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Elektrischer Kraftfahrzeug Antrieb
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vermittels einer mit konstanter Geschwindigkeit laufender Kraftc,uelle
Ein Dieselmotor oder eine Turbine treibt mit gleichbleibender Drehzahl und mit einer
reduzierten Pferdekraft einen zwei arsen Wechselstrom Generator als Kraftquelle,
durch deren Leistung die Stator Pole von mindestens vier unabhängig rotierenden
Schrittmotoren gespeist werden, wodurch die schrittmotore; synchron mit detn Generator
und miteinander gekoppelt laufen. Jeder Schrittmotor ist direkt mit einem Antriebsrad
eines Fahrzeuges gekuppelt. Die Leistung der Schrittmotore ist so bemessen, dass
das Kraftfahrzeug auf einer horizontalen Wegebene mit einer begrenzten maximalen
Geschwindigkeit gerade den Luft-und Roll-Widerstand des Fahrzeuges uberwindet.
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Bei der Anfahrt, während der Beschleunigung und wffhrend der Fahrt
mit einer niedrigeren Geschwindigkeit wird Gleichstrom aus einer Akkumulatoren Gruppe
in Stromstösen den Schrittmotoren zugeführt, anstelle des Wechselstroms direkt von
dem Generator. Eine Kontrolschaltung bestimmt die Frequenz eines veränderlichen
Frequenzgenerators, dessen Impulse die Höhe der Erzeugung eines elektrischen Kraftfluxsystemes
bestimmt.
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Durch die Anzahlt der Stromstösse, die den Schrittmotoren pro Sekunde
zugeführt werden, verändert sich die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, Während
Leerlaufs, der Wechselstrom des Generators wird gleichgerichted und lädt die Batterie
auf. Wenn gebremst wird, die mit laufenden Schrittmotore entwickeln Wechselstrom,
der auch gleichgerichtet wird und dann der Batterie zugeftfhrt wird.
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Eine änderung der Frequenz der Stromstösse, die den Schrittmotoren
auf der rechten Seite des Fahrzeuges zugeführt werden, wenn verglichen mit der Frequenz,
die den Motoren auf der linken Seite des Fahrzeuges zugeführt werden, und vice versa,
entspricht dei Wegdifferential der Ruder, wenn eine Kurve gefahren wird, und wird
durch die Stellung der Steuerung bestimmt Als eine Abänderung,die Verbrennung von
zerstückelten und verkleinerten festen Brennmaterial, wie zum Beispiel: Holzteile,
in einer Verbrennungskammer eines tragbaren Verbrennungskessels oder eines Druckbehillteu;
der auf der Rückseite eines Fahrzeuges ontiert ist, wird eingeleitet durch die Entzündung
eines Anlassgases, wie zum Beispiel Propangas aus einem oitgefUhrte Zylinder, das
durch eine Zündkerze zum Brennen gebracht wurde.
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Luft wird durch einen Kompressor zugeführt,der durch ein Turbine oder
durch einen elektrischen Motor angetrieben wird. Sobald die Verbrennung des festen
Brennstoffes soweit vorangeschritten ist, dass das Feuer sich selbst nährt, wird
das Anlassgas abgestellt. Die comprimierten und durch die Verbrennung des festen
Materials erhitzen Abgase werden aus der Ver brennungskamaer in eine Turbine durch
einen Regeler geleitet. Die Axe der Turbine treibt ein die Drehzahl reducierendes
Getriebe, welches dann den Wechselstrom Generator antreibt.
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Hintergrund der Erfindung Ein Untersuchung des Brennstoffverbrauches
konventionaler Kraftfahrzeuge hat ergeben, dass ungefähr die Hälfte des Kraftstoffes,
den ein normaler Explosionsmotor benötigt, im Stadtverkehr, auf Verkehrsampeln wartend,
entweder im Leerlauf oder im wiederholten Anfahren und Anhalten verbraucht wird
oder in atiospherische Verunreinigung gesetzt wird. Kraftstoff wird auch bei solchen
Fahrzeugen durch Reibung im Getriebe und
Differential, oder durch
Bremsen, auch wenn man bergab fåhrt, vergeudet.
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Wenn man die anwachsende Verknappung aller flüssigen Bremstoffe betrachtet,
wird es klar, dass der Verbrauch - wenn überhaupt zugänglich - nur unter sehr hohen
Unkosten von statten gehen wird.
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Ein Wechselstrom Generator wird durch eine abgeänderte, bewegliche
elektrische Kraftanlage angetrieben, gemäss meinerErfindung, oder durch eine Turbine,
die durch Verbrennung von zerkleinerten und langsam brennenden festem ßrennstoffen,mJie
zum Beispiel HolzstUcke, in einem beweglichen Veibrennungskessel oder Druckbehälter
erzeugten heissen und ausgedehnten Abgase angetrieben wird.
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Abstrakt der Erfindung Die Erfindung in der Hauptsache betrifft die
Anwendung von unabhängigen Schrittmotoren, die je mit einem Antriebsrad eines Kraftfahrzeuges
gekuppelt sind, und die synchorne mit einem zwei-Phasen Wechselstrom-Generator laufen,
der durch einen mit einer konstanten Geschwindigkeit laufenden Rotationsmotor angetrieben
wird. Der Motor hat eine viel geringere Pferdestärke und somit geringeren Kraftstoff
Verbrauch, als wäre nötig ftlr den normalen Antrieb eines Kraftwagens. Die Leistung
der Schrittmotore; wenn nötig, kann durch den Gleichstrom aus einer Akkumulatorengruppe
erhlSht werden'wenn der Gleichstrom in Stromstösse.: in der benötigten Frequenz
umgewandelt wird.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Art und Weise, durch welche
die Energie des Beharvungsvermögen des Fahrzeuges'die beim Bremsen normalerweise
verloren geht, durch die Schrittmotore in Wechselstroa umgewandelt wird und nach
erfolgter Gleichrichtung in den Akkumulatoren gespeichert wird.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Anwendung von elektrischen
Anlagen, die die Frequenz der Stromstösse entsprechend der Drehung des Steuerrades
des Kraftfahrzeuges fUr die auf der Innenseite einer Kurve liegenden Schrittmotoren
reduciert im Verhältnis zu der Frequenz, die den Schrittmotoren auf der Aussenseite
einer Kurve zugeführt wird. Hierdurch wird eine elektrische Differentialwirkung
erreicht.
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Eine Abänderung der Erfindung besteht haupts;chlich darin, dass ein
mitgeführter Verbrennungskessel oder Druckbehåtlter vorgesehen ist, in welchem langsam
brennbares, zerkleinertes festes Material, wie zum Beispiel Holzblöcke oder Stücke,
das durch die Entzündung eines Anlassgases, z.B. Propangas, aus eine. mitgeführten
Behälter durch ein Ztindkerze oder Glühkerze zum rennen gebracht wurde. Dieses Anlaasgas
wird abgestellt, sobald die Verbrennung des festen Brennstoffes soweit vorangeschritten
ist, dass das Feuer sich selbst währt. Die Abänderung der Erfindung besteht weiterhin
darin, dass ein durch eine Turbine angetriebener Wechselstromgenerator vorgesehen
ist, dessen Turbine durch die erhitzten und ausgedehnten Abgase aus dem Verbrennungskessel
oder Druckbehälter angetrieben wird. Der Wechselstrom so produciert wird dem elektrischen
Kraftfahrzeug Antrieb zugeführt, wie im Einzelnen in nachstehenden erleutet. Die
Abänderung der Erfindung besteht weiterhin darin, dass zwei Verbrennungs kessel
oder Druckbehälter vorgesehen sind, die die ununterbrochene Anwendung der Turbine
ermöglicht, indem ein zweitavoll beschickten Verbrennungskessel in Reserve steht
und in Benutzung gesetzt werden kann, wenn der erste Kessel seine Besttlckung aufgebraucht
hat.
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In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagram
eines Antrieb-systems für Kraftfahrzeuge, die durch Schrittmotore betrieben werden,
deren Wechselstrom von einem Generator geliefert wird, der durch einen mit gleichförmiger
Geschwindigkeit laufenden Motor oder Turbine angetrieben wird, unter Mithilfe von
pulsierenden Gleich-stromstössen aus einer Akkumulatoren Gruppe.
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Fig. 2 ist ein schematischer Grundriss eines Fahrgestelles fUr einen
Kraftwagen nach Fig. 1.
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Pig. 3 ist ein schematischer vertikaler Schnitt entlang der Linie
3-3 durch das Fahrzeug nach Fig. 2.
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Fig. 4 ist ein vertikaler Schnitt entlang der Linie 4-4 nach Fig.
2.
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Fig. 5 ist ein impulsegesteuerte Schaltung ffr das zwei-phasen Stromsystem
eines Schrittmotors nach Fig. 1.
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Fig. 6 ist ein Prinzipschaltbild fflr den direkten Antrieb oder ftir
den Freilauf des Fahrzeuges entsprechend der Erfindung.
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Fig. 7 ist eine Schaltung wie fflr das Frequenz-differential bentigt,
um das Fahrzeug eine Kurve nehmen zu lassen.
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Fig. 8 ist eine Prinzipschaltung fUr den zwei-Phasen Wechselstrom,
der durch den Generator erzeugt und dann durch Silizium gleichrichter rektifiziert
wird.
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Fig. 9 zeigt die Schaltung für die regeneratir wirkende Bremse, wodurch
der Wechselstrom von den Schrittmotoren, die als Rad angetriebene Generatoren arbeiten,
rectifiziert und damit Energie wieder gewonnen wird.
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Fig. 10 ist ein Blockdiagran, das Figure 11 in FenglerSs Patent N.
1613083 vorn 6 August 1970 abgeändert darstellt um Gleichstroi von einer Akkumulator
Gruppe fUr dieses Kraft fahrzeug Antriebsystem zu schalten und in welchem die Statorpole
neue Hinweisnummern erhalten haben.
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Fig. 11 ist ein Querschnitt, wie die Figure 1 Penglers früheren Patentes,
welches aber die extra Wicklungen für einen Schrittiotor zeigt.
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Fig. 12 ist eine schematische Seitenansicht, teilweise als Mittelschnitt,
einer mitgeführten und mit festem Brennmaterial gespeisten elektrischen Kraftanlage
als Abänderung der Erfindung gezeigt.
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Fig. 13 ist ein schematischer Grundriss der Kraftanlage nach Fig.12.
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ALLGEMEINER AUFBAU Das Blockdiagraa nach Fig. 1 zeigt den allgemeinen
Aufbau der Einzelteile eines Kraftfahrzeug-Antrieb-Systeos mittels Schrittmotoren,
Ubergeordnet mit Nr. 10 identifiziert, entsprechund der Erfindung, sowie die Einzelteile
und Schaltung, letztere mehr ausführlich geschildert in Fig. 5 bis 9 einschliesslich.
Das Kraftfahrzeug-Antrieb-System 10 (Fig. 1) hat angenommen zum Beispiel vier Antriebräder,
die mit unabhängig angetriebenen Motoren gekuppelt sind, deren Kraftstrom von einer
Kraftanlage 12 stammt,
die aus einem dauernd und mit konstanter
Drehzahl laufendebl3xplosionsmotor besteht, wie zum Beispiel ein Dieselmotor oder
eine Gasturbine, die durch eine Kupplung 14 einen zwei-Phasen - 400 Hz. - approx.
22 Kilowatt entwickelnden Generator 16 treibt. An den Generator 16 ist Uber die
Leitung 18 eine Schaltdose 20 und eine Leitung 22, und die Abzweigungen 24, 26,
28 und 30 der rechte vordere Antrieb-schrittmotor 32, der linke vordere Antrieb-echrittmotor
34, der rechte hintere Antrieb-schrittmotor 36 und der linke hintere Antrieb-schrittmotor
38 angeschlossen. Die Antrieb-schrittiotoren 32, 34,36, und 38 sind verschieden
nummeriert, weil die Motoren, die auf der Gegenseite laufen, einen Wechselstrom
von unterschiedlicher Frequenz manchmal erhalten, um eine elektrische Differentialaktion
zu erhalten, wenn das Kraftfahrzeug um eine Decke fahrt oder eine Kurve des Fahrstrasse
folgt. Aus diesem Gesichtspunkte, wie weiter unter ausfUhrllcher beschrieben erlauben
die unterschiedlichen Uadreh ungen, die die Schrittmotore 32 und 36 auf ddr rechten
Seite des Fahrzeuges machen, wie die Motore 34 und 38 auf der linken Seite ausfUhren,
dieselbe Aktion, wie das mechanische Differentialgetriebe eines konventionalen Kraftfahrzeuges.
Es wird später klar, dass die Leitung 20 und die Abzweigungen 24, 26, 28 und 30
Wechselstrom von dem Generator 16 im direkten Gang fuhren, aber auch in getrennten
Stromkreisen pulsierende Gleichstromstösse führen, deren Frequenz durch zwei pulsierende
Frequenz-Generatoren 76 und 86 reguliert werden, wie im nachfolgenden dargestellt.
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Von der Schaltdose 20 durch die Leitung 44 fliess Wechselstrom zu
einem zwei-Phasen dleichrichter 42 und dann durch die Leitung 47 als Gleichstrom
in die Akkumulatoren Gruppe 48, um dieselbe unter der Regulierung eines Kontrollapparates
50, angeschlossen durch die Leitungen 52 und 54
aufzuladen. Gebrelst
wird in der Hauptsache durch die Schrittmotors 32, 34, 36 und 38, die als Generatoren
wirken, und durch deren mechanische Kupplung zu den Rädern die Bremskraft auf das
Kraftfahrzeug ausüben. Der regenerierte Wechselstrom wird durch die Leitungen 56,
58, 60 und 62 zu den Bremstomregler 64 geleitet, von den der Wechselstrom durch
die Leitung 66 und den Gleichrichter 68 als Gleichstrom durch die Leitung 70 in
den Akkunulator fliesst. Bine Umgehungsleitung 46 verbindet die Akkuuu latorengruppe
48 bei Umgehung des Gleichrichters 68 mit den Anfahr- und Diemsstromregeler 64,
der dann zu den Schrittmotoren 32, 34, 36 und 38 pulsierender Gleichstromstöqse
zuleitet, um dem Wagen anzufahren und auf Geschwindigkeit zu bringen.
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Die oben angedeutete elektrische Differentialwirkung zwischen den
rechts und links befindlichen Radpaaren wird durch eine nit den Steuerrad verbundene
Differentialkontrolle 72 reguliert, welche ein Signal an den veränderlichen Frequenzgenerator
76 durch Leitung 84 liegt, das proper tioart zu der Stellung des Steuerrades ist.
Der Frequenzgenerator 76 ist durch Leitung 78 nit den pulsierenden schrittfolge
und reversierkreis Regler 80 fUr die rechte Fahrseite verbunden, von welchen die
pulsierenden Gleichstromstösse durch Leitung 82 über den Anfahr - und Bremsstromregeler
64 der jetzt als Geber arbeitet, und aber die Leitungen 56 und 60 in die Schrittsmotore
32 und 36 fliesst. Für die linke Fahrseite geht das Signal von der Differentialkontrolle
72 aber Leitung 84 zu den veränderlichen Frequenzgenerator 86 und Leitung 88 dem
pulsierenden schrittfolge und reversierkreis Regeler 90 far die linke Fahrseite.
Von diesen Schrittfolge und reversierkreis Regeler 90 fliessen die pulsierenden
Gleichstromstösse durch Leitung 92 im den anfahr- und bremsstrom Regeler 64, der
jetzt als Geber arbeitet und über die Leitungen 58 und 62 in die Schrittmotore 34
und 38.fliesst. Die Gleichstromstösse haben verschiedene Frequenz, die davon abhängt
wie der Differentialsteuerung 72 in der Richtung und Grösse durch Drehung des s
Lenkrades
beeinflusst wird. Der Ausdruck Leitung mag eine einsize oder ein w;ehrfache Leitung
bedeuten, was auch fr die Fig. 5 bis 9 einschliesslich gilt.
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KRA FTANLAGE Der Antrieb 12 fflr den Wechselstromgenerator 16 durch
seine mechanische Kupplung 14 kann durch einem konventionalen Explosionsmotor, wie
zum Beispiel durch einem Dieselmotor, oder durch einer Gasturbine ausgeübt werden.
Jeder der beiden Antriebe kann bedeutend kleiner bemessen werden, als normalerweise
fUr einen konventionalen Kraftwagen benötigt wird. Der Motor eines Kraftfahrzeug
muss doppelt so stark bemessen werden, um in einer kurzen Zeitspanne einen Wagen
vom Ruhestand durch eine scharfe Beschleunigung auf eine hohe Geschwindigkeit zu
bringen.
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Er muss aber auch gut im Leerlauf laufen, um eine bequeme Schaltung
des mechanischen Getriebes zu ermöglichen. Beide GrUnde fallen ftlr diese Erfindung
fort, weil die mechanische Kupplung, das Getriebe und das Differential wegfallen.
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Die Kraftentwricklung des Antriebes 12 ist nur so gross bemessen,
dass der Wechselstrom des Generators 16 durch die Schrittmotore 32, 34, 36, und
38 gerade den Rollwiderstand des Fahrzeugs auf glatter Strasse zuzüglich des Windwiderstandes
Uberkommt. Der Vorteil eines Antriebes, der durch einen mit konstanter Geschwindigkeit
laufenden Dieselootor oder Benz in motor oder Gasturbine angetrieben wird, liegt
darin, dass er einen viel höheren Wirkungsgrad hat als ein Antrieb, der einen Kraftwagen
beschleu nigen und bremsen muss, wie es üblich ist in Kraftwagen angetrieben durch
einen normalen Explosionsmotor oder eine Turbine. Auch ist die Emission
von
mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufenden Motoren viel niedriger als die Emission
der mit variabler Geschwindigkeit laufenden Motore.
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Zusätzlich haben die mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufenden
Motore einen viel besserere Brennstoff Verbrauch als Motore, welche gezwungen sind
oft zu beschleunigen und dann auf Leerlauf zu gehen. Es ist eine bekannte Tatsache,
dass zum Beispiel der Wirkungsgrad der Explosionsmotore, die in den Elektrizitätswerken
auf gleichbleibenden Touren laufen, und die elektrischen Generatoren antreiben,
beinahe doppelt so hoch ist, wie der Wirkungsgrad der besten Explosionsmotoren,
die in die heutigen Automobile eingebaut werden.
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Der Generator 16, angetrieben durch die Kraftquelle 12, ist ein zwei
Phasen Wechselstrom Generator, dessen Dauerleistung vorzugsweise in jeder von beiden
Phasen 120 Ampere erzeugt, wenn er eine maximale Frequenz von 450 Hertz und eine
Spannung von 60 bis 84 Volt besitzt. Die beiden Phasen sind 900 verschoben. Diese
Leistung ist gross genug,um den rollenden Widerstand eines normalen Personenwagens
und dessen Luftströmungswiderstand durch die Drehkraft der Schritt.otoren 32, 24,
36 und 38 zu verkommen, wenn der Wechselstrom von dem Generator 16 kommend direkt
eingeschaltet ist. Der Alternator 16, wie in diese. Kraftfahrzeugantriebe System
10 in dieser Erfindung verwendet, muss eine genügend niedrize Drehzahl pro Minute
besitzen, damit er sich der Leistungskurve eines Dieselmotors anpasst, wenn solcher
gebraucht wird. Die Frequenz muss veränderlich zwischen 300 und 450 Mertz bleiben
und entspricht den Drehzahlen pro Minute der Kraftquelle 12, mit welcher der Generator
16 angekuppelt ist. Es ist jedoch vorausgesetzt, dass wenn die verlangte Frequenz
t)konomischer und wirksamer durch einen Generator 16 mit einer höheren Drehzahl
seines Ankers erzeugt werden kann, eine kleine Turbine
als Kraftquelle
anstelle des Dieselmotors verwendet werden kann.
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Die niedrigste Leistung des Generators 16 soll vorzugsweise 20 KW
sein, wobei jede der beiden Phasen etwa 120 bis 170 Ampere liefert. Obwohl die erwünschte
Spannung des Generators 16 zwischen 60 und 89 Volt liegen kann, unter speciellen
Umstanden wurde 120 Volt vorgezogen werden, weil 120 Volt die in der Flugzeug Industrie
gebräuchlichste Spannung ist.
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Die Leistung des Generators 16 erzeugt den Wechselstrom, der jedes
Antriebsrad durch seinen individuellen Schrittmotor 32, 34, 36 oder 38 unabhängig
durch ein "Solid-State" Spezialkontrolle treibt, die im folgenden beschrieben wird.
Die Operationsweise des zwei-Phasigen Wechselstrom ist mit cirka 400 Hz. angesetzt,
weil der spezial Schrittmotor 32, 34, 36, oder 38 wie im folgenden beschrieben einen
Stator besitzt,der zwei separate rotierende Magnetfelder besitzt. Ein Feld zieht
den nächsten Magneten des Ankers an, wenn dieser Magnet die engegengesetzte Polarization
hat, während das zweite Feld den nächsten Magneten des Ankers abstnsst, wenn er
die gleiche Polarization hat.
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Es wird im folgenden klar, dass entsprechend der Erfindung in "direkt
gekoppelter" Arbeitsweise der Brfindungoder Schrittmotort 32, 34, 36 und 38 eingeschaltet
in Synchronisation mit dem Generator 16 und ohne Schlüpfungsverlust läuft. Daher
muss der Generator 16 einen zwei-Phasen Wechselstrom producieren, um dieser besonderen
Art eines Schrittmotors anzutreiben. Das Kraftwagen-Antriebs-System 10 (Fig. 1)
kann daher als einen durch elektronische Kommutation gesteuerten Schrittmotor 32,
34, 36, oder 38 angesehen werden, der sowohl von einem Wechselstromgenerator 16,
als auch von einem der beiden anderen Wechselstromquellen 80 oder 90 betrieben werden
kann. Die Frequenz und die Phase der Stromstösse die
an den Stator
gehen, kommen von den durch Spannungsimpulse gestuften, als :erhacker arbeitenden,
"Anfahr- und Bremsstrom Regeler" "Accelerative und Decellerative Strom-Regeler"
genannt, 80 und 90, und werden durch die Spannunysimpulse der Frequenz generatoren
76 und 80 gesteuert. Fig. 5 zeigt die Einzel.
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heiten dieser Kraftquelle Diese Stromstösse üben das maximale Drehmoment
auf den Rotor aus, unabhängig von der Geschwindigkeit oder von der Frequenz des
Wechselstrom Generators 16. In dieser Weise knen die Schrittmotore 32, 34, 36 und
38 den Kraftwagen über einen grossen Geschwindigkeits-bereich antreiben, wenn die
Schrittmotore mit Wechselstrom yespeist werden, der entweder von dem mit gleichbleibender
Geschwindigkeit laufenden Generator 16 stammt oder aus den Wechselstromquellen ,30
und 90.
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Die Akkumlatorengruppe 48 des Kraftwagen.Antriebsystems 10 (Fig. 1)
ist nur so gross bemessen, dass die Leistung des Wechselstromgenerators 16, der
von einer kleinen mit gleichbleibender Geschwindigkeit laufenden Motor 12 angetrieben
wird, während der Anfahrt und während der Beschleunigung ausreichend unterstützten
wird. Indem die Batterie 48 Gleichstrom hergiebt, der auf elektronischen Wege kommutatiert,
gesteuert durch die veränderlichen Frequenzgeneratoren 76 und 86, und dann als Stromstösse
in der gewünschten Frequenz den Schrittmotoren 32, 34, 36 und 38 zugeführt wird,
hilft die batterie 48 dem Wechselstromgenerator 16 zu einer höhern Leistung. Durch
Digital-Bausteine wird das mechanische Getriebe ersetzt, dass normaler Weise für
einen Kraftwagen nötig ist. Wbnn das Kraftfahrzeug stillsteht, läuft der Motor 12
oder die Turbine 12 nicht langsamer oder in Leerlauf, sondern läuft mit konstanter
Drehzahl weiter und dez Wechselstrom des Generators 16 wird dann gleichgerichtet
und lädt die Batterie 48 voll. Es wird später gezeigt in Fig. 9, dass eine regeneratives
Bremssystem
64 vorgesehen ist, welches während der Bremsaktion die Schrittmotore 32, 34, 36
und 38 als Generatoren laufen lässt, die gleichgerichten Strom ebenfalls in die
Batterie 48 abgeben.
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Die mit Digital-Bausteinen aufgebaute (Solid State) elektronische
Kontroll fUr den 400 Hz. zwei-Phasen tMechselstrom Generator Die Zeichnung Fig.
5 zeigt die mit Digital-Bausteine aufgebaute elektronische Kontrollsystem, als Gruppe
mit 600 bezeichnet, welches einen zwei-Phasen Wechselstrom, unter Ausnutzung der
vollen Stromwelle und vom Generator 16 kommend, in einen in der Frequenz niedrigeren
Wechselstrom umwandeln, der aus gleichgerichteten aber wechselnden Gleichstromstössen
besteht und durch seine Frequenz die Schrittmotore 32, 34, 36 und 38 der Fig. 1
so antreibt,dass sie forwärts oder rückwärts die Räder eines Kraftwagens drehen.
Fig. 5 representiert somit eine Abänderung der Schaltung, wie sie in der Zeichnung
Fig. 11 in dem früheren Patent Nr. 1 613 083 des Antragstellens beschrieben wurde.
Die dort gezeigte Schaltung gab wechselnde Gleichstromstösse an den Schrittmotor
ab, die von einer einphasigen Stronkquelle 20 gespeist wurde. Die Anderung besteht
darin, dass anstelle der einphasigen Stromquelle 20, jetzt die Leitungen 606 fUr
die eine Phase und die Leitung 608 für die zweite Phase tritt.
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Hierdurch wird der hohe Frequenzstrom in jeder der beiden Phasen in
einen niedrigen und wechselnden Frequenzstrom umgewandelt, wie es dieser besondere
Schrittmotor verlangt. In der Fig. 5 werden dieselben Hinweiszahlen benutzt, angefangen
mit Nummer 147 bis 382, die für dieselben Komponenten gelten, wie im(Fengler's)
früheren Patent Nr. 1 613 083 des Antragstellers, vom 6 August 1970. Für die Bequemlichkeit
derjenigen,
die in der Art gehabt sind, wird auf die dortigen Beschreibung
hingewiesen, um anscheinend unnbtige Wiederholung und doppelte Wiedergabe zu vermeiden.
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Um weiterhin irgendwelche Konus ion zu vermeiden, beginnen die Hinweiszahlen,
die in dem früheren Patent mit der Nummer 568 enden, erst mit deL Nummer 600 und
gehen hoher Aus der Fig. 5 wird entnommen, dass die jetzige Schaltung 600 in der
Hauptsache mit der Schaltung 220 im früheren Patent Nr. 1 613 083 des Antragstellers
ähnlich ist, aber die Schaltung wird in einem anderen Verhältnis unterteilt, weil
ein zwei-phasiger wechselstrom von dem Generator 16 an die Stelle des einphasigen
Wechselstrom im frilheren Patent als Quelle tritt. Ftlr Einzelheiten der Beschreibung
der Digital Komponenten des Schaltkreises 600, wie in Fig. 5 gezeigt, der allgemein
ähnlich dem Schaltkreis 220 in der Fig. 11 des früheren Patentes Nr.
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1 613 083 des Antragstellers ist, wird auf die dort gemachten Specifikationen
Bezug genommen.
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In dem verbesserten Schaltkreis 600, (Fig. 5) wird ein untergeordneter
Kreis auf der linken oberen Hälfte benutzt und von der im lSrüheren Patent gebrauchten
Nummer 220 umnummeriert auf Nr. 602. Als Eingangsenergie wird die Leistung der ersten
Phase des Wechselstromgenerators 16 benutzt, und ein anderer untergeordneter Kreis
der auf der rechten oberen Hälfte liegt und auf 604 umnummeriert wird unter der
als Eingangrenergie die Leistung der zweite Phase des Wechselstroms benutzt. Der
gesamte Schaltkreis 600 erlaubt die sepaxate Lieferung von elektrischer Energie
zu den Schrittmotoren 32, 34, 36 und 38, indem Stromstösse von Gleichstrom an die
beiden Statorstromkreise für jedes Rad geliefert werden. Jeder der beiden Statorstromkreise
erzeugt wechselweise einen magnetischen Nordpol und einen magnetischen Südpol Insbesonders
wird die Leistung der ersten
Phase 606 des Generators 16 nach den
Siliziumgleichrichtern 276, 278, 280, 282, 376, 378, 380 und 382 geleitet, die Stromstesse
an die Statorwicklung 147 der Schrittmotore, 32, 34, 36 und 38 liefern, dagegen
erhalten die Siliziumgleichrichter 288, 290, 292, 294, 388, 390, 392 und 394 die
Leistung der zweiten Phase 604 des Generators 16, die Stromstösse an die zweite
Statorwicklung 151 der Schrittmotore liefert. Die Zündfolge dieser Stromstösse in
die Statorwicklungen 147 und 151 verlangt ein linderung der Dauer der VerzESgerung,
ehe der Abschaltstromstoss über den Rohrumschalter 306 oder 308 an das NOR-gatter
272, 274, 284 und 286 geht. Damit die erwUnschten grossen Einsparungen an flüssigen
Kraftstoff in dieser Erfindung erreicht werden, wird die Kraftquelle 12 unterdimensioniert,
so dass sie nicht imstande ist allein das Fahrzeug in dem erwünschten Masse zu beschleunigen,
zum Beispiel um in die schneller fahrende Bahn einer Autobahn zu gelangen, oder
um eine sehr steile Strecke zu befahren. Es ist daher nötige die Leistung der Schrittmotore
32, 34, 36 und 38 während der Beschleunigung und auf Steilstrecken zu verdoppeln
zumindestens hoher als wäre notwending um im "direkten elektrischen Gang" zu fahren.
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Um dies zu bewerkstelligen (Fig. 10 und 11) wird eine dritte und vierte
Wicklung 647 und 651 auf die Spulen 147 und 151 und auf abwechselenden Stator Polschuhen
144 und 146, der Schrittmotore 32, 34, 36 und 38 auf.
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gebracht. Diese zus8tzlichen Stromkreise 647 und 651 werden durch
Gleichstromstösse, die ihre Energie aus der Akkumulatorengruppe 48 entnehmen, die
im Prinzip der Fig. 11 des fürheren Patentes Nr. 1 613 083 des Antragstellere gleicht,
jedoch vereinfacht werden kann, weil nur Gleich.
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strom an die Gleichrichter gebracht wird. Die Akkumulatorengruppe
48
bringt Strom zu den Siliziumgleichrichter 176, 178, 180 und
182 um Stromstösse in die Statorwicklungen 647 zu schicken, während die Sili5X;gleichrichter
188, 190, 192 und 194 Stromstösse in die Stator.
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wicklungen 651 geben. In diese Schaltkreise müssen Kondensatoren
ein.
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gefügt werden, um kurzweilig die leitende Phase der Gleichrichter
abzusbhalten. Die Gleichrichter werden durch Signalimpulse von dem veränderlichen
Frequenzgenerator 76 oder 86 gesteuert. In dieser Weise werden Gleichstro.stt3sse
an die Schritttaotoren 32, 34, 36 und 38 geführt, die für das Anfahren und fUr die
Beschleunigung des Kraftwagens zusatz.
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licher Energie aus der Akkumulatorengruppe 48, umgewandelt in die
gewUnschte Frequenz und gesteuert durch die veränderlichen Frequenz generatoren
76 und 86 entnehmen. Ftlr die vorwärts gerichtete Drehung wird die positive Hälfte
der Frequenzimpulse benutzt während die negative Hälfte unterdrücht wird. Wenn der
Wagen ruckwärts fahren soll, wie zum Beispiel im Parken, wird die positive Hälfte
der Frequenzsignale unterdrUckt und die negative Hälfte wird an die Leitung 248
angeschlossen.
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Wenn das Kraftfahrzeug eine Geschwindigkeit vom 70 bis 72 Kilometer
pro Stunde erreicht hat, werden diese Stromkreise umgeschaltet und die Schritt.
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motore 32, 34, 36 und 38 werden direkt an den Generator 16 angeschlossen,
wie in Fig. 6 und 8 gezeigt, so dass die Statorwicklungen 147 und 151 in Synchronisation
mit dem wechselstrom des Generators 16 lauilen. In Fig 8 deutet die Hinweiszahl
147 die erste Gruppe von Wicklungen auf abwechselnden Statorpoleschuhen eines jeden
Schrittmotors an, während Nummer 151 die zweite Gruppe vom Wicklungen der dazwischen
liegenden Statorpoleschuhe und ebenfalls in Series geschaltet andeutet. Die vier
zusätzlichen NOR-Gatter 610, 612, 614 und 616, wenn durch Leitung 635 (Fig. 5) undex
Spannung versetzt, schalten die Siliziumgleichrichter 276, 278, 380 und 382 in der
ersten Phase 606 ab, aber die übrigen Sili*1gleichrichter
288,
290, 392 und 394 verbinden die zweite Phase des Generators 16, wenn im "elektrischen
direkten Gang", direkt mit den Schrittmotore 32, 34, 36 und 38. Diese vier Schrittmotore
32, 34, 36 und 38 laufen nun als Synchronmotore. Diese Schaltung kann nur gemacht
werden, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges der geringsten konstanten Frequenz
der Generators 16 gleichkommt und die Phase der Schrittmotore mit der des generators
16 tIbereinstimmt. Im übrigen stimmen die Hinweiszahlen in den Fig. 6 und 8 mit
denen in der Fig. 11 des frUheren Patentes Nr.
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1 613 083 des Antragstellers Uberein.
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Prinzipschaltbild für Schaltung aller Räder in "elektrischen direkten
--ang" oder in Leerlauf Um in dem Prinzipschaltbild in Fig. 5 es möglich zu machen,
dass durch Umschaltung alle vier Antriebsräder des Kraftwagens entweder in den "elektråschen
direkten Gang" oder in eine Leerlaufposition gesetzt werden kleinen, sind die Stromkreise
wie in der unteren Hälfte der Weichung Fig. 5 gezeigt durch Zufügung von sechs Rohrschaltern
626, 628, 630, 632, 634, und 636 abgeändert. Vier dieser Schalter, namentlich die
Schalter Nr. 626, 628, 630, und 632 sind normalerweise geschlossen, und,wenn nicht
unter Strom gesetzt, erlauben sie die Spannung von den Rohrschaltern 306 und 308
an dS NOR-Gatter 372, 274, 284, 286 zu geben, so dass dieser Kreis in dem Schritt-modus
bleibt.
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Wenn jedoch die Schaltung in der "elektrischen direkten Gang" Position
des Fahrzeuges ist und wenn Spannung an die vier Rohrschaltern 626, 628, 630 und
632 gesandt wird, unterbrechen diese Schalter den Impulse, welcher normalerweise
durch die Rohrschalter 306 und 308 fliesen würde. Die Wirkung ist, dass die NOR-Gatter
272, 274, 284, und 286 in ihrem stromführenden Zustand verharren, ohne Rücksicht,
auf welcher Seite des Kippschalters
262 und 264 stromführend ist.
Weil dies NOR-Gatter durch die zwei gewöhnlich offenen Rohrschalter 634 und 636
nicht miteinander verbunden sind, werden alle NOR-Gatter ohne Unterbrechung stromführend
bleiben und somit sind alle Schrittmotore 32, 34, 36 und 38 direkt mit dem zwei-Phasen
Generator 16 (Fig. 1) verbunden.
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Wenn jedoch Freilauf gewünscht wird (Fig. S) muss Spannung an die
zusätzlichen Rohr-Schaltern 626, 628, 630 und 632 gebracht werden, so dass die beiden
Seiten der Rohr-Schalter 306 und 308 unter Spannung stollen, ganzgleich ob der Kippschalter
262 und 264 leitet oder nicht, und dadurch wird die Spannung in einer der stromführenden
Leitungen an die NOR-Gatter gebracht, wodurch dann in den NOR-Gattern 272, 274,
284 und 286 die stromführende Phase unterbrochen wird. Mit der Schaltung in dieser
Stellung, sind die Gatter aller Silizium-gesteuerten-gleichrichter ohne Impuls,
so dass kein Strom an die Statoren der Schrittmotore 32, 34, 36 und 38 fliessen
kann.
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gegenerative Brems Aktion In der Schaltung, wie in der lligure 11
des früheren Patent Nr. 1 613 083 des Antragstellers gezeigt, bleiben zwei NOR-Gatter
immer stromführend in ihrem Schritt-Modus, wo sie nach einander 272, 284, 274 und
286 Schritt.
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/umgekehrt weise in der vorwärts Richtung laufen oder in rückwärtiger
ltichtung erfoll.
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Wenn immer ein Schritt beendet ist, wird die Spannung impuls des von
den Kipp-Schaltern 262 und 264 durch die zwei Rohr-Schalter 306 und 308 fliesst
durch die Verzögerunglinien zwischen den Schaltern verzögert. Das vorher aktivierte
NOR-Gatter, wird durch den an das nächste Gatter gehenden Spannungimpulse abgeschaltet,
dadurch wird jeweils nur dem NOR-Gatter, welches den Schritt ausfUhrt, erlaubt,
leitend zu sein. Diese Anordnung
erlaubt, ein sehr hohes Halte
- oder Stand - Moment in dem Polekreis des Stators der Schrittmotore 32, 34, 36
und 38 zU erzeugen, wenn der nächste Schritt nicht ausgeführt wird. Sollte der nächste
Schritt langsamer ausgeführt werden, wie die vorhergehende Schrittfolge war, so
erleiden die Anker der Schrittmotoren 32, 34, 36 und 38 durch diese HaLtebezw. Standmoment.
ein sehr starke Verzögerung. Sollte das Kraftfahrzeug aber schneller laufen, als
die Spannungspulse in der Linie 248 (Fig. 5) ankommen,werden diese Halte-bezw. Standmomente
flberwältigt und die Schrittmotoren 32, 34, 36 und 38 laufen dann als ;;eneratoren
und bremsen dadurch. Entweder die eine oder die andere Gruppe der Wicklungen 14/
oder 151 der Statoren werden ihre Bremskraft auf die Antriebräder des Kraftwagens
ausüben Sollte diese Bremskraft noch nicht genügend gross sein und die Anzahl der
Spannungimpulse. die in der Linie 248 (Fig. 5)ankommen auf Null--eschwindigkeit
herabsinken, dann werden die Statorwicklungen 147 und 151 der Schrittmotore 32 und
34 der beiden Vorderräder zunächst in parallel geschaltet und danach hintereinander
geschaltet wie in Fig. 9 gezeigt. Durch diese Reihen-Bremsschaltung wird die erzeugte
Spannung der Schrittmotore erhöht und eine maximale Bremskraft erzeugt.
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Did Statorwicklungen 147, 151, 647, und 651 der Schrittmotoren 36
und 38 der Hinterräder bleiben jedoch in paralLeler Schaltung, weil die Bremswirkung
auf die Hinterräder niedriger sein muss, wie die auf die Vorderräder. Wie in Fig.
9 gezeigt, alle vier Gruppen der Statorwicklungen 147 und 151 sind einzeln an vier
veränderliche Transformatorer 638, 640, 642 und 644 angeschlossen, die die erzeugte
Spannung so heraufsetzen, dass sie immer höher wie die Spannung der Akkumulatorengruppe
48 ist. Dieser erzeugte und höher transformierte Wechselstrom geht dann durch vier
vollwelligen betriebene Gleichrichter 646, 648, 650 und 652, als Gruppe mit
68
bezeichnet (Fig. 1 und 9). Der Gleichstrom von diesen Gleirichtern wird vorzugsweise
in die Akkumulatorengruppe 48 über einen veränderlichen Widerstand (nicht gezeigt)
geleitet, der es erlaubt die maximale Bremskraft jedes Schrittmotors 32, 34, 36
oder 38 zu regulieren. Diese Anosdnung verhütet nicht nur das Rutschen aller Räder
auf der Fahrbahn wie auch einen seitlich ausgeübten Zug auf die Vorderrder. Wie
in Fig. 9 gezeigt, sind zusätzlich vier Höhengrade der Bremskraft möglich, der Freilauf-Modus
nicht mitgezählt. FUr einem Lastwagen oder fUr Schlepper mit Anhänge, wird es möglich,
eine Mehrzahl von Schrittmotoren zuverwenden, deren Kontrolle so ausgeübt werden
kann, dass sie nicht ins Rutschen und ins Zusammenfalten kommen können. Jedoch müssen
fUr eine solche Kontrolle empfindliche Drehzahlanzeiger eingebaut werden, die rutschende
und darauf hin stillstehende Antriebsräder, während des Bremsen wahrnehmen können.
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Elektronisches Differential System In Fig. 1 und 7 wird eine Schaltung
gezeigt, die auf elektronischen Wege eine differentiale Geschwindigkeit zwischen
den Rädern auf der einen Seite eines Fahrzeuges gegenüber denen auf der anderen
Seite in demselben Sinne erlaubt, wie es ein mechanisches differential Getriebe
in der Hinterachse eines konventionellen Kraftfahrzeuge ermöglicht. Fig. 7 benutzt
wiederum dieselben Hinweiszahlen wie die Fig. 11 und 12 in dem frtlheren Patent
Nr. 1 613 083 des Antragstellers. Um eine Kurve in der Vekehrsstrasse zu nehmen
oder um eine Strassenecke zu fahren, ist es nbtig, dass die Räder auf der einen
Seite des Fahrzeuges einen kleinen Unterschied in ihren Umdrehungszahlen haben,
wie die Räder auf der anderen Seite. Ent sprechend der vorliegenden Erfindung wird
dies durch eine an das Steuerrad 92 angeschlossene Kontrolle ermöglicht.
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Entsprechend dem rollenden Radius der Reifen und der entsprechenden
Winkelstellung des Steuerrades oder Steuerarmes zur rechten oder linken Seite, wird
die Frequenz von Impulsen eines veränderlichen Frequenzgenerators 76 oder 86 fUr
die rechte oder linke Seite des Fahrzeug so verändert, dass die Schrittfrequenz
fUr die rechte oder linke Fahrzeug.
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seite die in die Linie 248 geleitet (Fig. 5) wird, auf der Innenseite
einer Kurve oder Ecke verlangsamt wird, während die Frequenz für die Räder auf der
Aussenseite der Kurve beschleunigt wird. Damit wird eine höhere Frequenz von Stromstössen
an die diesbezuglichen Schrittmotore geleitet Wenn das Fahrzeug auf einer geraden
Strecke fährt, ist die Frequenz der beiden Frequen3;9eneratoren 76 und 86 natürlich
gleich hoch.
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Aufhängung der Schrittmotore im Fahrgestell eines Kraftfahrzeuges
Die bevorzugte Aufhängung vorn 654 und hinten 656 für die Schrittmotore 3 32, 34,
36 und 38 in einem typischen Fahrgestell 657 eines Kraftwagens ist als Diagram in
Fig. 2, 3 und 4 gezeigt. Die beiden Aufhängungsarten bestehen aus einem vorderen
und hinteren Zusammen- bau von jeweils zwei durch Punktschweiszung verbundenen Stanzteilen,
die als Schwenkarm aus.
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gebildet sind, vorne 658 und hinten 660, welche durch ein Scharnier
auf der Mittellinie des Fahrzeuges 655 schwenlhar verbunden vorn und hinten 662
und 664 am Fahrgestell an Querträgern aufgehängt sind. Die Mittelaxe des Scharnier
wird vorzugsweise vorne ein bischen hoher wie hinten gelegt, so dass die Räder,
wenn sie eine Schwelle oder ein Schlagloch in der Strasse antreffen, einen nach
hinten gerichteten Schwingungsbogen haben, wenn die Räder wieder hochkommen. Eine
geneigte niedrige Schwingebene macht den Aufschlag weicher und sanfter, wenn die
Mittellinie der
Schwingebene schräge und hinten niedriger ist,
wie die Axe der Räder selber. Durch eine solche Konstruktion wird eine ungleiche
Abnutzung der Reifen durch Schlffrfen oder Querreiben verhindert. Die Schrittmotore
32, 34, 36 und 38 für die Antriebsrider 666, 668, 670 und 672 (Fig. 2) sind an dem
Armen 658 und 660 befestigt und schwingen um die Axen 662 und 664 auf der Mittellinie
655 des Kraftfahrzeugs 657. Die Spalte oben an den Gehäusen zweier benachbarter
Motore, 32 und 34 oder 36 und 38, ist so bemessen, dass der Schwingarm an den Rahmen
- nicht dargestellt - frUher anschlägt, wie die Gehäuse, wodurch die Spalte dies
Spiel erlaubt. Der abwärts gerichteten Schwung wird durch Stossdlfmpfer begrenzt
(nicht dargestellt). Eirlestarke Kompresion-Spiralfeder 674 (Fig. 4) befestigt zwischen
zwei aufrechtstehenden, an dem Motorgehäuse befestigten Feder lagern 676 und 678
der Motore 32 und 34 oder 36 und 38 macht das vordere und hintere Lenk-oder Reibscheit
Uberflüssig, weil die Kompressionfeder dieselbe Funktion ausübt. Die Schwingaxe
662 und 664 der Armgruppe Scharniere 663 und 665 sind excentrisch gelagert und er.
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möglichen dadurch, die Vorspur sowohl der Vorderachse als auch der
Hinterachse 654 und 656 einzustellen.
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Entsprechend des erwünschten Drehmomentes der Schrittmotore kann deren
Mittellinie auf der Radmåtte liegen oder aber höher, wenn in jeder Radnabe ein Paar
von Stirnzahnräder verwendet wird. Dies würde sogar einen mechanischen Vorteil bedeuten.
Die Schrittmotore 32 und 34 für die Vorderachse sind an den vorderen Schwingarmen
befestigt, die je ein mit konstanter Winkelgeschwindigkeit laufenden Kardangelenk
tragen, sowie den bekannten Achschenkelbolzen mit Sturz und Nachlauf Verstellung.
Falls der Achschenkelbolzen nach oben verlängert und im Radeinbaublech leitend
verankert
wird kenn er praktisch vertikal bleiben ohne in einem Kreis-/zu schwingen.
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bogen wie die Räder der Hinterachse. Jedes der Scharniere 663 und
665 (Fig. 2 und 4) ist in einem Querträger der Fahrgestells vorn und hinten gelagert.
Alle Ruder schwingen in einem Kreisbogen, um die sehr niedrig liegenden Scharnieractisen662
und 664, deren Schwingarngruppe 658 und 660, viel länger ist, wie die Ubliche Länge,
weil der Zwischenraum durch einen Motor aufgenommen wird. Auf urund dieser beschriebenen
Konstruktion sind die Fahreigenschaften des Kraftwagens 657 sehr verbessert und
alle seitlichen Bewegungen werden unterdrückt.
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Zusammenfassend die vorliegende Erfindung, das Blockdiagram der Figure
1 und die Figuren 2, 3 und 4 zeigen einen elektrischen Antrieb 10, der jedes Rad
666, 668, 670 und 672 eines Kraftwagens 657 antreibt und jedes dieser Ruder auch
einzeln bremst. Direkter Antrieb liefert Wechselstrom von einem Alternator 16 entweder
direkt angeschlossen an die Schrittmotore 32, 34, 36 und 38 oder durch einen zweiphasen,
volle Welle Gleivhrichter 46 an die Akkumulatorengruppe 4R. Die Spannungsüberwachung
50 schaltet den Dieselmotor oder die Turbine 12 ab, wenn die Akkumulatoren 4F3 voll
aufgeladen sind, oder begin Gas zu entwickeln, was andeutet, dass sie beinahe voll
sind und beschädigt werden könnten, wenn Ladung weiter geführt wird.
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Betrieb des Kraftfahrzeuges Um den Wagen aus dem Stand anzufahren
tritt der Fahrer auf ein Fusspedal, (nicht gezeigt), welches dem Differentialkontroller
72 (Fig. 7) anzeigt, dass die beiden veränderlichen Frequenzgeneratoren 76 und 86
für die lechte und für die linke Fahrseite des Kraftwagens Spannungsimpulse an die
Schrittfolge - Reversierkreis Regeler, 80 und 90 zu senden,
welche
dadurch gezwungen werden abwechseinde Gleichstomstösse an die Stators der vier Schnittmotore
32, 34, 36 und 38 zu senden. Der Differ entialkontroler 72, dem durch die Stellung
des Steuerrades (nicht gezeigt) oder durch eine andere Art der Ubermittlung zum
Beispiel durch eines Winkelstellunggebei (nicht gezeigt) vermittels des Steuerkateilarms
angezeigt ist, wie die Vorderräder eingeschlagen sind, und dem entsprechend weiss,
welch Differential im Antrieb zwischen der rechten und linken Seite eines Wagens
bestehen soll.
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Die Frequenz der hinausgehenden Spannungimpulse wird durch ein konventionales
iusspedal in der bekannten Al-t und Weise, wenn herebgepresst eine niedrigere oder
eine höhere Spannung an die veränderlichen Frequenzgeneiatoren 76 und 86.
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wenn das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von ungefähr 70 bis 72 Kilometers
p Stunde erreicht hat, verbindet der
Anfahr- und Bremsstrom Regeler Accelerative-Decelerative Strom Regeler
64 die Leistung des zwei-phasen Wechselstromgenerators 16 diiekt mit den Schrittmotoren
32, 34, 36 und 38, die nun synchion mit dem Generator laufen. In diesem "direckten
Antrieb" wird kcon Strom aus den Akkumulatoren 48 verbraucht, daher karin der Kraftwagen
auf langen Strecken unabhängig von den Akkumulatoren laufen. wenn die Ste] lung
des Fusspedals eine Herbasetzung der Geschwindigkeit der Schrittmotore 32, 34, 36
und 38 anzeigt, und somit das in jedem Stator herumlaufende Magnetfeld sich auch
verlangamt mit dem Resultat, dass der zugehörige Rotor auch versucht langsamer zu
laufen und damit auch das Fahrzeung 657 in seiner Geschwin digkeit herabsetzt. Sollte
die Stellung des Fusspedals keine Geschwindigkeit anzeigen also ein Anhalter des
Fahrzeuges, so werden alle Statorenden Schrittmotore 32, 34, 36 und 38, ein stillstehendes
Magnetfeld aufweisen und die Dauermagnete in dem Rotor eines jeden Schrittmotors
werden einen
Hochselstrom in jedem Stator erzeugen. Dieser wechselstrom
wird dann durch einen regenerativen Bremstiongleichrichter Nr. 68, wie schon früher
beschrieben, gleichgerichtet und in die Akkumulatorengruppe 48 zur Ladung sogegeben.
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Konventionale hydraulische vier-rädrige Bremsscheiben werden vorsichtigerweise
vorgesehen in dem Kraftwagen 657, um als zusätzliche Sicherheitsbremse zu dienen.
Weiterhin, wenn in einer Zugmaschine mit Anhänger Schrittmotore für jedes Rad der
Zugmaschine und für alle Räder des Anhängers Schrittmotoren vorgesehen sind, ist
es möglich, solche Kombination wie einen mehrachsigen elektrischen Triebwagen oder
Strassenbahnwagen zu fahren, in welchem ein einzelner Kontroller alle Motoren zugleich
kontrolliert. Endlich, da ja bekannter weise viel unbenutzter Raum unter dem Anhänger
vorhanden ist, kann eine grössere Akkumulatorengruppe ohne Schwierigkeiten hier
untergebracht werden. Es wird möglich sein, dass eine kleinere Zugmaschine ein grösse
Last ziehen kann. Zur gleichen Zeit, durch Aufladen der Akkumulatoregruppe mit Strom
aus dem Netz des Elektrisitätswerkes während der Liegezeit, kann eine Einspannung
von flüssigem Kraftstoff an jeder Schlusstation erfolgen.
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Die Figuren 12 und 13 zeigen eine mitführbare, festen Bremstoff benutzende,
elektrische Kraftanlage die mit 710 bezeichnet und allgemein genommen aus einem
doppelten Verbrennungsraum oder Kessel 712 besteht, der so konstruiert ist, dass
nachdem er mit festem Brennstoff F., wie zum Beispiel mit Hohlzblöcken oder mit
Holzspänen beschickt wird,durch erhitzte und unter Druckstehende Gase eine kraft-entwickelnde
Turbine 714 treibt, die durch ein Reduziergetriebe 716 einen Wechselstromgenerator
718 antreibt, der den gewünschten Strom erzeugt. Komprimierte Luft um die
Verbrennung
des festem 3rennstoff F zu unterstützten und zu intensivieren kommt von einem angetriebenen
Kompressor 720, die sie in den Verbrennungsraum 712 bläst. Brennbares Gas, wie zum
Beispiel Propangas, wird benutzt, um das feste Brennmaterial F anzufeuern, und wird
von einem Zylinders 722 geliefert, der mit dem Verbrennungsraum 712 in Verbindung
steht.
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Der doppelte Verbrennungsraum 712 besteht aus zwei gleichförmigen
Ver brennungskesseln 724 und 726@,wovon jedoch nur immei ein Kessel in betrieb gesetzt
wird. Der andere bleibt, mit festem Brennmaterial F beschicht, in Reserver bis die
Verbrennung im ersten Kessel alles brennbare feste Brennmaterial F aufgebraucht
hat, worauf dann dcr Seite Kessel i in benutz ung genommen wird, so dass der erste
Kessel wieder mit festem Sichmaterial F auf dem nächsten Lagerplatz dieses Material
aufgefüllt weiden kann.
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Jeder Verbrennungskessel 724 und 726 besteht aus einem vertikalen,
aufrecht stehenden Behälter oder Druckkessel 728 gefertigt aus mit hitze beständigem
Material ausgekleidetem Stahl. Die zylindrischen Wande besitzen im unteren und oberen
Bereich verschiedenen Durchmesse und sind tit, Kegelstumpf auf die Zwischenwand
734 aufgesetzt,welche den Verbriennungs raum 735 umschliesst. Ein runder Rost 736
ist vorgeseben, der zwischen den Wänden 730 und 772 an ihrer Verbindungsstelle so
befestigt ist, dass der untere Raum 738 die Asche auffängt, abgeschlossen am Boden
durch eine Entleerungsklappe 740. Die untere wand 730 hat einen Flanch an ihrem
unteren Ende, der zur Befestigung des unteren Deckels 40 dient. Um die.
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Verbrennungskammer 728 einfacher darzustellen sind alle Wände als
Einzel wand dargestellt, wenn in der Praxis die Innenseite mit einem feuerfesten
Material, wie zum 3eispiel Schamottesteine ausgekl.eidet ist. Die Aussenseite wit-d
durch eine ebenfalls feuerfeste Isoliermasse (nicht dargestellt) yegen die Abgabe
von Hitze verkleidet.
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Das abere Ende der oberen Hand 732 hat einen Flasch, um einen Deckel
742 mittels eines Scharnieres und einer Verriegelung aufzunehmen. Wie die Wände
734 und 732 ist auch die obere Wand vorzugsweise doppelt und mit feuerfestem Material,
wie Schamotte, bekleidet und auch aussen mit Isoliermasse versehen. Der obere Deckel
742 enthalt eine Vertiefung die ein Überdruckventil 744 trägt. Der Bodendeckel 740
ist mittels eines Scharnieres und Schlosses mit der unteren Wand der Aschenkammer
verbunden, oder der Deckel kann gelockert und gleitend hereausgezogen oder herausgeschwungen
werden, um die Asche an der nächsten Holzladestation in eine Aschgrupe zu entleeren.
Das feste Brennmaterial F besteht vorzugsweise aus fragmentierten Holz, welches
normalerweise für die Sägewerke unbrauchbar ist, wie zum Beispiel abgestroben tote
Bäume, oder auch Sägespäne, und so weiter. Solch normalerweise wertloses Holz enthält
eine grosse Menge latenter Energie,die anstatt zu explodieren,langsam abgegeben
wird, und ein durch die Verbrennung hoch erhit@tes Kraftgas schfft. Die Verbrennung
wird durch ein in einem Behälter 746 mitgeführtes Gas, zum Beispiel Propan, eingeleitet,wenn
es durch die Leitung 748 mittels eines normalen Druckwege Habnes oder Ventiles und
durch die Gasleitung 752 (Fig. 13) an die beiden Sienner 754 geleitet wird. Unterhalb
eines jeden Brenners befindet sich eine zundkerze, die durc ein Kabel von einer
konvention-@llen Hochspannungsspule gespeist wird (nicht gezeigt) oder eine aus
Platinumdraht bestehende Slühkerze, wie sie in Gasöfen benutzt wird, vermittels
deren die Flamme entzündet wird.
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Über dem Gasventil 750 liegt eine Exhaustrohr-Abzweigung 758, die
aus den kegelförmigen Gehäuse 760 des Kompressors 762, als Agregat mit 720 bezeichnet,
luft und Druck liefert. Das obere Ende des Kompressorgehäuses 760 besitzt eine Sangleitung
764, die durch eines Filter 766 und
durch eine Drosselklappe 768
die Zuführung der Luft regelt. Auf dem Kom pressorgehäuse 760 ist als Antrieb 779,
zum Beispiel, ein elektrischen Motor oder eine Turbine montiert.
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Das untere Ende der Wand 734 in jedem Kessel 724 und 726 ist durch
tIn Exhaustrohr 772 für die heissen Abgase umgeben, welches diese Base durch ein
Rohr 774 in das Sammelrohr 776 leitet, das eine Drosselklappe oder Ventil 778 hat.
Das Sammelrohr 776 ist mit Eintrittsöffnung 780 für die Mi konvention Gasturbine
714 verbunden. Die beissen und Komprierten Abgase fliessen durch die Turbine 714
und treiben das unterteilte, schaufe tragende Turbinenrad, indem sie durch die Statorgruppen
gehen (beide nicht gezeigt), um an den Exhaust der Turbine 782 zu entweichen. Der
Fet überträgt sein Drehmoment über eine Welle 784 auf ein Reduziergetriebe 716,
welches so aufgebaut sein kann, wie das Reduziergetriebe nach dem U. S. Patent Nr.
4 155 276, bekannt gemacht am 22 Mai 1979 im Namen des Antragstellers, betitelt:
"High Ratio Speed-Reduction Transmission". Der Leistungsshaft 786, der aus dem Getriebe
716 kommt ist mit dem zwei plassen Wechselstromgenerator 718 gekuppelt, der eine
Frequenz von 400 bz. hat.
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Der Wechselstrom wird durch die Anschlussklemmen 788 und 790 mittels
geeigneter Kabel an den gesamt Verteiler-Kreis, der ein Bestandteil dieser Erfindung
ist und schon früher durch die Figuren 1 t>is 11 erleute 1 wurde, geliefert.
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Der jetrieb der mitgeführten, festen Brennstoff benutzenden elektrischen
Kraftanlage, als eine Abänderung der Erfindung mit den Zeichnungen in Figure 12
und 13 erleutert, ist ziemlich klar durch die vorgehende Beschreibung der Konstruktion
und Anordnung. In einer beabsichtigten Gebrauchanwendung werden die Komponenten
dieser Kraftanlage auf dem
Fahrgestelle des anzutreibenden Kraftwagens
so montiert, dass die Verbrennungskesselgruppe 712 hinten stehen und so die überschüssige
Hitze durch den Fahrwind effektiv abgeleitet wird. Jeder der Kessel 728 ist mit
festem Brennstoff F beschickt, vorzugsweise mit in de@ Hauptsache aus Cellulose
oder Zellstoff bestehenden Material, in der Form von kleinen Holzstücken oder unterteiltem
Blöcken.
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Kurz zusammengefasst, der Antrieb eines elektrischen Kraftfahrzeuges
geht wie folgt vonstatten. Wenn der Fahrer sich in seinen Wagen setzt, dreht er
den Zündschlüssel um, was zuerst das Ventil 750 öffnet, so dass Propangas aus dem
Tonk 746 nach der Verbrennungsraum 35 fliessen kann. Dann wird die Ztlndk.e,;e 756
unter Strom gesetzt so dass sie das Gas, das durch das rohr 752 zum Brenner 754
fl.iesst, entzündet. Durch diese Flamme wird das im Verbrennungraum 735 befindliche
feste Brennmaterial zum Brennen gebracht.
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Ein hitze-empfindliches Ventil (nicht dargestellt) shaltet die Zümdkerze
und das Gas ab, sobald das feste Brenmaterial gut am Brennen ist und die Flammen
von sich aus unterhalten werden. Dasselbe Ventil vollbringt auch das Abschalten
des Gases am Tank 746 und des Stromes zur zündkerze 756, wenn die Zündung nicht
identlich während einer Zeitspanne funktioniert.
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Nach einer zusätzlichen kurzen Zeitspanne wird der Motor 770 mit der
Akkumulatorengruppe 48 verbunden und set7' den Luftknmpresso -20 in bewegung oder
aber eine Turbine kann wahlweise in Betrieb gesetzt werden, um den Kompressor anzutreiben.
In einen oder anderen Falle wird komprimierte luft und damit Snuerstoff durch den
Kompressor 60 und durch den Kanal 758, und das Klappenventil 50 durch das Rohr 752
in den Verbrennungkessel 724 oder 726 gedrückt, wShrend der andere Kessel 726 oder
724 zur
Zeit abgeschaltet ist und ia Reserve steht.
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Nach einer zusätslichen etwas längeren Zeitspanne werden die heissen
Abgase, die durch das Verbrennen des festen Brennmaterials sich sehr aus.
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dehnen, und dadurch den Druck ii Kessel erhöhen,durch den ringförmigen
Exhaustkanal 772 gesammelt. Sie werden durch den Kanal 774, das gemein.
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saure Exhaustrohr 776 und durch das Klappenventil 778 in den Eingangskanal
780 der Gasturbine geleitet. Die Aktion der sich ausdehnden heissen Verbrennungsgase,
unterstlitzt durch die stillstehenden Leitschaufeln, übt ein starkes rotierendes
Drehaoient auf das Schaufelrad der Turbine aus, so dass es mit hoher Geschwindigkeit
umläuft und seine entwickelte Energie über den Verbindungsschaft 784 der Turbine
714, auf das Reduziergetriebe 716 überträgt. Das Getriebe reduziert die hohen Touren
der Turbine auf niedrigere Touren, wie sie der Wechselstromgenerator 718 benötigt,
um Wechselstroi von 300-400 Hz. zu generieren und durch seine Anschlüsse 788 und
790 für den Gebrauch wie oben geschildert zu liefern.
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Selbst wenn dies etwa 10 bis 15 Minuten im Anspruch nehmen wird, sollte
diese Zeitspanne nicht unangenehm auffallen. Der Fahrer kann iit Strom aus der Akkumulatorengruppe
anfahren, so dass eine Wartezeit hinfällig ist. Der Wechselstro, vor Generator unterstätzt
den aus den Akkumulator entnommen Gleichstrom, so dass der Kraftwagen auf seine
Geschwindigkeit gebracht werden kann, wie oben in deu Hauptbestandteil der Erfindung
erleutet wurde. Diese Entlastung der Stromentnahme aus dem Akkumulatorengruppe erweitert
sehr den ermöglichten Fahrkreis des Kraftwagens. Sobald die volle Geschwindigkeit
des Fahrzeuges erreicht ist, wird die Entnahme von Stroh aus den Akkuuulatoren abgestellt
und der Wagen flhrt nur rit den lurch den Generator 718 erzeugten Wechselstroi.
Der Generator und die
vier Schirttmotore 32, 34, 36 und 38 sind
so bemessen, dass sie den rollenden Widerstand des Fahrzeuges und den Windwiderstand
überkommen.
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Wie oberhalb erleutert, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges veriindort
wird, wird die kinetische Energie des Fahrzeuges zurückgewonnen und zum Laden der
Akkumulatorengruppe verwendet. Wenn das Fahrzeug auf eine Strassenampul warten iuss
und still steht, wird der volle Stroh des Generators 718 sehr schnell die Akkumulatoren
auf laden, so dass ihre Ladung wieder zul Anfahren uni Beschleunigen des Fahrzeuges
benutzt werden kann.
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Der Kompressor 762 und sein Motor 770 oder Turbine sind völlig unabhängig
von der Hauptturbine 714. Die Hauptaufgabe des Koipressors 762 ist einen Überdruck
bestimmter Grösse in dem Verbrennungsraum 735 und in dem Verbrennungskessel 728
zu erhalten. Dieser Überdruck sag zwischen 5 bis 7 Atmosphären schwanken. Wenn die
Höchstgrenze des Druckes erreicht ist, wird durch einen Druckschalter (nicht dargestellt)
die Drosselklappe 768 ia dem Ausaugrohr 766 des Koupressors 762 geschlossen und
der Motor 770 abgeschaltet, so dass keine zusätzlich Luft in den Verbrennungsraum
735 gedruckt wird. Wenn der Druck in dem Verbrennungsraum 735 so weit gefallen ist,
dass der erlaubte minimum Unterdruck erreicht ist, wird der Motor 770 wieder angeschaltet
und die Drosselklappe 768 wieder geöffnet. Zusätzliche Luft und somit Sauerstoff
wird wieder an den Feuerherd 735 gebracht, so dass der überdruck wieder auf seine
Höchstgrenze durch die Erhitzung der Abgase durch Verbrennung des festen Brennmaterials
austeigen kann. Wir wollen, zu Beispiel annehmen, dass der Kraftwagen mit einer
Geschwindigkeit von 80 km. pro Stunde fährt, und der Kompressor 720 für 5 Minuten
Luft in der Verbrennungsraum 735 pumpt und dann ftlr 15 Minuten abgeschaltet wird.
Unter diesen Umständen bleiben die Holzstücke heiss ii Verbrennungsraum 735,aber
sie verbrennen nicht.
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Selbst wenn der Wassergehalt des festen Brenmmaterials sehr hoch ist,
wird dies sicht die Kraftanlage schädlich beeinflussen, weil Wasser unter einem
überdruck in Dampf ungewandelt wird, welcher die heissen Abgase ausdehnt und dadurch
hilft die Räder der Turbine anzutreiben. Auch ist die Qualität des Holzes, das als
Brennmaterial F verwendet wird, belang.
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los. Alle Sorten von Helz können als Brennmaterial F verwendet werden,
segar @ste, Baumstümpfe u.s.w. Tatsächlich jeder brennbare Teil eines Baumes, aus
hartes oder weichen Holzes,kann verwendet werden. FUr die einfachste Art der Beschickung
der Kessel lit Bremmstoff F ist es verteilhaft, das Brennmaterial im kleine Stücke
von etwa 100 cm³ Grösse zu zerkleinem und in Papiersäcke zu packen, die etwa dc.
Durchmesser der Öffnung der Kessel 742 entsprechen. Dies ist die handelsübliche
Art, wie zu. Beispiel Helzkehle an die Köche, die ii Garten kochen, geliefert wird.
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Wenn man den handelsübliche Preis von Holzabfällen in Energie warechnet,
und sit den üblichen Preis von Benzin vergleicht kommt der Preis eines solchen Brennaaterials
F auf 40-50 Pfennige pro Kubik Decimeter. Holz erneuert sich, ist billig, daher
ükenomisch und viel ungefährlicher ii Umgang als Benzin, was explodieren kann.
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Konventionelle Gastürbinen benötigen eine gewisse zeitspanne, um genügend
Druck aufzubauen, dies ist daher für Verkehr unerwünscht,wenn man viel anhalten
und wieder anfahren muss. Wie oben erklärt in ler Hauptform der Erfindung, wird
Gleichstrom aus der Akkumulatorengruppe benutzt, um diesen grossen Fehler der Turbinen,
die sit Kraftstoff fahren, zu ungeben. Die Holzblöcke und Späne, die benutzt werden,
um durch ihre erzeugte Hitze die komprimierte Luft im Verbrennungsraum 728 auszudehrgnund
uzu verdreifach@en, könne aus dem Abfallmaterial der Helzindustrie gewonnen werden,
das in Augenblick völlig verloren geht. Die Helzindustrie der Vereinigten
S#aaten
hat diesem Verlust auf 120 Millionen Tonnen pro Jahr, geschätzt.
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Dieser Verlust kann durch die vorstehende Erfindung in Energie umgesetzt
werden und etwa 400,000 Fässer ven Rehöl pro Tag eingespart werden.
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Es wird normalerweise angenommen, dass ein Pfund Dynamit mehr Energie
besitzt wie ein Pfund Helz. Das ist aber falsch, denn Helz besitzt 50% Ickr Energie
wie Dynamit. Der Unterschied liegt darin wie die Energie abgegeben wird. Dynanit
giebt alle Energie in einer äusserst kurzer Zeitspanne ab, während Holz dazu eben
sehr viel Zeit benötigt@. Genau gerechnet besitzt Holz etwas weniger wie die Hälfte
der Energie die Benzin besitzt.
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Der Unterschied liegt in der räumlichen Ausdehnung, die natürlich
sich sehr zu Gunsten von Benzin verschiebt.
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Als Brennstoff F kann auch zubereitetes Zellulesematerial benutzt
werden, "Biomasse" genannt, welches nicht nur Papier Holzspäne und Sägemehl enthält,
sondern sogar Zuckerrohr, Bambusrohr, Chapprral, Mailkolben und Eukalyptus enthalten
kann. Diese Masse wird verzugsweise in Hoch gepresste Briketts verarbeitet. Eine
kontinuierliche Strangpresse, un solche Briketts für Brennmaterial v.n diesen Abfallstoffen
zu verarbeiten, war in einen Artikel in der Zeitschrift "Research Development" auf
Seite 37 der Dezember Ausgabe 1978 beschrieben, der den Titel trug: "Presse veringert
die Kosten des Brennstoffes aus Biomasse". Diese Presse wurde so dargestellt, dass
sie Holzabfall und jeden bekannten Rückstand in Biomasse und dann in Briketts verarbeiten
kann, die sehr wenig Asche hinterlassen, und dadurch Material brauchbar nacht, das
normalerweise weggeworfen, verbrannt aller vergraben wird.