DE264663C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 20/. GRUPPE

HENRI PIEPER in LÜTTICH.

zur Pufferung und Wiedergewinnung von Energie dient.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. Dezember 1912 ab.

Bei den üblichen Ausführungsformen des gemischten Antriebs von Fahrzeugen, bei welchem ein Verbrennungsmotor mittels mechanischer Kraftübertragung auf die Achsen arbeitet und durch eine mit ihm gekuppelte und mit einer Batterie parallel geschaltete Dynamo unterstützt wird, wird eine konstante Kupplung von Dynamo und Wärmemotor vorgesehen, indem diese beiden als motorische Gesamtheit in und außer Eingriff mit den Triebrädern gebracht werden. Aber diese konstante Kupplung von Dynamo und 'Wärmemotor hat Nachteile zur Folge, welche sich aus der Besonderheit des gemischten Systems ergeben. Vor allem ist es bezüglich der Energierückgewinnung nicht günstig, einen Teil der durch die Masse des Fahrzeuges bei Verlangsamung und Talfahrt gelieferten Energie durch die verhältnismäßig große Arbeit zu verlieren, welche notig ist, um den Leerlauf des Motors bei der Höchstgeschwindigkeit zu bestreiten. Ferner erscheint es hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades wünschenswert, das Übersetzungsverhältnis zwischen Dynamo und Wärmemotor ändern zu können, um den Verbrennungsmotor besser auszunutzen. Die Erfindung will diesen und ähnlichen besonderen Forderungen des gemischten Antriebs dadurch Rechnung tragen, daß das Geschwindigkeitsverhältnis des Wärmemotors zur Dynamo zwischen einem eine Übertragung der thermischen Leistung mit dem Maximum der Motordrehzahl bei bestimmter Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglichenden Höchstwert und einem den Leerlauf mit verminderter Geschwindigkeit bzw. den Stillstand des Wärmemotors gestattenden Mindestwert zweckmäßig in geeigneten Stufen verändert werden kann, wobei die Veränderung von Hand oder selbsttätig bewirkt wird. Die Notwendigkeit und der Augenblick des Übergangs von einem Geschwindigkeitsverhältnis zum anderen läßt sich nach dem elektrischen Zustand der Batterie oder nach dem Streckenprofil oder nach irgendeinem anderen hierfür maßgebenden Faktor oder in gleichzeitiger Abhängigkeit von mehreren dieser Faktoren bestimmen.

Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung. Die Dynamo 1 kann auf der einen Seite mittels der magnetischen Kupplung 2 mit der Triebachse 3 verbunden werden und trägt auf der anderen Seite die beiden Mittelräder 4, 5 eines Satelliten, dessen Innenrad 6 auf der Welle des Verbrennungsmotors 7 sitzt. Das Hohlrad 8 kann entweder mittels der magnetischen Kupplung 9 mit dem Wärmemotor 7 oder mittels der magnetischen Kupplung 10 mit dem Fahrzeugrahmen 11 gekuppelt werden. Ein Solenoid 12 dient zur Regelung des Gaseinlasses für den Wärmemotor. Für den Anker der Dynamo ist der Anlasser 13, für die Regelung des Dynamofeldes und die Einschaltung der magnetischen Kupplung 2 sind die Widerstände 14 bzw. 15 nebst Kontaktfeld 16 vorgesehen. Das Verhältnis der

Durchmesser der Räder 6 und 8 (die Durchmesser der Räder 4 und 5 müssen einander gleich sein, im übrigen kommt es auf ihre Größe hinsichtlich des Ubersetzungsverhältnisses nicht an) ist z. B. derart gewählt, daß bei Festhalten des Hohlrades 8 durch die Kupplung 10 die Geschwindigkeitsübertragung vom Motor 7 auf die Dynamo 1 mit dem Übersetzungsverhältnis 3 : ι, die Übertragung der Umfangskraft bei gleicher Entfernung vom Mittelpunkte also im umgekehrten Verhältnisse ι : 3 erfolgt, was der Fall ist, wenn der Durchmesser des Wälzkreises des Hohlrades 8 doppelt so groß ist wie derjenige des Rades 6, während bei Kupplung des Hohlrades 8 mit dem Wärmemotor das Geschwindigkeitsverhältnis in jedem Falle gleich ι : 1 ist. Die Ein- und Ausschaltung der Kupplungen 10 bzw. 9 wird durch die Kontaktfelder 17 bzw. 18 über die Widerstände 19 bzw. 20 bewirkt, und das Kontaktfeld 21 dient mittels der Widerstände 22 zur Beeinflussung des den Gaseinlaß regelnden Solenoids 12. Die Batterie 23 dient zur Speisung sämtlicher vorhandener elektrischer Stromkreise.

Die Anordnung nach Fig. 1 arbeitet in folgender Weise: Zuerst wird der Wärmemotor 7 mit der Dynamo 1 zu einer Gruppe zusammengeschlossen, was zweckmäßig unter Ver-Wendung der Kupplung 10 erfolgt, da das hierdurch eingeschaltete Geschwindigkeitsverhältnis (3 : 1) eine große Geschwindigkeit und damit auch eine große Leistungsabgabe des Wärmemotors bereits bei kleiner Fahrzcuggeschwindigkeit zuläßt. Es wird zu diesem Behufe der zur Änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses dienende Fahrschalter 17, 18, 21 in Stellung I gebracht. Nunmehr erfolgt die Einschaltung der Hauptkupplung 2 und das Anlassen der Gruppe 1, 7 und des Fahrzeuges mittels der Fahrschalter 13 und 16. In einem bestimmten Moment der Geschwindigkeitsregelung, ζ. B. in Stellung X des Schalters 16, der sich dem Wagenführer durch einen entsprechenden Wert des am Amperemeter abzulesenden Entladestromes bemerkbar macht, wird der Übergang auf das Geschwindigkeitsverhältnis 1 : 1 durch Einschaltung der Kupplung 9 angebracht sein, was durch Vorrücken der Kontaktfelder 17, 18, 21 nach Stellung II erreicht wird. Der Rest der Geschwindigkeitsregelung wird dann mit diesem Übersetzungsverhältnis durchgeführt. Findet eine Stromrückgewinnung, ζ. B. bei Talfahrt, statt, so kann durch Überführung des Fahrschalters 17, 18, 21 nach Stellung III die Ausschaltung beider Kupplungen 9 und 10 bewirkt werden. Gleichzeitig wird durch das Kontaktfeld 21 der Gaseinlaß unter Vermittlung des Solenoids 12 derart verkleinert, daß der Wärmemotor nunmehr ohne Leistungsübertragung mit z. B. auf ein Zehntel der Maximalgeschwindigkeit verminderter Drehzahl leer läuft.

Der Übergang von einem Geschwindigkeitsverhältnis auf das andere kann natürlich auch selbsttätig erfolgen, indem z. B. ein unter dem Einfluß der Spannung und der Intensität des Batteriestromes stehendes Relais vorgesehen wird, welches bei verschiedenen Werten des Batteriezustandes die eine oder die andere oder keine der beiden Kupplungen 9 und 10 zur Wirkung bringt. Ferner können insbesondere für die Periode der Leistungsübertragung des Wärmemotors mehr als zwei Geschwindigkeitsstufen vorgesehen werden. Endlich kann die Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses auch so verwirklicht werden, daß. z.B. bei Bergfahrt während der ganzen Geschwindigkeitsregelungsperiode mit dem großen Übersetzungsverhältnis gearbeitet wird und bei Verminderung der notwendigen Leistung, z. B. beim Übergang auf Horizontalfahrt, das Geschwindigkeitsverhältnis ι : ι unter entsprechender Verkleinerung der Drehzahl des Wärmemotors durch Gasregelung zur Wirkung kommt.

- Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, bei welcher eine selbsttätige Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses in Abhängigkeit vom Batteriezustande stattfindet. Zwischen der Dynamo 30 und dem Verbrennungsmotor 31 ist die magnetische Kupplung 32 vorgesehen, während die magnetische Kupplung 33 die Verbindung der Gruppe 30, 31 mit den Triebachsen ermöglicht. Der Fahrschalter 34 umfaßt die Widerstände 35, 36, 37, welche für das Anlassen des Dynamoankers, die Einschaltung der Kupplung 33 und die Regelung des Dynamofeldes bestimmt sind. Die Kupplung 32 ist von einem Differentialrelais 38 beherrscht, das von der Spannung und der Stromstärke des Batteriestromes abhängt und in einer bestimmten Stellung seines Kernes den Stromkreis des Solenoids 39 schließt, das seinerseits dann die Abschaltung der Kupplung 32 über die Widerstände 40 bewirkt. Gleichzeitig wirkt der Magnet 38 auf den Gaseinlaß des Wärmemotors ein, indem er in bekannter Weise je nach dem Vorhandensein eines Entlade- oder Ladestromes die Gaszufuhr öffnet oder abdrosselt. Die Batterie 41 dient zur Pufferung und Rückgewinnung von Energie und zur Speisung der einzelnen Steuerstromkreise.

Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet in folgender Weise: Beim Anfahren entnimmt die Dynamo Strom von der Batterie, so daß das Relais 38 den Stromkreis des Solenoids 39 offen hält und die Kupplung 32 Wärmemotor und Dynamo zu einer Einheit verbindet. Mittels des Fahrschalters 34 wird in bekannter Weise das Anlassen der Gruppe 30, 31, das Einschal-

ten der Hauptkupplung 33 und die Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeuges bis zum Maximalwert bewirkt. Das Differentialrelais 38 wird derart vom Batteriezustand beeinflußt, daß es den Stromkreis des Solenoids 39 und den Gaseinlaß des Motors offen hält, solange die Dynamo Strom von der Batterie nimmt, daß es aber seine Kontakte schließt und dadurch die Abschaltung der Kupplung 32 durch den Magneten 39 hervorruft, sobald ein Ladestrom von bestimmtem Werte auftritt. Normalerweise wird also die Verbrennungskraftmaschine bei Anfahrt und in Steigungen dauernd mit der Dynamo gekuppelt sein und Leistung mit dem Geschwindigkeitsverhältnis z. B. von ι : ι auf die Triebräder übertragen; aber diese Kupplung wird im Falle einer Energierückgewinnung bei Talfahrt und bei Verlangsamung selbsttätig oberhalb eines bestimmten kleinen Ladestromwertes, welcher zur Deckung der elektrischen Verluste notwendig ist, gelöst. Gleichzeitig mit der Abschaltung der Kupplung 32 wird durch den Magneten 38 die Gaszufuhr zum Motor 31 derart abgedrosselt, daß derselbe nunmehr mit" verminderter Geschwindigkeit leer läuft oder eventuell zum Stillstand kommt. Wenn das Fahrzeug von neuem Triebkraft verlangt und eine Entladung der Batterie, z. B. beim Wiederanfahren, hervorruft, schließt das Relais 38 wiederum durch öffnung des Stromkreises des Solenoids 39 die Kupplung 32 und gibt gleichzeitig den Gaseinlaß von neuem frei, so daß der Wärmemotor mit der Dynamo zu einem mechanischen Ganzen wieder verbunden wird, wobei durch das Relais 38 der Gaseinlaß entsprechend der notwendigen Leistung geregelt wird.

Wie ersichtlich, ist bei einem derartigen Triebsystem eine praktisch vollkommene Energierückgewinnung möglich, indem die ganze Energie des Fahrzeuges, die durch das Beharrungsvermögen bei Verlangsamung und durch das Gewicht bei Talfahrt verfügbar ist, unter Vermeidung des sonst durch den Leerlauf des Wärmemotors mit der Höchstdrehzahl entstehenden Arbeitsverlustes in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die Entkupplung des Wärmemotors vollzieht sich ohne jeden Nachteil für das ruhige Arbeiten des Wagens, da ja durch die Dynamo eine in ständiger Kupplung mit den Rädern stehende Triebkraft gegeben ist, welche einen Stoß beim Übergang auf den Leerlauf des Wärmemotors verhindert. Der für den Leerlauf des Wärmemotors mit verminderter Geschwindigkeit erforderliche Brennstoffverbrauch ist so gering, daß er als Verlustwert nicht in Betracht kommt. Je nach dem jeweiligen Betriebsprogramm kann es zweckmäßig sein, anstatt das Vorhandensein eines Ladestromes von bestimmter Größe abzuwarten, den Wärmemotor von der Dynamo schon dann abzukuppeln, wenn der Entladestrom gleich Null geworden oder selbst wenn noch ein bestimmter Entladestrom vorhanden ist. Wenn auf die Selbsttätigkeit bei der Ein- und Ausschaltung der Hilfskupplung verzichtet wird und der Wagenführer das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen Dynamo und Wärmemotor regelt, kann die Entkupplung des Wärmemotors auch dann vorgenommen werden, wenn dieser aus irgendeinem Grunde keine Leistung mehr abgibt und die Dynamo den Antrieb des Fahrzeuges allein zu besorgen hat.

Wenn auf die Verbesserung der Stromrückgewinnung bei Horizontalfahrt verzichtet wird, kann die Überführung des Wärmemotors in den Leerlauf mit verminderter Geschwindigkeit auch in Abhängigkeit vom Profil der Strecke erfolgen, indem eine am Wagenrahmen befestigte Vorrichtung, welche die jeweilige Neigung des Profils annimmt, die Hilfskupplung zwischen Wärmemotor und Dynamo bei Talfahrt außer Wirkung setzt. Natürlich muß diese Vorrichtung, z. B. ein Quecksilberunterbrecher mit Niveauveränderung, derart gebaut sein, daß die gewöhnlichen Schwankungen des Fahrzeugrahmens ihn nicht beeinflussen. Außerdem muß ein Ausschalter für jede Fahrtrichtung oder ein einziger Unterbrecher mit entsprechender Doppelwirkung vorgesehen werden.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses in gleichzeitiger Abhängigkeit vom Profil der Strecke und vom Batteriezustand selbsttätig bewirkt wird. Außer den bereits in Fig. 2 erwähnten Teilen der Anordnung ist hier neben dem vom Batteriezustand beeinflußten Relais 38 noch ein zweites, den Stromkreis des Solenoids 39 beherrschendes Relais 42 vorgesehen, welches erregt wird und seine Kontakte schließt, sobald ein. Quecksilberunterbrecher 43, der die jeweilige Neigung des Fahrzeugrahmens annimmt, die Kontakte 44 bei der einen bzw. 45 bei der andern Fahrtrichtung im Falle einer Talfahrt bestimmter Neigung schließt. Wenn gleichzeitig die Batterie die gewählte Spannung erreicht hat, schließt das Relais 38 seinerseits die zugehörigen Kontakte, so daß dann der Stromkreis des Solenoids 39 vollendet ist und dieses die Abschaltung der Kupplung 32 bewirkt, wobei gleichzeitig der Wärmemotor durch entsprechende Gasregelung zum Leerlauf mit verminderter Geschwindigkeit bzw.. zum Stillstand gebracht wird. Durch den Schalter 46 bzw. 47 wird jeweils das eine Kontaktpaar 44 bzw. 45 für die Bergfahrt abgeschaltet.

An Stelle einer magnetischen Kupplung, wie sie in den Figuren vorgesehen ist, läßt sich jedes andere Mittel anwenden, welches die Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen Wärmemotor und Dynamo zu ver-

wirklichen erlaubt. Man kann z. B. zwischen den Wellen der beiden Maschinen eine lose Kupplung einschalten, welche in bekannter Weise mit Klinke und Sperrad oder mit Kugeln arbeiten kann. In diesem Falle ist es zur Erzielung des Leerlaufes des Wärmemotors mit verminderter Geschwindigkeit nur nötig, die Gasregelung so zu beeinflussen, daß der Motor, z. B. mit ioo Touren laufend, hinter der Dynamo zurückbleibt. Ein neuerlicher Eingriff des Wärmemotors mit der Dynamowelle erfordert ebenso nichts weiter als die Beschleunigung der Verbrennungskraftmaschine durch entsprechende Vermehrung der Brennstoffzufuhr. Die Regelung des Gaseinlasses kann von Hand oder selbsttätig erfolgen und ebenfalls vom Batteriezustand bzw. dem Streckenprofil abhängig sein. Ferner ist hier für jede Fahrtrichtung eine besondere Kupplung vorzusehen, welche beide durch eine geeignete Steuerung bedient werden.

Ebenso wie die¹ Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses in verschiedener Weise verwirklicht werden kann, sind auch die übrigen Teile der den Erfindungsgegenstand bildenden Anordnung mannigfacher. Ausführung im einzelnen fähig.

Claims (5)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Verfahren zum Antrieb von Fahrzeugen nach dem gemischten System, bei welchem ein Wärmemotor mittels mechanischer Kraftübertragung auf die Triebachsen arbeitet und eine mit dem Wärmemotor gekuppelte Dynamo in Parallelschaltung mit einer Batterie zur Pufferung und Wiedergewinnung von Energie dient, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschwindigkeitsverhältnis des Wärmemotors (z. B. 7 in Fig. 1) zur Dynamo (1) zwischen einem eine Übertragung der thermischen Leistung mit der größten Motordrehzahl bei bestimmter Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglichenden Höchstwert und einem den Leerlauf mit verminderter Geschwindigkeit oder den Stillstand des Wärmemotors gestattenden Mindestwert, zweckmäßig in geeigneten Stufen, von Hand oder selbsttätig veränderlich ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschwindigkeitsverhältnis einer zwischen Wärmemotor (z. B. 7 in Fig. 1) und Dynamo (1) eingeschalteten mechanischen Übersetzung (6, 4, 5, 8) derart veränderlich ist, daß die Motorleistung im Falle einer ein großes Drehmoment erfordernden Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem größten Übersetzungsverhältnis übertragen wird und dieses mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit, zweckmäßig in geeigneten Stufen, bis zur Gleichheit der Geschwindigkeiten der beiden Wellen von Wärmemotor und Dynamo vermindert wird, während in den keine Leistungsübertragung von Seiten des Wärmemotors erfordernden Betriebsfällen der Wärmemotor zum Leerlauf mit eventuell bis Null verminderter Geschwindigkeit, zweckmäßig unter Lösung seiner mechanischen Abhängigkeit von der Dynamo, gebracht wird.
3. 3. Verfahren. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses des Wärmemotors (z. B. 31 in Fig. 2) zur Dynamo (30) selbsttätig in Abhängigkeit vom elektrischen Zustand der Batterie (41) mittels einer geeigneten Vorrichtung (Relais 38) bewirkt wird, welche den Wärmemotor oberhalb eines bestimmten Ladestromwertes oder unterhalb eines gewissen Entladestromwertes von der Dynamo entkuppelt, aber unterhalb bzw. oberhalb jenes Wertes von Ladung bzw. Entladung die Kupplung der beiden Maschinen wiederherstellt und aufrecht erhält.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses des Wärmemotors (z. B. 31 in Fig. 3) zur Dynamo (30) selbsttätig in Abhängigkeit vom Profil der Strecke mittels einer geeigneten, von der jeweiligen Lage der Ebene des Wagenrahmens go beeinflußten Vorrichtung (Quecksilberschalter 43) bewirkt wird, welche bei einer Talfahrt von bestimmter Neigung den Wärmemotor von der Dynamo entkuppelt, die Kupplung aber bei Horizontalfahrt und Steigungen wiederherstellt und aufrecht erhält.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Geschwindigkeitsverhältnisses des Wärmemotors (z. B. 31 in Fig. 3) zur Dynamo (30) selbsttätig in gleichzeitiger Abhängigkeit vom elektrischen Zustand der Batterie (41) und dem Profil der Strecke mittels geeigneter, unter dem Einflüsse dieser beiden Faktoren arbeitender Vorrichtungen (Relais 38 und Quecksilberschalter 43) derart bewirkt wird, daß der Motor von der Dynamo entkuppelt wird, wenn gleichzeitig ein bestimmter Batteriezustand und eine bestimmte Profilneigung vorhanden ist, während die Kupplung der beiden Maschinen für alle die Betriebsfälle gesichert ist, in denen diese beiden Bedingungen nicht gleichzeitig erfüllt sind.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.