung, v/eiche selektiv die Kraftübertragungseinrichtungen mit der Antriebsturbine kuppelt. Bei einigen Fahrzeugen mit einer automatischen Kupplung ist die schaltbare Kupplung nicht erforderlich. Bei anderen Fahrzeugen, z.B. bei üblichen Ackerschleppern, ist die Verwendung einer schaltbaren Kupplung 24 selbst neben einer automatischen Kupplung wünschenswert.

Eine stufenlos variable Übertragungseinrichtung 26 erhält die Antriebsenergie über die Betriebskupplung 24, sofern diese selektiv eingeschaltet ist. Die übertragungseinrichtung 26 liefert eine Ausgangsdrehenergie von variablem Drehrnomentverhältnis

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an das primäre Fahrzeugantriebssystem. So kann die Einrichtung 26 so angeordnet und geschaltet sein, daß sie ausgeitfählte Laufräder eines Fahrzeuges über ein festes oder ein selektiv variables diskretes übersetzungsverhältnis antreibt. Die Einrichtung 26 ist in der Fig. so dargestellt, daß sie für das Fahrzeugkontrollsystem ein Ist-Signal der Fahrgeschwindigkeit, wie bei Gl gezeigt, liefert. Für ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen dem Ausgang der Einrichtung 26 und dem Fahrzeugantriebsrad ist das Signal Gl direkt proportional der Drehgeschwindigkeit am Ausgang der Einrichtung 26. Wenn die Einrichtung 26 so ausgebildet ist, daß sie ein System von variablem übersetzungsverhältnis antreibt, ist es notwendig, entweder das Signal Gl an einer anderen Stelle zu gewinnen oder zu erzeugen ,bzw. das Signal Gl jeweils in Abhängigkeit von dem ausgewählten Übersetzungsverhältnis zu modifizieren. Die Einrichtung 26 liefert ein Übersetzungsverhältnis, welches über einen begrenzten Bereich variabel ist, wobei jedoch ein kontinuierliches Spektrum an Übersetzungsverhältnissen im Verhältnis zu einem entsprechenden Soll-Signal R erhalten wird, das durch das Fahrzeugsteuersystem erzeugt wird« Die Einrichtung 26, die in üblicher Weise ausgebildet sein kann, weist eine Ansprechzeit auf, die relativ kurz im Vergleich zu der Ansprechzeit des Fahrzeugsteuersystems 12 ist. Der Fehler zwischen dem übersetzungsverhältnis, das durch den. Sollwert R vorgegeben ist, und dem Istwert des Übersetzungsverhältnisses ist daher sehr klein,(kleiner als 5%), so daß das Fahrzeug-'steuersystem davon ausgehen kann, daß der Istwert des Über-

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Setzungsverhältnisses identisch mit dem durch das Steuersignal R vorgegebenen Sollwert ist. Für den Fall, daß ein unbegrenzt variables übersetzungsgetriebe 26 angewendet wird, bei dem wesentliche Unterschiede zwischen dem Soll-Signal und dem Ist-Signal des Übersetzungsverhältnisses auftreten, kann es wünschenswert sein, das Fahrzeugsteuersystem 12 mit einem zusätzlichen Eingangssignal zu versorgen, welches den Istwert des Übersetzungsverhältnisses an der Einrichtung 26 repräsentiert.

Die Steuereinrichtung 23 für die Drehzahl der Antriebsmaschine arbeitet in einer Weise analog einer Drosseleinrichtung eines üblicherweise mittels Hand gesteuerten Fahrzeuges. Der Antriebsmaschinen-Drehzahl-Steuereinrichtung ist ein Wahlschalter für manuelle und automatische Steuerung zugeordnet, der ein M-A-Signal erzeugt, das eine automatische Steuerung anzeigt, wenn die Steuereinrichtung 28 in eine inaktive Stellung gebracht wird und eine Handsteuerung anzeigt, wenn die Steuereinrichtung 28 eingeschaltet ist. Bei der Betätigung erzeugt die Steuereinrichtung 28 ein Soll-Signal oder Einstellsignal Ml für die Antriebsmaschinengeschwindigkeit. Auf dieses spricht .die Fahrzeug-Steuereinrichtung 12 an, um die Maschinengeschwindigkeit, soweit dies möglich ist, auf dem Sollwert zu halten. Die Steuerungseinrichtung 30 für die Fahrgeschwindigkeit kann entweder unabhängig oder in Verbindung mit der Drehzahlsteuerungseinrichtung 28 betätigt werden. Die Fahrtgeschwindigkeits-Steuereinrichtung liefert ein Signal Gl in Abhängigkeit von der Einstellung der Einrichtung 30. Bei Handbetätigung der Einrichtung

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28 arbeitet das Signal Gl im wesentlichen als ein Steuersignal für das Getriebeverhältnis. Die unbegrenzt variable Einrichtung 26 und das Fahrzeugsteuersystem 12 arbeiten in der Weise, daß das Getriebeverhältnis und damit die Fahrtgeschwindigkeit im Verhältnis zu dem Soll-Signal Gl bleibt. Diese Werte werden, automatisch reduziert, wenn die Antriebsmaschine nicht ausreichend Kraft liefern kann, um die eingestellte Fahrtgeschwindigkeit bei der Maschinendrehzahl zu liefern, die durch die Steuereinrichtung 28 vorgegeben ist.

Bei automatischer Steuerung ist die Einrichtung 28 ausgeschaltet. Das Fahrzeug wird daher ausschließlich durch die Fahrtgeschwindigkeits-Steuereinrichtung 30 gesteuert. Bei dieser automatischen Arbeitsweise arbeitet das Soll-Signal Gl ausschließlich als Soll-Signal für die Fahrtgeschwindigkeit. Wenn ausreichend Antriebskraft zur Verfügung steht , sorgt das Fahrzeugsteuersystem dafür, daß das Fahrzeug entlang einer vorbestimmten Beschleunigungskurve bis auf die vorgegebene Bodengeschwindigkeit beschleunigt wird. Bei der automatischen Arbeitsweise kontrolliert das Fahrzeugsteuersystem gleichzeitig und in Verbindung damit, das Getriebeverhältnis und die Maschinengeschwindigkeit, damit die Antriebsmaschine möglichst nahe dem Arbeitspunkt größter Effektivität für eine vorgegebene Lastbedingung arbeitet. Es wird jedoch keine Vorsorge dafür getroffen, daß irgendeine bestimmte Maschinengeschwindigkeit aufrechterhalten wird. Wenn also nicht penügend Antriebsleistung zur Verfügung steht, gestattet es &ä§ Fahrzeugsteuersystem, daß die tatsächliche Fahr-

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Zeuggeschwindigkeit bis um 50% gegenüber dem Sollwert abnimmt. Wenn eine Geschwindigkeitsverminderung darüber hinaus im Hinblick auf die zur Verfugung stehende Maschinenleistung erforderlich wird, läßt man einen Überlastungszustand auftreten. Diese Geschwindigkeitsabnahmegrenze ist ein Sicherheitsmerkmal, welches verhindert, daß eine unachtsame Verschiebung der Bodengeoschwindigkeits-Steuereinrichtung 30 zu relativ hohen Sollwerten möglich ist, während das Fahrzeug bei relativ niedriger Geschwindigkeit aufgrund schwerer Belastungszustände arbeitet. Wenn eine solche große Differenz zwischen Sollwert und Istwert der Fahrtgeschwindigkeit zugelassen wird, kann das Fahrzeug plötzlich und rasch beschleunigen in Richtung auf den Sollwert, wenn die Überlastung entfällt. Wenn sich das Fahrzeug in einer potentiellen gefährlichen Situation befindet, in der die Bedienungsperson eine fortgesetzte niedrige Fahrzeuggeschwindigkeit erwartet und für erforderlich hält,· kann eine solche plötzliche Beschleunigung einen Unfall verursachen. Die Reduzierungsgrenze für die Geschwindigkeit wirkt somit derart, daß sie sicherstellt, daß plötzliche Geschwindigkeitsänderungen von mehr als 2:1 nicht auftreten können, ohne daß die Steuereinrichtung 30 durch die Bedienungsperson betätigt wird.

Ein anderes der Bedienungsperson zur Verfügung stehendes Überwachungselement umfaßt ein Belastungsmeßgerät 32 und einen Geschwindigkeitsmesser 3¹*. Der letztere ist ein übliches, die Bodenoder Fahrtgeschwindigkeit/anzeigendes Meßgerät, das in Abhängigkeit von dem Signal Gl arbeitet. Die Belastungsmeßeinrichtung 32 ist

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ein relativ kompliziertes Instrument, das Anzeigen von der Maschinengeschwindigkeit und der Maschinenbelastung in Kombinationen liefert, die abhängig sind von den jeweiligen Fahrzeugbetrieb s zuständen. Dieses Instrument wird im einzelnen weiter unten, erklärt.

Es wird nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen, wo Teile des Maschinenkraftsystems 10 des Fahrzeuges in Einzelheiten gezeigt sind, um ein vollständiges Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Zum Zwecke der Klarheit und der Vereinfachung sind übliche Maßnahmen und Einrichtungen eines Fahrzeugsteuersystems,z.B. die Starteinrichtung oder die Leerlaufkontrolle, nicht gezeigt oder vereinfacht dargestellt. Es ist jedoch davon auszugehen, daß solche üblichen Einrichtungen bei einem Steuersystem auch dann vorhanden sind, wenn sie nicht im einzelnen gezeigt sind. Weiterhin sind auch Verstärkungselemente, wie Leistungsverstärker _s nicht im einzelnen gezeigt. Auch hier wird jedoch davon ausgegangen, daß es für den Fachmann selbstverständlich ist, daß übliche Verstärkungssteuerelemente einem Signalweg zugeordnet' werden können, wenn dies erforderlich ist, um eine gewünschte Signalamplitude' zu erhalten.

Bei manueller Betriebsweise wird ein die Maechinengeschwindxgkeit steuernder Hebel in der Einrichtung 2 8 vorgeschoben und ein die Geschwindigkeit betreffendes Einstellsignal 35 erzeugt, das der Hebeleinstellung entspricht. Das entsprechende Soll-Signal wird

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mit einem Teraperatur-Geschwindigkeitssteuersignal 36 summiert, um ein unkompensiertes Geschwindigkeitssteuersignal 37 zu erzeugen. Ein Verzögerungskornpensator 38 empfangt das unkompensierte Steuersignal 37 undferzeugt ein Steuersignal 39· Der Verzögerungskoinpensator 38 paßt die Änderungsgeschwindigkeit des Steuersignals 39 eng an die Beschleunigungsfähigkeit der Turbine 14 zwecks besserer Stabilität an. Bei manueller Kontrolle kann ein die Steuerungsart bestimmender Steuerschalter 40, der als Relais oder als elektronischer Schalter ausgebildet sein kann, durch ein Signal M-A in offenem Zustand gehalten werden, so daß das Signal 39 im wesentlichen für die Stellung des die Geschwindigkeit steigernden Steuerhebels repräsentativ ist und diese Information in die Steuereinrichtung 12 eingibt.

Eine negative Feedback-Schleife wird zur Steuerung der Maschinengeschwindigkeit dadurch vervollständigt, daß das Ist-Signal für die tatsächliche Maschinengeschwindigkeit von dem Soll-Signal für diese Geschwindigkeit abgezogen wird,um ein unkompensiertes Geschwindigkeitsfehlersignal 42 zu erzeugen. Ein Kompensatorelement 4 4 modifiziert das unkondensierte Fehlersignal 42 entweder durch proportionale Verstärkung oder vorzugsweise durch proportionale Verstärkung plus einem Zeitintegral über das unkompensierte Fehlersignal 42, um ein Nl-Fehlersignal zu erzeugen, welches die Maschinengeschwindigkeit direkt über die Kraftstoffmenge steuert, die der Maschine 14 unter normalen Arbeitsbedingungen zugespeist wird.

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Eine Auswahleinrichtung 50 für das niedrigste Signal empfängt mehrere verschiedene Steuersignale einschl. des Nl-Fehlersignals. Die Auswahleinrichtung 50 leitet dasjenige der Steuersignale weiter, welches den kleinsten Wert aufweist, und zwar als Kraftstoff steuersignal 52. Dieses gelangt über eine Auswahleinrichtung 53 für das größte Signal zur Turbine 14. Das Nl-Fehlersignal liefert die normale Maschinenkontrolle, während die anderen Signale Sicherheitssignale sind. Beispielsweise.kann das Funktionselement 5¹J von der Funktion Fl ein Tachometersignal Nl empfangen und ein Signal 55 für maximale Kraftstoffmenge in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten, den maximalen Kraftstoffwert bestimmenden Schema erzeugen, welches die Geschwindigkeit begrenzt, mit der der Kraftstoff der Turbine 14 bei jeder vorgegebenen Maschinengeschwindigkeit Nl zugeführt werden kann. Da beispielsweise das maximale Kraftstoffschema einen Grenzwert liefert und nicht einen normalen Steuerwert, kann man die Funktionseinheit durch einen Schaltkreis gemäß Fig. 3 verwirklichen. Dieser weist Leistungsverstärker 56a und 56b auf, die als umgekehrt aufsummierende bzw. Verstärkerkreise ausgebildet sind. Da der Aufsummier-Verstärker 56a den Feedback-Widerstand Rl an eine Spannung anlegt, welche den Knotenpunkt 57 auf Erde hält, ist die Ausgangsspannung V 56a = -(Nl + VFl). Das maximale Kraftstoffsignal 55 beträgt dann V 56b = (RFb/R2) zu (Nl + FVl). Selbstverständlich kann ein komplizierteres Programm für den maximalen Kraftstoff nach Wunsch entwickelt werden.

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Gemäß Pig. 2 wird durch ein Funktionselement 60 mit der Punktion F2 ein durch die Temperatur begrenztes KraftStoffsignal 58 in Abhängigkeit von die Maschinentemperatur wiedergebenden Signalen erzeugt. Ein Temperaturfühler 64 fühlt sowohl die Abgastemperatur als auch die Temperatur der Frischluft,um das Maschinentemperatursignal T5 zu erzeugen, welches im allgemeinen die Abgastemperatur wiedergibt,sowie ein Signal Tl, welches die Temperatur der Frischluft wiedergibt. Das Signal T5 kann ein wenig durch das Signal Tl vermindert werden, wenn die angesaugte Luft in ihrer Temperatur ansteigt, um zu gestatten, daß die Turbine 14 an einem heißen Tag bei etwas höherer Temperatur läuft. Das die Funktion F2 wiedergebende Funktionselement 60 verhindert eine Überhitzung der Turbine 14, indem gemäß Fig.4 ein Signal V 1250, welches eine Temperatur von 677°C wiedergibt, von dem eingestellten Abgastemperatursignal T5ADJ abgezogen wird. Die Differenz wird dann von einer Niedrigtemperatur-Ausgangsspannung Vlow abgezogen, jedoch nur dann, wenn die Differenz positiv ist. Beispielsweise kann das durch die Temperatur begrenzte Kraftstoffsignal 58 bei einem maximalen Wert Vlow verbleiben, bis das Signal T5ADJ eine angepaßte Abgastemperatur von 677°C anzeigt. Wenn die Abgastemperatur bzw. das entsprechende Signal T5ADJ weiterhin zunimmt, kann dann das durch Temperatur begrenzte Kraftstoffsignal 58 proportional abgesenkt werden, um schließlich die gesamte Kraftstoffzuführung zur Turbine 14 zu unterbinden, wenn das die Maschinentemperatur anzeigende Signal

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so ansteigt, daß eine eingestellte Abgastemperatur von 704 C vorliegt.

Der Schaltkreis für das die Punktion F2 aufweisende Punktionselement 6p ist in Pig. 4 gezeigt. Ein Leistungsverstärker 58a ist so geschaltet, daß er das Temperatursignal Tl des Eintrittsgases empfängt und ein Ausgangssignal mit einer Spannung V58aout = - Tl(R4a/R4) erzeugt, das dazu verwendet wird, das Abgastemperatursignal T5 einzustellen. Die Einstellung wird durch die Verstärkung R4a/R4 bestimmt. Wenn die Verstärkung!:2 beträgt, wie es für dieses Beispiel angenommen wird, kann die Abgastemperatur T5 um jeweils 1/2 ansteigen für jedes volle Grad, das die Einlaßgastemperatur Tl zunimmt.

Ein Leistungsverstärker 58b ist als Summierverstärker vorgesehen, um eine Ausgangsspannung -T5ADJ = -(T5 + V58aout) = -(T5 - Tl (R4a/R4) ) zu erzeugen. Ein Leistungsverstärker 58c ist ebenfalls als Summierverstärker geschaltet, um eine Ausgangsspannung V58cout = -(-T5ADJ + V125O) R4c/R4 = R4c/R4 (T5ADJ - V 1250) zu erzeugen, wenn man mal eine Diode D4 im Moment außer acht läßt. Die Spannung VI250 ist so gewählt, daß sie das Signal T5ADJ bei einer eingestellten Abgastemperatur von 677⁰C ausgleicht, bei der die Rückstellung des Kraftstoffes beginnt. Die Verstärkung R4c/R4 wird so gewählt, daß die Ausgangsspannunc V58c durch eine Spannung geändert wird, die gleich/feina? Spannung Vlow ist, wenn das Signal T5ADJ in Abhängigkeit von einer Änderung der Abgastemperatur um 10⁰C sich/ändert. Eine

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-VS-

Diode D5 blockiert im wesentlichen das Ausgangssignal V58c, wenn nicht das Signal T5ADJ anzeigt, daß eine Abgastemperatur größer als 677°C vorliegt.

Ein weiterer Leistungsverstärker 58d ist ebenfalls als Summierverstärker geschaltet, um ein temperaturbegrenztes Kraftstoffsignal 58 = -(V58c - Vlow) = Vlow - V58c zu erzeugen. Bei niedrigen Abgastemperaturen ist das Ausgangssignal V58c annähernd gleich 0, während das temperaturbegrenzte Kraftstoffsignal 58 = V low ist, um eine nennenswerte Kraftstoffströmung zuzulassen. Wenn die eingestellte Abgastemperatur über den Wert von 677 C ansteigt, wird das Signal 58 = Vlow - V58c = Vlow - Ehc/Rk (T5ADJ - VI25O).

Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Auswahleinrichtung 53 das größte Signal,das Kraftstoffsteuersignal 52 empfängt, welches das normale Kraftstoffströmungs-Steuersignal ist. Die Einrichtung empfängt weiterhin ein die minimale Strömung betreffendes Programmsignal und leitet das größere der beiden Signale als ein modifiziertes Kraftstoff-Steuersignal zur Steuerung der Kraftstoffströmung weiter. Das zusätzliche Signal erhält die Auswahleinrichtun-g 53 von der Funktionseinheit 65 für die Funktion FlA, welche eine angemessene Kraftstoffströmung beim Anlassen der Turbine und im Leerlauf ermöglicht. Obwohl die Funktion etwas komplizierter sein kann, wenn man dies wünscht, kann das programmierte Signal für die minimale KraftstoffStrömung linear mit der Maschinengeschwindigkeit zunehmen und vermindert werden,

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.wenn T zunimmt (die Massenströmung abnimmt). Eine typische funktioneile Beziehung würde folgende sein:

MPS = (M) (Nl) + P (Q - Tl)

= (M) (Nl) + (P) (Q) - (P) (Tl).

Hierin ist MPS das Soll-Signal für den minimalen Kraftstoffstrom, und es sind MP und Q Konstanten, die für" die beste spezielle Verbrennung und Arbeitsweise der Maschine bestimmend sind. Das funktionelle Element 65 mit der Punktion PIA kann in geeigneter Weise mit Aufsummier- und Verstärkerkreisen ähnlich denen ausgerüstet sein, wie sie für das funktionelle Element 5^ mit der Punktion Pl vorgesehen und in Fig. 3 gezeigt sind.

Ein im Notfall arbeitendes Abschaltelement 66 prüft Bedingungen, die zu einer permanenten Zerstörung der Maschine führen können und erzeugt ein Not-Kraftstoff-Steuersignal 68, das normalerweise einen hohen Wert aufweist, aber auf 0 fällt, um die Maschine abzuschalten, wenn eine Notsituation festgestellt wird. Das Element 66 kann beispielsweise ein Abschalten der Maschine in dem Augenblick veranlassen, wenn die Abgastemperatur zu hoch wird, wenn eine geordnete Startfolge nicht eintritt, wenn ein Zustand von zu hoher Geschwindigkeit (110$ Maschinenübergeschwindigkeit) eintritt, wenn der Öldruck nachläßt oder wenn andere Notbedingungen eintreten, die überwacht werden sollten. Das Signal 68 gelangt zu einem Solenoidventil 69,

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- 3fr -Vi

das so geschaltet ist, daß es die Kraftstoffzufuhr unterbricht, wenn es durch das Signal 68 bei dessen Abnahme ausgeschaltet wird.

Die Steuereinrichtung 28 für die Maschinengeschwindigkeit arbeitet somit in einer manuellen Arbeitsweise, um die Maschinengeschwindigkeit im wesentlichen unabhängig von allen anderen Fahrzeugbedingungen zu steuern. Die Maschinengeschwindigkeitssteuerung kann vorteilhafterweise dazu verwendet werden, Kraft zu liefern, während ein Fahrzeug stillsteht. Diese Kraftabnahme kann beispielsweise an einem Ackerschlepper die Zapfwelle sein, oder es kann die Kraft im Stillstand bei einem Kippfahrzeug zur Betätigung der Kippeinrichtung verwendet werden. Wenn jedoch gleichzeitig die Kontrolleinrichtung 30 für die Fahrgeschwindigkeit eingeschaltet wird, kann die Kontrolleinrichtung 28 dazu verwendet werden, die Fahrzeuggeschwindigkeit durch Kontrollieren der Maschinengeschwindigkeit zu modulieren, d.h. etwa in der Art und Weise wie eine Geschwindigkeitskontrolle durch Drosselung des Motors eines Kraftfahrzeuges mit automatischer Kupplung. Bei einer Gasturbinenmaschine mit einer einzigen Welle erreichen die Ausgangsleistung und das Drehmoment der Maschine ein Maximum bei einer lOOjSigen Geschwindigkeit und nehmen rasch ab, wenn die Maschinengeschwindigkeit über diese Geschwindigkeit ansteigt oder unter diese abfällt. Eine gute Kontrolle über die Maschinengeschwindigkeit ist daher sehr wichtig, um ein Fahrzeug mit einer solchen .einwelligen Gasturbinenmaschine zu steuern.

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Wenn die Einrichtung 30 zur überwachung der Fahrgeschwindigkeit betätigt wird, z.B. durch Vorschieben eines entsprechenden Steuerarmes j wird bei der manuellen Betätigungsart ein Fahrgeschwindigkeits-Soll-Signal 76 proportional zu der·Hebelstellung erzeugt. Dieses Signal betätigt bei der manuellen Betätigungsweise eine Übersetzungsverhältnis-Auswahleinrichtung. Das Signal 76 gelangt zu einem F3~funktionellen Element 78, welches durch Erzeugung eines die Fahrtgeschwindigkeit bestimmenden Fehlsignals 80 reagiert. Das funktionelle Element 78 gestattet, daß das Signal 80 annähernd dem Signal 76 folgt mit der Ausnahme, daß das Kommandosignal 80 in der Amplitude oder Größe nur mit einer Flankenfunktion von vorbestimmter Neigung zunehmen kann. Die Flankenneigung wird eingestellt in Abhängigkeit von der Fähigkeit der Turbine 1*1, das Fahrzeug zu beschleunigen. Solange die Kraftkapazität der Turbine 14 nicht überschritten wird, bestimmt diese die Beschleunigung des Fahrzeuges. Fig. 5 'zeigt einen Schaltkreis, der die beschriebene Signalbeziehung herstellt. Wenn die Spannung des Einstellsignals 76 sich ändert, veranlassen die Dioden Z3A oder Z3B den Verstärker A3A, eine Bezugsspannung über den Widerstand RS3 oder RS3* in Abhängigkeit von der Polarität zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Verstärkers A3B verändert sich dann mit einer Neigung von -^- = ZV - 0,6 ,,T₃₀^

^dt RS3 C x^3+■

Dadurch wird die Neigung einer positiv verlaufenden Flanke bestimmt, während RS3- die Neigung einer negativ verlaufenden Flanke bestimmt. Indem man den Wert von RS3 - C ausreichend klein

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wählt, kann das PTommandosignal 80 Veränderungendem Wert des Einstellsignals 76 im wesentlichen unmittelbar folgen. ZV ist die Zener-Abreißspannung plus eines Diodenspannungsabfalls an den Dioden Z3A und Z3B. Der Verstärker A3C liefert lediglich einen negativen Feedback in einer äußeren Leitungsschleife, so daß das Kommandosignal 80 dem Einstellsignal 76 mit einer Ver-Stärkung von —ö=r unter konstanten oder stetigen Zustandsbedingungen folgen kann.

Das Kommandosignal 80 gelangt gemäß Fig. 2 zur Aufsummierungsstelle 82. Eine negative Feedbackschleife zur Steuerung des Übersetzungsverhältnisses wird durch Abziehen eines Signals R erzeugt, welches proportional dem Transmissionsverhältnis ist und dieses anzeigt. Bei Fehlen anderer Faktoren nimmt somit das Kommandosignal 80 mit einer vorbestimmten Flankenneigung zu, wenn die Betätigungseinrichtung. 30 für die Fahrtgeschwindigkeit betätigt wird. Die Steuerschleife veranlaßt, daß das Transmissionsverhältnis ansteigt annähernd entlang einer Neigung, die durch das Signal 80 bestimmt wird. Wenn die Maschinengeschwindigkeit konstant gelassen wird während dieser ansteigenden Periode, wird die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges in annähernder Übereinstimmung mit dieser Neigung vergrößert.Es kann jedoch sein, daß das Fahrzeug eine ungewöhnlich schwere Last zu ziehen hat, oder daß die Steuereinrichtung 28 für die Maschinengeschwindigkeit in eine Stellung gebracht ist, welche nicht die volle Maschinenleistung zu entwickeln gestattet. Unter solchen Umstän-

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den kann es sein, daß die Maschinenleistung nicht ausreicht, das Fahrzeug mit dieser Beschleunigungskurve, die durch das Signal 80 bestimmt wird, angetrieben wird. Bei Fehlen anderer Steuersignale würde also die Turbine 14 nicht in der Lage sein, den Leistungsbedarf zu befriedigen . Vielmehr würde die Antriebsmaschine abgewürgt.

Es wird jedoch ein zusätzlicher negativer Feedback zu dem Aufsummierpunkt 82 geliefert, um das Transmissionsverhältnis zu vermindern und somit auch den Leistungsbedarf an die Turbine l4,· wenn die benötigte Leistung diejenige Leistung übersteigt, welche die Turbine 14 liefern kann. Ein F4-funktionelles Element 84 spricht auf das Signal 39 an, das die Maschinengeschwindigkeit wiedergibt, und erzeugt ein modifiziertes Maschinengeschwindigkeits-Steuersignal 86. Plötzliche Verminderungen im Transmissionsverhältnis werden aus Gründen der Stabilität vermieden, indem man das modifizierte Steuersignal 86 nur entsprechend einer bestimmten Neigungsfunktion ansteigen läßt. Das modifizierte Signal 86 kann rasch einer stufenförmigen Abnahme des Signals.39 folgen. Die Konstruktion des F4-funktionellen Elementes 84 kann im wesentlichen die gleiche sein wie die des Elementes 78 in Fig.5· Eine Aufsummierverbindung 90 nimmt das Signal 86 als positiven Eingang auf, während das Ist-Signal Nl über die tatsächliche Maschinengeschwindigkeit als negatives Feedback-Eingangssignal der Aufsummierungssteile 90 zugeführt wird. Diese Stelle erzeugt ein Fehlersignal 92, das zur Kontrolle des Übersetzungsverhältnisses dient und Störungen von der Turbinengeschwindigkeit her anzeigt.

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Ein F5-funktionelles Element 9k nimmt das Fehlersignal 92 auf und erzeugt ein das übersetzungsverhältnis herabsetzendes Signal 96. Das Signal 96 kann niemals negativ werden, so daß es auch nie dazu tendieren kann, das übersetzungsverhältnis anzuheben. Aus Gründen der Stabilität folgt das die Übersetzung herabsetzende Signal 96 dem Fehlersignal 92 nur dann, wenn das Fehlersignal 92 positiv ist und eine vorbestimmte Schwellgröße übersteigt. Das Signal 96 hat sonst die Größe 0 und beeinflußt nicht das übersetzungsverhältnis. Eine mögliche Ausrüstung des Elementes 9k ist in Fig. 6 gezeigt. Wenn das Signal 92 die Schwelle überschreitet, schließt der Schmidt-Trigger den Schalter SW5. Es wurde festgestellt, daß eine hinreichende Stabilität und gute Ansprechcharakteristiken erhalten werden, wenn die Schwellgröße auf einen Wert von annähernd 2% gesetzt wird. Das bedeutet, daß das das übersetzungsverhältnis herabsetzende Signal 96 dann wirksam wird, wenn die tatsächliche Maschinengeschwindigkeit Nl kleiner als 9W der befohlenen Maschinengeschwindigkeit wird, wie dies durch das modifizierte Signal 86 angezeigt wird. Die Folge ist, daß dann, wenn der Kraftbedarf an die Maschine 14 deren Leistungsfähigkeit übersteigt, die Maschinengeschwindigkeit sich gegenüber dem befohlenen Wert absenkt, so daß das Signal 96 erzeugt wird, um das. übersetzungsverhältnis zu vermindern und damit den Leistungsbedarf an die Maschine.

Das tatsächliche Transmissionsverhältnis wird gesteuert durch das Signal R, das als Ausgang einer Auswahleinrichtung 100 für das maximale Signal erzeugt wird. Unter normalen Umständen wird

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das Signal R erzeugt durch eine lineare Verstärkung des Fehlersignals 102, das als Summe der Eingänge an der Aufsummierverbindung 82 erzeugt wird. Die Auswahleinrichtung ist ein Kreis, der mehrere Eingangssignale empfängt und ein Ausgangssignal entsprechend dem einen Eingangssignal erzeugt, welches die größte. Amplitude besitzt. Eine Betätigungseinrichtung innerhalb der Übersetzungseinrichtung 26 ist imstande, dem Steuersignal für das übersetzungsverhältnis R zu folgen, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die groß ist im Vergleich zum Beschleunigungsverhältnis für die Maschine 14. Das Signal R wird als genaue Wiedergabe sowohl des befohlenen als auch des tatsächlichen Übersetzungsverhältnisses angenommen.

Bei der automatischen Betätigung und Steuerung der Maschinengeschwindigkeit nimmt das Signal 35 den Wert 0 an, und der Schalter bleibt kontinuierlich geschlossen, so daß das temperaturabhängige Signal 36 die Maschinengeschwindigkeit steuern kann. Das Signal 36 wird durch ein P6-funktionelles Element 120 in Abhängigkeit von dem eingestellten Abgastemperatur-Signal -T5ADJ erzeugt, das als Signal dem P2-funktionellen Element 60 entnommen werden kann.

Das Element 120 kann irgendeine von mehreren möglichen Anordnungen erhalten, welche automatisch die Arbeitsweise der Maschine steuern, um eine gute KraftstoffÖkonomie dadurch zu erhalten, daß man die Turbine I¹I mit einer Abgastemperatur bei oder nahe der maximalen Temperatur von annähernd 677°C arbeiten läßt.

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In einer ersten funktioneilen Beziehung, die in der Kurve F6 in Fig. 7 dargestellt ist, ist dem temperaturabhängigen Geschwindigkeitssteuer-Signal 32 ein erster Wert bei 60% zugeordnet, wenn das eingestellte Abgastemperatur-Signal eine Abgastemperatur bei oder unter 3l6°C anzeigt. Unter diesen Umständen läßt man die Turbine lh im Leerlauf bei 60% der ausgelegten Geschwindigkeit laufen. Wenn das eingestellte Abgastemperatur-Signal zunimmt, und zwar über einen Wert von 316 C, wird das temperaturabhängige Geschwindigkeits-Steuersignal J>6 proportional angehoben bis auf eine Größe., die ausreicht, eine maximale Geschwindigkeit von 100$ der ausgelegten Geschwindigkeit zu befehlen, wenn das eingestellte Abgastemperatur-Signal den maximal zulässigen Temperaturwert von annähernd 677°C erreicht. Eine optimale Kraftstoffausnützung, d.h. ein minimaler spezifischer Grundkraftstoff-.verbrauch tritt auf,wenn die Abgastemperatur ihren maximalen Wert erreicht. Diese erste Anordnung für das F6-funktionelle Element gestattet es, daß die Maschine automatisch nahe der höchsten Abgastemperatur bei gutem Kraftstoffverbrauch auch unter nennenswerter Last arbeitet.

Wenn eine Zunahme der Last auftritt und diese sich im Leerlauf oder unter Teillast befindet, nimmt die Abgastemperatur zu. Entsprechend wird eine erhöhte Arbeitsgeschwindigkeit befohlen. Da die befohlene Arbeitsgeschwindigkeit die tatsächliche Arbeitsgeschwindigkeit übersteigt, wird ein Nl-Fehlersignal erzeugt, das dafür sorgt, daß der Maschine mehr Kraftstoff zugeführt wird. Die Maschine spricht durch Beschleunigung an., bis die Abgas-

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temperatur abnimmt, um auch eine entsprechende Abnahme der befohlenen Arbeitsgeschwindigkeit zu veranlassen. Die Maschine sucht somit eine zunehmende Arbeitsgeschwindigkeit, und zwar so, daß die Ausgangsleistung dem erhöhten Leistungsbedarf Rechnung trägt.

Ein Kreis zur Erzeugung der funktionellen Beziehung des F6-funktionellen Elementes ist in Fig. 8 gezeigt. Ein Kraftverstärker 121 ist in einer AufSummierschaltung vorgesehen, um ein Ausgangssignal folgender Größe zu erzeugen:

F6out = -RF6/R6(-V6O#+(-T5ADJ+V6OO))=RF6/R6(V6O#+T5ADJ-V6OO).

Dieses Signal wird'erzeugt, wenn die eingestellte Abgastemperatur zwischen 3l6°C und 677°C liegt. Unterhalb 316°C hat das Signal -T5ADJ keine Wirkung auf den Schaltungskreis, da die Diode D6 entgegen vorgespannt ist und die Ausgangsspannung·F6out bei F6out =(RF6/R6) ΊβΟ% blockiert ist. Oberhalb 677°C wirken der Widerstand RL6 und die Zenerdiode ZD7 dahingehend, daß die Ausgangsspannung an der Zenerabbruchspannung blockiert ist, die so ausgewählt sein sollte, daß sie der lOO^igen Maschinengeschwindigkeit entspricht. Die Kreisverstärkung RF6/R6 sollte so ausgewählt werden, daß die Verstärkung das Ausgangssignal von 60% auf 10055 Maschinengeschwindigkeit überführt, wenn . -T5ADJ von einer Anzeige von 316 C auf eine Anzeige von 677 C wandert. Die Spannung -V60# sollte im Hinblick auf die Kreisverstärkung so gewählt werden, daß ein Ausgangssignal für den

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minimalen Wert von 60% erzeugt wird. Die Spannung der Batterie Bö plus dem Spannungsabfall an der Diode D6 entsprechend V600 sollte gleichßer Spannung des Signals -T5ADJ bei einer eingestellten Abgastemperatur von 3l6°C sein.

Wenn man die proportionale Kurve F6 modifiziert, um sie etwas steiler zu gestalten, wie dies bei der Kurve F6' in Fig. 7 gezeigt ist, kann die Maschinenarbeitsgeschwindigkeit einem einer noch höheren Temperatur zugeordneten Arbeitspunkt zustreben, und zwar "mit geringfügig besserer Kraftstoffwirksamkeit. Bei dieser zweiten Gestaltung des F6-funktionellen Elementes 120 wird die Verstärkung RF6/R6 gesteigert, und die Spannung F600 wird bis zum Wert des Signals -T5ADJ bei einer Temperatur von etwa 649 C gesteigert. Diese zweite Anordnung neigt dazu, die Kraftstoffverbrauchswirksamkeit bei konstantem Lauf und Teillast zu verbessern, indem die einwellige Gasturbine 14 noch näher bei der Grenztemperatur der Abgase unter Teillastbedingungen betrieben wird. Jedoch die höhere Verstärkung vermindert die Stabilität des Arbeitspunktes, und die Turbine 14 unterliegt häufigerer Beschleunigung und Abbremsung. Eine weitere dritte Anordnung, welche einen Kompromiß zwischen der höheren Wirksamkeit unter mäßiger Last gemäß der Kurve F6¹ und der besseren Stabilität der Kurve F6 bietet, ist durch die Kurve F6¹' in Fig. 7 wiedergegeben. Diese funktioneile Beziehung kann dadurch angenähert werden, daß man den Kreis in Fig. 9 an die Stelle der Batterie B6 und der Diode D6 in Fig. 8 setzt. Ein Leistungsverstärker 121a ist als Umkehrverstärker geschaltet, um die Verstärkung des

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Signales -T5ADJ zu verändern, welche durch die Batterie B6 und die Diode D? in Fig.9 normalisiert wird, um eine negative Spannung am Eingang des Verstärkerkreises 121a zu erzeugen. Der Anfang liegt bei 0 Volt, wenn die eingestellte Abgastemperatur über einen Wert von 3l6°C ansteigt. Die Verstärkung RF6a/R6 des Verstärkers 121a wird so gewählt, daß eine Ausgangsspannung erzeugt wird, die kleiner als oder gleich etwa 1,2 Volt bei einer Temperatur von 677°C ist. Der Ausgang des Verstärkers 121a ist durch zwei Dioden Döa undD6b an den Eingang eines weiteren Umkehrverstärkerr kreises 121b angeschlossen. Die Dioden D6a und D6b lassen einen Stromfluß zu, der eine exponentielle Beziehung zu der Ausgangsspannung des Verstärkers 121a besitzt. Ein Feedback-Widerstand RF6b steuert die Verstärkung des Verstärkers 121b, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die dem Stromfluß durch die Dioden D6a.und DJ6b proportional ist. Der Widerstand RF6b sollte so ausgewählt werden, daß er eine Ausgangsspannung erzeugt, die zusammenfällt mit der Spannung an der Anode der Diode D6 in Fig.8, wenn das Signal -T5ADJ die Temperatur von 677°C anzeigt. Unabhängig von der Anordnung des F6-funktionellen Elementes 120 läßt die automatische Kontrolle die Turbine lH bei einer Geschwindigkeit arbeitenj welche eine relativ hohe Abgastemperatur und eine gute Kraftstoffwirksamkeit bei einer vorgegebenen Lastbedingung gewährleistet. Dies steht im Gegensatz zu der manuell eingestellten konstanten Geschwindigkeitssteuerung in Abhängigkeit von der Steuereinrichtung 28, bei der einer vorgegebenen Maschinengeschwindigkeit gefolgt wird unabhängig von der Kraftstoffausnutzung..

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Eine Steuerung über die Transmission ist im wesentlichen die gleiche bei der automatischen Arbeitsweise wie bei der manuellen Arbeitsweise mit der Ausnahme, daß ein Schalter I30 in Fig.2 in Abhängigkeit von der automatischen Anzeige des MA-Signals geschlossen wird, um eine äußere Fehlerschleife für die Fahrgeschwindigkeit in das das übersetzungsverhältnis steuernde Kontrollsystem einzubringen. Dies wird durch Subtrahieren des den Istwert der Fahrtgeschwindigkeit anzeigenden Signals Gl von dem diese Geschwindigkeit bestimmenden Soll-Signal 76 und durch Addieren dieser Differenz zu einem positiven Eingangssignal 132 an der Summierverbindung 82 erreicht. Die Größe des sich ergebenden Gl-Fehlersignals wird relativ niedrig im Vergleich zu der Größe des Kommandosignals 80 und des das übersetzungsverhältnis vermindernden Signals 96 gehalten, so daß das Gl-Fehlersignal eine minimale Wirkung auf das.Übersetzungsverhältnis R vrährend der Übergangsbedingungen besitzt. Wenn einmal jedoch eines der anderen Signale mit dem Signal R annähernd ausbalanciert wird, wirkt das Gl-Fehlersignal als feines Abstimmsignal, um eine noch etwas bessere und präzisere Kontrolle über die tatsächliche Bodengeschwindigkeit oder Fahrtgeschwindigkeit zu erhalten.

Ein F7-funktionelles Element 13¹J arbeitet mit der Auswahleinrichtung 100 für das maximale Signal zusammen, um dem Fahrzeugkraftsystem IO eine spezielle Sicherheitsmaßnahme zuzufügen. Unter Vollastbedingungen wird die Fahrtgeschwindigkeit

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durch Einstellung des Übersetzungsverhältnisses gesteuert, um der Pahrzeuglast mit der zur Verfügung stehenden Maschinenleistung zu entsprechen. Beispielsweise kann ein Ackerschlepper, der zum Pflügen auf hartem Grund eingesetzt ist, eine Einstellung der Fahrgeschwindigkeit durchßie Einstelleinrichtung 30 besitzen, die einer Geschwindigkeit von etwa 28 km/h entspricht. Jedoch soll die zur Verfügung stehende Leistung lediglich eine Fahrgeschwindigkeit von etwa 1,6 km/h zulassen. Hierbei kann es möglich sein, daß der Fahrer irrtümlich annimmt, die Steuereinrichtung 30 sei für eine Geschwindigkeit von 4,8 km/h eingestellt, während er den zugehörigen Hebel unbewußt auf die Einstellung von etwa 28 km/h verschoben hat. Wenn unter solchen Umständen die Belastung vom Ackerschlepper genommen wird, beispielsweise durch Ausheben des Pfluges aus dem Boden am Ende einer Furche, würde der Ackerschlepper mit maximaler Rate auf eine Geschwindigkeit von 28 km/h beschleunigt werden. Diese- plötzliche und unerwartete Beschleunigung kann dazu führen, daß der Fahrer die Kontrolle über den Ackerschlepper verliert, was bei Arbeiten in der Nähe von Hinder-

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nissen, wie Graben oder Gebäuden, zu schweren Schäden führen kann, bevor eine Kontrolle über den Schlepper wiedergewonnen wird.

Ein Begrenzungskreis vermeidet diese Möglichkeit, indem ein Übersteuerungssignal 136 für das übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit von dem Kommandosignal 30 erzeugt wird. Das Übersteuerungssignal 136 befiehlt ein übersetzungsverhältnis R, welches zu einer tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit von annähernd

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50/5 der Fahrgeschwindigkeit führt, die durch das Kommandosignal 80 bei 100#iger Turbinendrehzahl angezeigt wird. Die Auswahleinrichtung 100 für das maximale Signal arbeitet so, daß das Übersteuerungssignal 136 nur dann wirksam wird, wenn seine Größe das Signal R übersteigt, welches in Abhängigkeit vom Fehlersignal 102 für das übersetzungsverhältnis erzeugt wird.

Ein Kreis für die Gestaltung des F7-funktionellen Elements 134 kann zwei gleiche Widerstände und eine Diode aufweisen, die hintereinander zwischen dem Signal 80 und Erde geschaltet sind, wobei das Signal 136 von dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Widerstände abgenommen wird.Die Diode liefert eine kleine Versetzung, um die Arbeitscharakteristiken nahe der Null-Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu verbessern. Unter normalen Umständen besitzt die Turbine 14 ausreichend Leistung, um das Fahrzeug bei mehr als der Hälfte der befohlenen Geschwindigkeit anzutreiben, und der Kreis für die Untergeschwindigkeit hat auf das Fahrzeug keine Wirkung. Wenn jedoch das Fahrzeug einer starken Belastung unterworfen wird, wird der Abfall der Fahrgeschwindigkeit als Ergebnis der Verminderung des Transmissionsverhältnisses R durch den Begrenzung3kreis für die Untergeschwindigkeit auf 50$ der befohlenen Fahrgeschwindigkeit begrenzt. Unter solchen Umständen ist die Turbine Ik nicht imstande, ein ausreichendes Drehmoment zu erzeugen, um die Belastung zu überwinden, so daß die Turbinendrehzahl in Richtung auf den Abwürgezustand abnimmt, wenn nicht die befohlene Fahrgeschwindigkeit vermindert wird.

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V/enn eine unbegrenzt variable Transmission 27 von positiver Art (also ohne Schlupf) verwendet wird und ein übersetzungsverhältnis aufweist,das unbegrenzt bis zu dem Wert R=O variiert werden kann, ist die Benutzung der Fahrtkupplung24 zum Anhalten erforderlich. Weiterhin muß die Möglichkeit eines unbegrenzten Drehmomentverhältnisses zwischen der Maschine und den Antriebsrädern verhindert werden. Bei einer solchen Transmission führt ein Eingangssignal von fester Spannung R-MIN, das an die Auswahleinrichtung 100 für das maximale Signal gelegt wird, zu einer unteren Begrenzung für das erreichbare Transmissionsverhältnis. Dieses Verhältnis sollte so ausgewählt werden, daß die Betätigung der Fahrzeugservobremse zum Anhalten des Fahrzeuges ohne Ausrücken der Fahrtkupplung dazu führt, daß die Turbine in den Überlastungszustand gerät und abgewürgt wird, bevor eine mechanische Beschädigung des Kraftantriebs'weges auftritt.

Ein zusätzliches Merkmal des Fahrzeugkraftsystems 10 ist die automatische Kupplung 20, die in Abhängigkeit von einem die Kupplung steuernden Signal 152 betätigt wird. Dieses Signal wird durch einen automatischen Steuerkreis in Abhängigkeit von dem den Ist-Wert der Maschinengeschwindigkeit anzeigenden Signal Nl erzeugt. Jedesmal, wenn das Signal N anzeigt, daß der Ist-Wert der Turbinendrehzahl unterhalb 55$ der ausgelegten Drehzahl liegt, welcher Wert nahe dem Abwürgewert der nichtbelasteten Maschine liegt, fühlt der Steuerkreis 15¹J diesen Zustand und erzeugt ein Steuersignal 152, das die automatische Kupplung 20, die in Fig. 2 mit 150 bezeichnet ist, ausrücken läßt. Das Ausrücken

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der automatischen Kupplung 20 befreit die Turbine 14 von dem größten Teil der Belastung und läßt sie auf die 60$ige normale Leerlaufdrehzahl beschleunigen. Ein Gedächtniskreis, z.B. ein Flip-Flop, innerhalb des Steuerkreises 154 wird eingeschaltet jedesmal, wenn ein Steuersignal 152 die automatische Kupplung 20 ausrücken läßt,und bleibt eingeschaltet, um zu verhindern, daß das Steuersignal 152 die automatische Kupplung wieder einrücken läßt, bis der Gedächtniskreis durch ein Rückstellsignal zurückgestellt wird. Dieses Rückstellerfordernis verhindert das Auftreten einer Grenzbedingung, bei der die automatische Kupplung un den Ausrückpunkt flattert und die Turbine I¹I über den 55$~Abschaltpunkt beschleunigt bzw. wieder abgebremt wird. Das Kupplungsrückstellsignal wird vorteilhafterweise durch einen Zündschalter erzeugt, der es ermöglicht, daß der Steuerkreis für die automatische Kupplung automatisch immer dann zurückgestellt wird, wenn die Turbine gestartet wird. Das Startersystem kann in Abhängigkeit vom Signal Ml abgeschaltet werden, um zu verhindern, daß bei Betätigung des Starters zwecks Erzeugung des Rückstellsionals, wenn sich die Turbine nach Abschalten der automatischen Kupplung 20 im Leerlauf befindet, auch ein Zündbefehl erfolgt. Die automatische Kupplung verhindert einen totalen Leistungsabfall durch Abwürgen der Maschine, eliminiert den Zeitverlust, der zum erneuten Starten der Maschine erforderlich ist, und vermindert die Abnutzung und Entladung der Fahrzeugbatterie und des Startersystems durch wiederholtes Starten der Turbine.

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In Fig.. 10 ist die Belastungsmeßeinrichtung 32 gezeigt. Diese umfaßt ein übliches D'Arsonval-Anzeigemeßgerät 180 mit einem Zeiger 182, dessen Drehstellung gesteuert wird durch eine Dreheinrichtung l8*J, welche veranlaßt, daß die Winkelstellung proportional dem Strom ist, der durch einen Stromtreiber .186 erzeugt wird. Der Stromtreiber l86 erzeugt einen Strom proportional zu einem Belastungssignal 188, das von einem Schalter 190 übertragen wird. Der Schalter 190 spricht auf den Auswahlschalter M-A an, um das Belastungssignal 188 an die Ist-Geschwindigkeit Nl während der manuellen Betriebsweise anzukoppeln. Das Belastungsmeßgerät 32 dient somit als Standardtachometer, um die Maschinengeschwindigkeit über einen Bereich von 0-100$ der ausgelegten Geschwindigkeit bei der manuellen Betriebsweise anzuzeigen.

Bei automatischem Betrieb wird der Schalter 190 so geschaltet, daß er das Belastungssignal 188 vom Ausgang eines Aufsummierpunktes 192 ableitet. Der Punkt 192 hat als Eingänge das Fahrgeschwindigkeit s-Pehlersignal Gl-Fehler, das Turbinendrehzahl-Fehlersignal Nl-Fehler und ein Clamp-Turpinendrehzahl-Signal NlC. Während Teillast-und Vollastbedingungen ist ein Schalter 194 durch eine Betätigungseinrichtung I96 in eine Stellung ge-, bracht, um den Summierpunkt 192 mit einem Clamp-Signal gleich dem Ist-Wert der Maschinengeschwindigkeit Nl zu versorgen.' Damit arbeitet unter Teillastbedingungen die Belastungsmeßeinrichtung 32 als Tachometer, um die Maschinengeschwindigkeit in

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einer V/eise im wesentlichen gleich wie bei der manuellen Betriebsweise anzuzeigen.

Wenn die Belastung zunimmt, veranlaßt das automatische Steuerungssystem die Turbinendrehzahl anzusteigen auf den 100$igen Wert der ausgelegten Drehzahl. Der Zeiger 182 wird entsprechend über den Winkelbereich 198 gedreht, um diese Turbinendrehzahl anzuzeigen. Wenn weitere Last auf das Fahrzeug einwirkt, kann die Ausgangsleistung der Turbine I¹I nicht weiter gesteigert werden, und die zusätzliche Belastung wird dadurch kompensiert, daß das übersetzungsverhältnis vermindert wird, um eine Fahrgeschwindigkeit kleiner als die befohlene Fahrgeschwindigkeit einzustellen. Diese Abnahme der Fahrgeschwindigkeit führt zur Erzeugung einer Spannung als Gl-Fehlersignal, welches an der SummierstELle 192 zu dem 100/5-Nl-Drehzahlsignal addiert wird, so daß der Zeiger 1δ2 weiter im Uhrzeigersinne über den Winkelbereich 198 zu einem eine Überlast anzeigenden Winkelbereich 200 wandert. Die Verstärkung des Gl-Fehlersignals wird so gewählt im Zusammenwirken mit der Stellung des Überlastwinkelbereiches 200, daß der Zeiger 182 den Winkelbereich 200 erreicht, wenn die Fahrgeschwindigkeit auf 50% der befohlenen Fahrgeschwindigkeit abgesunken ist.

An dieser Stelle werden das F7~funktionelle Element 13^ und die Auswahleinrichtung 100 für das maximale Signal wirksam, wie dies in Fig. 2- gezeigt ist, um jeden weiteren Abfall der Fahrgeschwindigkeit zu verhindern. Eine weitere Zunahme der Fahrzeugbelastung

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führt dann zu einer überlastung der Turbine 14, die in ihrer Drehzahl abnimmt. Wenn die Turbine 14 langsamer dreht, wird die Drehzahl kleiner als der 100#ige Wert, der durch das automatische Steuersystem 30 eingestellt ist, so daß das Maschinendrehzahl-Fehlersignal Nl-Fehler in seiner Größe abnimmt. Wenn dieses Signal eine relativ kleine. Grenzspannung übersteigt, die normalerweise notwendig ist, um das Kraftstoffventil bei lOO^iger Drehzahl zu betätigen, fühlt die Einrichtung 196 diese Zunahme und stellt den Schalter 19¹J in eine Stellung, in der das Clamp-Signal NlC an einer Spannung anliegt,dieüer Spannung des Signals Nl bei lOO^iger Maschinendrehzahl entspricht. Der Summierpunkt 192 empfängt somit ein Clamp-Signal NlC, dessen Größe ausreicht, um den Zeiger 182 in die Stellung 198 für die lOOjSige Drehzahl zu bewegen, sowie ein Gl-Fehlersignal, dessen Größe ausreicht, den Zeiger 182 über die Stellung 198 in die Stellung 200 anzutreiben, sowie schließlich zusätzlich ein Fehlersignal Nl-Fehler, welches sich zu den Signalen NlC und Gl-Fehler addiert, um den Zeiger 182 im Uhrzeigersinne über die Stellung 200 in eine Stellung 202 zu treiben, welche eine Abwürgung und Betätigungs-r stellung für die automatische Kupplung anzeigt. Die Verstärkung des Nl-Fehlersignals sowie die Lage der Stellung 202 sind so gewählt, daß der Zeiger 182 die Stellung 202 erreicht, wenn die Turbine in ihrer Drehzahl auf den Abwürgewert bei überlast abnimmt. Dies würde typischerweise bei einer Turbinendrehzahl von etwa 55$ der ausgelegten Drehzahl eintreten, was einem

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Fehler der Maschinendrehzahl von 45% entspricht. Der Winkel 202 ist der Punkt, an dem die automatische Kupplung 20 normalerweise ausrückt j um ein vollständiges Abwürgen der Maschine zu . unterbinden. Ein roter Anzeigebereich 204 ist neben der Anzeigestellung 202 vorgesehen, um weitere Überlastzunahme anzuzeigen für den Fall, daß die automatische Kupplung 20 nicht ausreicht. Eine Bewegung des Zeigers 182 in die rote Zone 204 zeigt an, daß die Drehzahl der Turbine unter einen einen weiteren Betrieb der Turbine unterbindenden Drehzahlbereich abgesunken ist und ein Abwürgen der Turbine unvermeidlich ist.

Zur Bequemlichkeit für den Bⁿahrer sind zusätzliche mit Farbe hervorgehobene Zonen bei Bedarf auf der Anzeigeskala l80 vorgesehen sowie Drehzahlmarkierungen in kürzeren Intervallen als die, die dargestellt sind für den Bereich von 0 - 100% der Drehzahl. Z.B. ist eine weiße Startzone 206 zwischen 0 und 40% vorgesehen. Bei 15% der ausgelegten Drehzahl wird der Kraftstoff typischerweise eingeschaltet , während des Startens oder während des Abstellens der Turbine abgeschaltet. Eine die Kraftstoffzufuhr anzeigende Zone 208 liegt also zwischen der Kraftstoffabschaltstellung von 15% und der Abwürgestellung von 55% und kann rot angelegt sein, um anzuzeigen, daß zwar die Kraftstoffzufuhr offen ist, aber die Maschinendrehzahl nicht zum Aufrechterhalten des Betriebes ausreicht. Die rote Zone ergänzt die rote Überlastungszone 204 und zeigt an, daß die Maschinendrehzahl unter einen für den Betrieb notwendigen Wert bei Belastung absinkt. Eine gelbe Zone 210 kann zwischen dem Abwürgepunkt von 55%, bei der die automatische Kupplung ausrückt, und dem Wert

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von 60# vorgesehen sein, der der Leerlauf stellung entspricht. Ein Geschwindigkeitsbereich 212 zwischen der Leerlaufstellung von 60% und der maximalen Stellung von 100% gibt den normalen Arbeitsbereich für die Turbine 14 wieder und kann entsprechend grün angelegt sein. Zwischen dem Punkt 198 und dem Punkt 202 können zwei weitere durch den Punkt 200 getrennte Parbfeider vorgesehen sein.

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Claims

Patentansprüche

ί 1.j Fahrzeugantrieb mit einer Antriebsmaschine in Form einer Gasturbine, insbesondere einer einwelligen Turbine mit vorzugsweise direkter Wellenverbindung zwischen einem Zentrifugalverdichter und dem Turbinenläufer, einem die Antriebskraft auf die Fahrzeuglaufräder übertragenden Fahrgetriebe und einem Steuerkreis zur Steuerung der Turbinendrehzahl und des Übersetzungsverhältnisses für das Fahrgetriebe in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen und von vorgegebenen Soll-Werten, dadurch gekennzeich net, daß im Kraftweg zwischen der Turbine (14) und dem Fahrgetriebe (24,26) eine von dem Fahrer und den Soll-Wert-Einstelleinrichtungen unabhängige und automatisch arbeitende Kupplung (20,150) vorgesehen ist, welche bei normalem Betrieb eingeschaltet ist, bei abnormalen Betriebsbedingungen den Kraftweg jedoch selbsttätig auftrennt.

2. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kupplung (20) anspricht, wenn die Turbinendrehzahl einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt und bei Abfallen unter diesen Wert ausrückt.

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-W-

3. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß -bezogen auf die bei maximalem Drehmoment optimale Drehzahl (gleich 100 %) - der Drehzahlgrenzwert bei 55 % und unter der Leerlauf-Drehzahl (60 %) liegt.

4. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (12) einen Gedächtniskreis (15¹O aufweist, der auf das Ausrücken der automatischen Kupplung (20) anspricht und das erneute Einrücken der Kupplung bei überschreiten des Grenzwertes erst nach manuellem Auslösen (33) eines Rückstellsignals zuläßt.

5. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Turbine (14) bzw. an ein dieser nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe (16) mit festem Untersetzungsverhältnis ein unabhängig von der automatischen Kupplung (20) arbeitendes erstes Getriebe (18) zum Antreiben von für die Funktion der Turbine unerläßlichen Hilfseinrichtungen und auf der Abtriebsseite der automatischen Kupplung (20) ein zweites Getriebe (22) zum Antreiben von für die Funktion der Turbine nicht unerläßlichen Hilfseinrichtungen vorgesehen sind.

6. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 1 bis 5, bei dem als Fahrgetriebe ein unbegrenzt oder stufenlos variables Getriebe

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vorgesehen ist und dem Steuerkreis IST-Signale bezüglich Turbinendrehzahl bzw. bezüglich Fahrgeschwindigkeit und ein vom Fahrer einstellbares Soll-Signal für die Fahrgeschwindigkeit zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (12) ein Steuersignal (.80.) zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses des Fahrgetriebes (26) erzeugt, welches bei ausreichendem Leistungsangebot der Turbine (14) die Fahrgeschwindigkeit auf den durch das Soll-Signal vorgegebenen Wert steuert, bei unzureichendem Leistungsangebot der Turbine dagegen die Fahrgeschwindigkeit auf den größeren von zwei Werten einregelt, von denen der eine die der tatsächlichen Turbinenleistung entsprechende Geschwindigkeit und die zweite ein vorbestimmter Bruchteil der Soll-Geschwindigkeit ist.

7. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 1 bis 6, bei dem das Fahrgetriebe ein unbegrenzt oder stufenlos verstellbares Getriebe ist und der Steuerkreis mit einer Drehzahl-Steuereinrichtung zur wahlweisen manuellen oder automatischen Steuerung der Turbinendrehzahl und einer Fahrgetriebe-Steuereinrichtung zur manuellen Änderung des Übersetzungsverhältnisses ausgerüstet ist und dem Steuerkreis neben den Stellsignalen der beiden Einrichtungen noch ein Drehzahl-IST-Signal, ein Drehzahl-Fehlersignal, ein Abgas-Temperatursignal und ein IST-Signal für das eingestellte Übersetzungsverhältnis bzw.

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für die Fahr-geschwindigkeit zuführbar sind, wobei der Steuerkreis bei manueller Steuerung in Abhängigkeit von dem manuell eingestellten Drehzahlsignal ein Drehzahl-Fehlersignal erzeugt, welches die Turbinendrehzahl über eine vom Abgas-Temperatursignal übersteuerbare Auswähleinrichtung verändert und der Steuerkreis bei automatischer Steuerung in Abhängigkeit vom Abgas-Temperatursignal ein Drehzahl-Fehlersignal erzeugt, über welches die Turbinendrehzahl bis zum Erreichen einer gewünschten Abgastemperatur bei Zunahme der Turbinenbelastung steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (12) in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Drehzahl-Fehlersignals (NI_p) und ein Fahrgeschwindigkeits-SOLL-Signal (GE₅) ein Steuersignal für das übersetzungsverhältnis des Fahrgetriebes (26) entsprechend der Differenz zwischen dem Fahrgeschwindigkeits-SOLL-Signal und dem Drehzahl-Fehlersignal (R proportional GI„ _ ^NIp) erzeuet und ein Belastungsmeßkreis (32) vorgesehen ist, der bei manueller Steuerung den IST-Wert (NI) der Drehzahl anzeigt und bei automatischer Steuerung selbsttätig umschaltbar ist (Schalter 190) und in einem unteren Anzeigebereich ebenfalls den Drehzahl-IST-Wertjin einem mittleren Anzeigebereich den IST-Wert der Drehzahl zuzüglich eines Fehlersignals (GIp), das die Differenz zwischen SOLL- und IST-Wert des Übersetzungsverhältnisses wiedergibt und in einem

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oberen Anzeigebereich den durch die Last verursachten Dreh abfall von einem dem maximalen Drehmoment entsprechenden Drehzahlwert (100 % ) in Abhängigkeit von dem Drehzahl-Fehlersignal (NIp) anzeigt.

8. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeugsteuersystem (12) einen Kreis (100,13¹O für ein minimales Übersetzungsverhältnis aufweist, der verhindert, daß das Übersetzungsverhältnis-Signal (R) kleiner als ein vorgegebener Wert wird.

9. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Wert abhängig ist von dem Einstellsignal (80) für die Fahrgeschwindigkeit.

10, Fahrzeugantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Wert ein Übersetzungsverhältnis für eine tatsächliche Fahrgeschwindigkeit von annähernd der Hälfte des Fahrgeschwindigkeitswertes steuert, der durch das Einstellsignal (80) bei einer Turbinendrehzahl entsprechend dem maximalen Drehmoment (100%) entspricht.

11. Fahrzeugantrieb nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsmeßeinrichtung (32) auf das Drehzahlfehlersignal (NI_p) bei über-

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steigen eines vorbestimmten Grenzwertes anspricht und ein Anzeigebereich vorgesehen ist, dessen Anzeige gleich der Summe des IST-Wertes des Drehzahlsignals (NI) bei der dem maximalen Drehmoment entsprechenden Drehzahl (100 %) zuzüglich des Fehlersignals (NI_p) für die Drehzahl zuzüglich des Fehlersignals (GI_p) für das Übersetzungsverhältnis ist.

12. Lastmeß- und Anzeigeeinrichtung für den Steuerkreis von Fahrzeugantrieben in Form von Gasturbinen, insbesondere für den Fahrzeugantrieb nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet. durch einen Anzeigekreis mit einem Anzeigegerät (32),das in Abhängigkeit von der Turbinenleistung unterschiedliche Größen zur Anzeige bringt, und zwar bei Betrieb mit geringerer als der der vollen Turbinenleistung die tatsächliche Arbeitsgeschwindigkeit der Turbine (14), sowie bei voller Turbinenleistung die Differenz zwischen einem eingestellten Wert und dem tatsächlichen Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, bei dem der Steuerkreis eine Wähleinrichtung zur Veränderung des unbegrenzt variablen Übersetzungsverhältnisses zwischen Turbinendrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit aufweist und das Übersetzungsverhältnis herabsetzt, wenn der Leistungsbedarf zum Einhalten der vorgegebenen Geschwindigkeit größer als die Leistungsabgabe der Turbine ist, und zwar solange, bis die Differenz zwischen IST- und eingestelltem Wert der Fahrzeugge-

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schwindigkeit einen vorbestimmten Wert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät (32) zwei getrennte Anzeigenbereiche für den Zustand maximaler Turbinenleistung aufweist, von denen der eine wirksam ist, wenn die Differenz kleiner als die vorgegebene Größe ist und der zweite wirksam ist , wenn die Differenz höher als die vorgegebene Größe liegt.

lh. Einrichtung nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieÄrei unterschiedlichen Anzeigenbereiche unterschiedlichen Winkelfeldern der Skala (18O) eines Drehzeigerinstrumentes (182,18¹I) zugeordnet sind.

15· Einrichtung nach Anspruch Ik, dadurch gekennzeichnet, daß der dem mittleren Winkelfeld zugeordnete Anzeigebereich einem Wert entspricht, welcher proportional der Summe des IST-Wertes (NI) der Turbinendrehzahl und des Fahrzeuggeschwindigkeits-Fehlersignals (GI_p) ist, welches der Differenz zwischen IST-Wert und vorgegebenem Wert der Turbinendrehzahl entspricht.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn ζ e ic h η e t, daß der untere und der mittlere Anzeigenbereich bei einem Drehzahlwert (100 %) aneinander grenzen, welcher der maximalen Turbinenleistung entspricht.

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