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Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein
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Flurförderzeug,mit Brennkraftmaschine-elektrischem Antrieb Die Erfindung
betrifft ein Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Flurförderzeug,
insbesondere einen Hublader,mit einem willkürlich betätigbaren, insbesondere als
Fahrpedal ausgestalteten Geschwindigkeitssollwertgeber zum Einstellen der Fahrgeschwindigkeit
und mit einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einem Dieselmotor, deren Einstellorgan
mit dem Geschwindigkeitssollwertgeber verbunden ist,und mit einem von dieser angetriebenen
fremderregten Gleichstromgenerator und mindestens einem von diesem gespeisten fremderregten
Gleichstrommotor, wobei das Einstellorgan der Brennkraftmaschine und bzw. oder der
Geschwindigkeitssollwerteber mit einem Einstellungssignalgeber verbunden ist, dessen
Signal einem Geschwindigkeitsregelorgan zugeführt wird, dem zuletzlich ein zweites
Signal zugeführt wird. Ein solches Antriebsaggregat ist bereits mit der Patentanmeldung
P 30 33 541.2 vorgeschlagen worden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Antriebsaggregat
zu vereinfachen und zu vervollkommnen.
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Bei dem bereits vorgeschlagenen Antriebsaggregat wird dem Geschwindigkeitsregelorgan
als zweites Signal das Signal @i@@s !tordrehzahlsignalgebers zugeführt, der vorzugsweise
in Form eines Tachogenerators ausgestaltet ist, der entweder unmittelbar ein Spannungssignal
liefert oder der eine Spannung mit einer drehzahlabhängigen Frequenz liefert, wobei
in einem. Frequenzspannungsumsetzer ein Signal erzeugt wird, dessen elektrische
Spannung von der Frequenz abhängig ist. Eine solche Einrichtung mit einem an die
Welle des Gleichstrommotors anzubauenden Motordrehzahlsignalgeber ist relativ aufwendig.
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Gemäß der Erfindung ist deshalb vorgesehen, daß dem Geschwindigkeitsregelorgan
als zweites Signal ein von der Ankerspannung des Gleichstrommotors oder des Gleichstromgenerators
abh-ngiges Signal zugeführt wird, Zweckmäßigerweise wird dieses Signal unmittelbar
in Form einer Spannung bzw. der Ankerspannung dem Geschwindigkeitsregelorgan zugerührt
und dieses als Spannungsregelorgan ausgestaltet.
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Dadurch entfällt der zusätzliche Motordrehzahlsignalgeber und der
Gesamtaufbau wird somit insbesondere im mechanischen Bereich der an die Welle anzukuppelnden
Teile einfacher.
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Dabei ist hier in der Beschreibung vereinfachend immer nur der Ausdruck
"Ankerspannung" benutzt worden, obwohl für die Steuerung der genannten Art wahlweise
sowohl die Ankerspannung als auch die elektromotorische Kraft (EMK) benutzt werden
kann. Die Ankerspannung wird vorzugsweise über ein Widerstandsnetzwerk dem Geschwindigkeitsregelorgan
zugeführt, so daß diesem ein Signal vom Ankerstrom und das zweite Signal von der
Ankerspannung zufließt.
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Bei der vorstehend beschriebenen einfachsten Ausgestaltungsform, bei
der nur die Ankerspannung gemessen wird, ist zu berücksichtigen, daß dieses Spannungssignal
abhängig vom Ankerstrom und der Temperatur ist. Deshalb wird in einer zweckmäßigen
Weiterausgestaltungsform der Erfindung vorgesehen, daß das Ankerspannungssignal
abhängig vom Ankerstrom und bzw. oder der Temperatur kompensiert wird und das durch
Kompensation korrigierte Signal dem Geschwindigkeitsregelorgan zugeführt wird. Da
der Ankerstrom sowieso gemessen wird, bereitet es keine Schwierigkeiten, am Eingang
des Geschwindigkeitsregelorganes das Spannungssignal durch das Stromsignal zu beeinflussen,
gegebenenfalls über ein Widerstandsnetzwerk, so daß das Spannungssignal am Eingang
des Geschwindigkeitsregelorganes abhängig in erster Linie von der Ankerspannung,
in zweiter Linie aber auch vom Ankerstrom ist.
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Ein weiteres Problem ist dadurch gegeben, daß diese Regelung abhängig
von der Ankerspannung nicht lastunabhängig ist, das heißt, da s gleiche Spannungssignal
tritt bei 3ergabfahrt bei einer anderen Fahrgeschwindigkeit auf wie bei Fahrt in
der Ebene oder auf einer Steigung. Daraus resultiert ein besonderes Problem dann,
wenn der Geschwindigkeitssollwertgeber auf den Wert Null eingestellt ist, das heißt
so, daß die Abtriebswelle und damit das Fahrzeug stehen soll, aber das Fahrzeug
an einer Steigung oder im Gefälle steht. Dann besteht nämlich die Gefahr, daß trotz
der Einstellung auf den gewollten Stillstand das Fahrzeug sich in Bewegung setzt.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen und das Antriebsaggregat zu vervollkommnen,ist
bei einem Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Flurförderzeug,
insbesondere einen Hublader mit einem willkürlich betätigbaren,
insbesondere
als Fahrpedal ausgestalteten Geschwindigkeitssollwertgeber zum Einstellen der Fahrgeschwindigkeit
und mit einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise einem Dieselmotor, deren Einstellorgan
mit dem Geschwindigkeitssollwertgeber -Porbunden ist, und mit einem von dieser angetriebenen
fremd-: guten Gleichstromgenerator und mindestens einem von diesem gespeisten fremderregten
Gleichstrommotor, wobei das Einstellorgan der Brennkraftmaschine und bzw. oder der
Gesohwindigkeitssollwertgeber mit einem Einstellungssignalgeber verbunden ist, dessen
Signal einem Geschwindigkeitsregelorgan zugeführt wird, vorgesehen, daß eine dann,
wenn der Geschwindigkeitssollwertgeber auf. den Sollwert Null eingestellt ist, Stillstand
der Abtriebswelle bewirkende Zusatzeinrichtung vorgesehen ist.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist mit der Welle des Gleichstrommotors
ein kleine Bewegungen dieser Welle erfassender Bewegungssignalgeber verbunden, dessen
maximales Ausgangssignal erheblich kleiner ist als das zum Einstellen normaler Fahrgeschwindigkeiten
vorgesehene Ausgangssignal des Einstellungssignalgebers wobei das Signal dieses
Bewegungssignalgebers als drittes Signal dem Geschwindigkeitsregelorgan zugeführt
wird. Diese Ausgestaltungsform ist mit Rücksicht auf die vorbeschriebene Problematik
besonders zweckmäßig bei einem Antriebsaggregat, bei dem das zweite dem Geschwindigkeitsregelorgan
zugeführte Signal ein von der Ankerspannung abhängiges Signal ist. Der Schritt gemäß
dieser Erfindung kann aber auch bei anderen Antriebssystemen gemäß Oberbegriff,
insbesondere bei einem Antriebssystem gemaß Patentanmeldung P 50 33 541.2 angewendet
werden, um auch im Bereich des Stillstands der Abtriebswelle ein genaues Signal
zu erhalten, welches das Geschwindigkeitsregelorgan beeinflußt,
Der
kleine Bewegungen der Welle des Gleichstrommotors zum Zwecke des Feststellens des
genauen Stillstandes erfassende Bewegungssignalgeber kann als Sensor in einer zweckmäßigen
Ausgestaltungsform einen Differentialfeldplattenfühler aufweisen. Zu diesem Zweck
kann ein Differentialfeldplattenfühler am Gehäuse befestigt sein und ein Dauermagnet
an der Welle des Gleichstrommotors bzw. an einem sowieso mit dieser Welle umlaufenden
Bauteil, beispielsweise einem Lüfterrad' befestigt sein. Bei viren Ausgestaltungsformen
enthält auch der Differentialfeldplattenfühlersensor bereits einen Dauermagnet,
so daß diesem gegenüber fest mit der Welle verbunden nur ein Weicheisenbauteil angeordnet
zu sein braucht, welches Vorsprünge wie Zacken oder Zähne aufweist,gegebenenfalls
Lüfterradschaufeln.
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Besonders zweckmäßig ist eine Gestaltungsform, bei der der Bewegungssignalgebersensor
derart augestaltet ist, daß er nicht nur exakt eine tage, sondern auch bei kleinen
Bewegungen die Bewegungsrichtung erfasst und das Signal entsprechend beeinflußt,
insbesondere entsprechend- gepolt an das Geschwindigkeitsregelorgan gibt, so daß
nicht nur die Situation erfasst wird, daß ein bestimmter Punkt der Welle genau dem
Sensor gegenüberliegt, sondern bei einer Bewegung auch die Bewegungsrichtung erfasst
wird und ein entsprechendes Signal auf das Geschwindigkeitsregelorgan gegeben wird,
so daß genau dieser Bewegung entgegengewirkt wird.
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Die Wirkungsweise einer solchen Einrichtung ist folgende: Wenn das
Fahrzeug stehen soll, wird auf das Geschwindigkeitsregelorgan ein entsprechendes
Signal gegeben. Dabei sind verschiedene Ausgestaltungsformen möglich, das heißt,
diese Weiterausgestaltungsform der Erfindung kann sowohl abhängig gemacht werden
von der mechanischen Seite, das
heißt von der Lage des Fahrpedals,
als auch vom elektischen Signal. das vom Einstellungssignalgeber ausgeht.
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zeugt jetzt bei stillstenender Abtriebswelle des Gleichstrommotors
der Dauermagnet genau dem Differentialfeldplattenfühler gegenüber, bzw. steht bei
im Differentialfeldplattenfühler angeordneten Dauermagnet diesem ein Weicheisenteil
entsprechend gegenüber, gibt der Bewegungssignalgeber ein Signal an das Geschwindigkeitsregelorgan,
so daß dieses den Antrieb aut Stillstand regelt. Bewegt sich jedoch infolge eines
Drehmomentes an den Abtriebsrädern des Fahrzeuges das beispielsweise dadurch entsteht,
daß das Fahrzeug an einer Steigung steht, das Fahrzeug und damit die Abtriebswelle
des Gleichstrommotors, entfernt sich der Dauermagnet, bzw. das Weicheisenteil von
dem Differentialfeldplattenfüh,ler mit einer bestimmten Bewegungsrichtung. Dadurch
wird ein Signal auf das Geschwindigkeitsregelorgan gegeben, welches aufgrund dieses
Signals den Antrieb derart steuert, daß entgegen der infolge von der äußeren Belastung
entstehenden Bewegungsrichtung ein Drehmoment erzeugt wird, bis wieder der Magnet
bzw. das Weicheisenteil vor dem Differentialfeldplattenfühler liegt.
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Die Größe des von dem Bewegungssignalgeber ausgehenden Signales ist
derart gewählt, daß dieses das Gesc.awindigkeitsregelorgan noch mit Sicherheit beeinflußt,
aber von jedem von dem Einstellungssignalgeber dann, wenn der Geschwindigkeitssollwertgeber
auf irgendeine gewünschte Fahrgeschwindigkeit eingestellt ist, ausgehenden Signal
über lagert und überdeckt wird, so daß dann, wenn auf eine gewnschte Fahrgeschwindigkeit
eingestellt wird, das Signal
des Bewegungssignalgebers einen nur
so geringen Einfluß ausübt, daß dieser die beabsichtigte Fahrgeschwindigkeit nicht
im spürbaren Maße beeinflußt.
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Die Ausgestaltungsform einer solchen Nulldrehzahlregelung mit einem
Differentialfeldplattenfühler ist nur eine mögliche Ausgestaltungsform. Weitere
Ausgestaltungsformen sind gegeben mit einem Wiegandt-Draht bzw. mit Magnet und Spule
oder mit Näherungsschalter oder mit Lichtschranke, in die eine Zackenblendenscheibe,
die auf der Motorwelle befestigt ist, eintaucht. Zum Erfassen der Bewegungsrichtung
kann es dabei beispielsweise bei einer Lichtschrankensteuerung zweckmäßig sein,daß
zwei Lichtschranken vorgesehen sind in einer derartigen Schaltung, daß das zeitliche
Nacheinander des Ansteuerns der Lichtschranken zum Zwecke des Erfassens der Bewegungsrichtung
berücksichtigt wird.
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Bei einer anderen Weiterausgestaltungsform der Erfindung ist die St
llstand der Abtriebswelle bewirkende Zusatzeinrichtung eine Bremse, beispielsweise
eine mechanische Reibungsbremse, deren Anlegeeinrichtung sowohl vom Einstellungssignalgeber
als auch gegebenenfalls Bewegung
signalgeber und bzw. oder gegebenenfalls
Ankerspannungsmeßorgan beeinflußt wird zu dem Zweck,damit dann, wenn das Fahrzeug
stillstehen soll, dieses Stillstehen (alleine oder zusätzlich) durch eine (mechanische)
Bremse bewirkt wird, die sich selbsttätig anlegt, sobald Stillstand ge«lnscht v
., wobei, um zu sichern, daß ein Ruck in der Fahrbewegung bei Anlegen der Bremse
vermieden wird, durch die Steuerung bewirkt wird, daß die Bremse nur dann anlegt,
wenn Stillstand bereits erreicht ist, das heißt, entweder das Ankerspannungssignal
gleich Null ist und bzw. gegebenenfalls oder, falls ein solcher vorhanden ist, das
Signal des Bewegungssignalgebers gleich Null ist. Dabei ist auch eine Ausgestaltungsform
denkbar, bei der die mechanische Feststellbremse von Hand angezogen werden kann,
aber die Handkraft gespeichert wird und die Bremse erst dann anlegt, wenn durch
mindestens eines dieser Signale festgestellt ist, daß die Abtriebswelle stillsteht,um
auf diese Weise das genannte Ziel, einen Ruck zu vermeiden, zu erreichen. Die Situation
bei einer Betriebsbremse,mit der bereits bei in Bewegung befindlichem Fahrzeug das
Verzögern eingeleitet bzw. unterstützt wird, ist dabei anders.
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Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei Zurücknehmen des Geschwindigkeitssollwertgebers
in Richtung auf den Wert Null die mit der Abtriebswelle verbundene, an sich als
Motor installierte Gleichstrommaschine als Generator wirkt und die mit der Brennkraftmaschine
verbundene, an sich als Generator installierte Geichstrommaschine zum Motor wirkt,
so daß Energie von den Treibrädern des Fahrzeuges über das elektrische Antriebssystem
an die Brennkraftmaschine zurückgespeist wird und über deren Schleppleistung gebremst
wird. Das Maß der Verzögerung ist einstellbar, wobei der Einstellbereich nach oben
und unten begrenzt ist und die maximale Verzögerung abhängig.ist ist von der Leistung
der elektrischen Maschinen und der Schleppleistung der
BrennkraStmaschine
und der Regelgeschwindigkeit, während die minimale Verzögerung begrenzt ist, teil
der Regelbereich eines Gleichstromgenerators abhängig von dessen Drehzahl ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Die Brennkraftmaschine 1 treibt über eine Welle 2 den Gleichstromgenerator
3, 4 an, wobei mit 3 der Anker und mit 4 die Feldwicklung bezeichnet ist. Der Ankerstrom
des Gleichstromgenerators 3, 4 wird über Leitungen 5 zu dem Gleichstrommotor 6,
7 geführt, dessen Anker 6 an die Leitungen 5 angeschlossen ist und dessen Feldwicklung
7 der Strom von einem Feldstromsteuerorgan 8 über eine Leitung 9 zufließt.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Einstellorgan 10 versehen,
das seinerseits einen Einstellhebel 11 aufweist, der an seinem freien Ende einen
Bolzen 12 aufweist, der mit Spiel in einem Langloch 13 eines Gestängehebels 14 geführt
ist, der mit dem den Geschwindigkeitssollwertgeber bildenden Fahrpedal 15 verbunden
ist, das durch eine Feder 16 nach in der Zeichnung oben gezogen wird, während der
Einstellhebel 11 durch eine Feder 17 nach in der Zeichnung oben gezogen wird.
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Der Einstellhebel 11 ist über ein Gestänge mit einem sinstellungssignalgeber
19 verbunden. Das Fahrpedal 15 ist mit einem Fahrpedaleinstellungssignalgeber 20
verbunden.
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Der willkürlich betätigbare Fahrtrichtunsgeber 21 dient zur Wahl der
Fahrtrichtung. Das von diesem ausgehende Signal wird über eine Leitung 22 zu einem
Soll.re-tintegrator 23 geführt, der über das Leitungssystem 24 an
eine
in der Zeichnung nicht mehr dargestellte Spannungsquelle angeschlossen ist.
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Das Signal des Fahrpedaleinstellungssignalgebers 20 wird über eine
Leitung 25 ebenfalls dem Sollwertintegrator 23 @ug@führt, dessen Ausgangssignal
über eine Leitung 25 dem als Spannungsregelorgan ausgestalteten Geschwindigkeitsregelorgan
27 zugeführt wird, dem andererseits über eine Leitung 28 ein zweites Signal zugeführt
wird, das abhängig ist von der Spannung am Anker 6 des Gleichstrommotors 6, 7. In
dem Geschwindigkeitsregelorgan 27 werden die durch die Leitungen 26 und 28 diesem
Organ zufließenden Signale miteinander verglichen und ausgewertet zu einem Ausgangssignal,
welches über eine Leitung 29 dem Antriebsstromregler 30 zugeführt wird. Der in den
Leitungen 5 zwischen den Ankern 3 und 6 fließende Strom wird mittels eines Strommessers
(31) gemessen, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 32 ebenfalls dem Antriebsstromregler
30 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 33 zu einem teistungsregelorgan
34 fließt.
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An die Welle 2 der Brennkraftmaschine 1 ist im Ausführungsbeispiel
weiterhin ein Maschinendrehzahlsignalgeber 35 angeschlossen, von dem ein Signal
über die Leitung 36 zu dem Vergleichsorgan 37 geführt wird. Diesem Vergleichsorgan
37 fließt weiterhin huber die Leitung 93 auch das Signal des Einstellsignalgebers
19 zu. In dem Vergleichsorgan 37 werden die Signale der weber 19 und 35 miteinander
verOl cnen und ausgewertet. Das Ausgangssignal des Vergleichsorgans 37 fließt durch
die Leitung 39 ebenfalls dem Leistungsregelorgan 34 zu. Dessen Ausgangssignal fließt
durch die Leitung 40 zu dem Stellglied 41, das über die e bettung 42 und den Schalter
46 und die Endstufe 43 und de Leitung an die Dneidwicklung 4 des Gleichstrommotors
3, 4 an-,eschlossen ist.
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on der Leitung 33 zwischen dem Antriebsstromregler 30 und dem Leistungsregelorgan
34 zweigt eine Zweigleitung 45 ab, die zu dem Schalter 46 führt, der abhängig von
der Polarität des in der Leitung 33 und damit in der Leitung 45 anstehenden Signales
über die Leitungen 47 und 48 die Endstufe 43 beaufschlagt.
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Der Strommesser 31 liefert den Stromistwert in Form einer Gleichspannung.
Der Geber 19 liefert ein zur Einstellage des Hebels 11 proportionales Gleichspannungssignal.
Die Größe dieses Gleichspannungssignales ist ein Maß für die Drehzahl der Brennkraftmaschine
1 in unbelastetem Zustand.
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Die von der Brennkraftmaschine 1 angetriebene Maschinendrehzahlsignalgeber-Maschine
35 liefert eine der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 proportionale Spannung unmittelbar
oder mittelbar über die Frequenz in einem Frequenzumsetzer. Diese Spannung ist ein
Signal für den Istwert der Drehzahl der ~rennkraftmascnire 1. Das fahrpedal 15 ist
aber ein Gestänge 14, 11 m.it dem Einstellorgan 10 der Brennkraftmaschine 1 verbunden.
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Wird über eine Stoßstange 60, beispielsweise bei einem Hublader bei
Betätigen der Steuerorgane für die Hubeinrichtung, er Einstellhebel 11 nach in der
Zeichnung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinnn verschwenkt, so wird damit das Einstellorgan
10 der Brennkraftmaschine 1 auf größere Leistungsabgabe eingestellt und entsprechend
an den Einstellsignalgeber 19 ein Signal gegeben.
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Die Ankerspannung des Gleichstrommotors 6 liefert ein Signal für die
Istspannung des Ankers des Gieichstrommotors 6, Dieses Signal wird über die Leitung
2@ als zweites Signal auf das Geschwindlgkeitsregelorgan 27 gegeben, in dem das
von
dem Geber 20. ausgehende Sollwertsignal mit dem durch die Leltung 28 zugeführter.
Istwertsignal verglichen wird.
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@@ dem Leistungsregelorgan 34 wird die von dem tinstellsignalgeber
19 ausgehende, ein Maß für die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 in unbelastetem
Zustand liefernde Spannung und mit dem durch die tatsächliche Drehzahl der Brennkraftmaschine
1 bestimmten Signal des Gebers 35 abgestimmte, in der Leitung 39 fließende, ein
Maß für die "Drückung" der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 bildende Signal mit
dem durch die Leitung 33 zufließenden Signal verglichen und ausgehend das durch
die Leitung 40 dem Stellglied 41 zufließende Signal gesteuert.
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Der Erregerstrom in der Feldwicklung 7 des Motors 6, 7 wird durch
das Feldstromsteuerorgan 8 abhängig von der Größe des durch die Leitungen 5 fließenden
Ankerstroms gesteuert.
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Mit der Welle 50 des Gleichstrommotors 6, 7 ist eine Scheibe 51, beispielsweise
des Lüfterrades,verbunden, auf der ein Dauermagnet 52 befestigt ist. Gegenüber der
Scheibe 51 ist ein Differentialfeldplattenfühler 53 am Gehäuse befestigt, dessen
Ausgangssignal über eine Leitung 54 als zusatzliches Signal dem Geschwindigkeitsregelorgan
27 zugeführt wird, wobei das von dem Differentialfeldplattenfühler 53 ausgehende
Signal maximal die Größe von einigen Prozent des von dem Einstellungssignalgeber
20 ausgehenden, über die Leitung 26 dem Geschwindigkeltsregel organ 7 zufließenden
Signals ausmacht.
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Von der Leitung 25 zweigt eine Leitung 55 ab, von der Leitung 28 zweigt
eine Leitung 56 ab und von der Leitung 54 zweigt eine Leitung 57 ab. Die drei Leitungen
55, 56 und 57 führen zu einem Bremssteuerorgan 53, das mit einer Summenschaltung
(und -gatter) und einem Relais versehen ist und über das Relais die in der Zeichnung
nicht mehr dargestellte Bremse schließt, wenn in allen drei Leitungen 55, 56 und
57 das Signal Null ansteht.
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(In anderen Ausgestaltungsformen kann auch entweder die Leitung 56
entfallen und nur die Leitungen 55 und 57 vorgesehen sein und entsprechend in der
Und-Schaltung nur dIe in diesen Leitungen fließenden Signale berücksichtigt werden
oder kann die Leitung 57 entfallen und entsprechend nur die Leitungen 55 und 56
vorhanden sein und entsprechend das Relais ausgelöst werden wenn (nur) in den Leitungen
55 und 56 das Signal Null ansteht.
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In einer anderen, nicht mehr in der Zeichnung dargestellten Ausgestaltungsform
wird das von dem Anker 6 des Gleichstrommotors 6, 7 ausgehende Signal einem Widerstandsnetzwerk
zugeführt und das von dem Strommesser 31 ausgehende Signal ebenfalls diesem Widerstandsnetzwerk
zugeCiinrt und das um das Stromsignal kompensierte Spannungssignal dem Geschwindigkeitsregelorgan
27 zugeführt.)