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Einrichtung zur Kraftäßertragung- durch elektroniagnetische Kupplung.
Vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Antrieb von Automobilen durch einen Antriebsinotor,
vorzugsweise eine Maschine mit Innenverbrennung, vermittels zweier in Reihe geschalteter
elektrischer Hauptstrommaschinen. Die Erfindung bezweckt eine möglichst weitgehende
Anpassung des elektromagnetischen Kupplungssysterns zwischen Antriebsmotor und Last
an die Bedürfnisse des Automobilbetriebes. Hierzu -ehört besonders, daß man für
den Bedarfsfall hinreichend Akkumulatorstrom zur Verfügung hat. Um diesen zu schaffen,
wird die als Motor wirkende Maschine mit einer dem Hauptfeld entgegenwirkenden Nebenschlußwicklung
versehen, welche eingeschaltet wird, wenn die zweite Maschine, der Generator, in
an sich bekannter Weise kurz geschlossen ist, so daß sie nur als Kupplung wirkt.
Durch die Einschaltung einer solchen, dem Hauptfeld des Motors entgegenwirkenden
Nebenschlußwicklung wird erreicht, daß beim Anschalten der Batterie diese bei im
wesentlichen gleichbleibender Spannung geladen wird, unabhängig von der stark wechselnden
Anl,-ergesch-%7#,indikeit der Maschine.
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Obwohl'die auf diese Weise sichergestellte .Ladung der Batterie während
des Betriebes des Automobils den Anforderungen an Strom im Regelfall genügt, so
kann es doch in besonderen Fällen erwünscht sein, die Batterie auch bei stillstehendem
Wagen laden zu können. Um auch dies in einer für die Batterie zuträglichen Weise
mit gutem Nutzeffekt tun zu können, ist für den Generator eine Schaltung vorgesehen,
durch welche seine Feldwicklung in Reihe mit einem Widerstand in Nebenschluß zu
seinem Anker gelegt werden kann. Dadurch wird die Möglichkeit geboten, die Ladung
bei stillstehendem Wagen mit verhältnismäßig hoher Spannung vorzunehmen. Geschwindigkeitsschwankungen
der Lademaschine lassen sich in diesem Falle, wo die Antriebsmaschine nur zum Betrieb
der Lademaschine dient, durch Regelung der Geschwindigkeit der Antriebsmaschine
in engen Grenzen halten.
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Ein wünschenswerter Verwendungszweck für die in der Batterie aufgespeicherte
elektrische Energie besteht in dem Anlassen des Antriebsmotors. Um dies zu ermöglichen,
ist die Reihenschlußfeldwicklung des Generators umschaltbar gemacht.
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Die dem vorstehendem zufolge zu dem Wesen der Erfindung gehörigen
Anordnungen gestatten zugleich auch den Anforderungen des normalen Betriebes zu
genügen, wie aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Anschluß
an die Zeichrungsabbildungen näher ersichtlich werden wird.
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Abb. i zeigt zum Teil schematisch die Gesamtanordnung der verschiedenen
Teile der .An ' triebsvorrichtung in Verbindung mit einem Automobil.
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Abb. 2 ist eine schematische Abwicklung des Reglers.
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Abb- 3 bis 1:2 veranschaulichen schematisch (Iie verschiedenen
eleltrischen Verbindungen entsprechend den verschiedenen Reglerstellungen.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten
.Ausführungsforin
der Erfindung bezeichnet i die, getriebene Welle irgendeines. Antriebsmotors, wie
z. B. eines Explosionsmotors, welche eine Last zu treiben vermag, wie z. B. die
Kraftübertragungswelle2- eines- Automohills-. Die erste der beiden dynamoelektrischen.
Maschinen, welche zu: dern Antriebssystern gehören-, auf welches sich die Erfindung
bezieht, nämlich diej#mige- Maschine,. wglche- dem Vorderteil des Wagens zunächst
gelegen ist,- und welche im- folgenden als »Generator« 1--ezeichnet werden mag,
besitzt einen drehbaren Anker 3, der mit der Welle z verbundenz ist und sich
mit dieser zusammen bewegt, und einen drehbaren Feldteit4, der an der Welle i sitzt-Ain
Anker 3 sitzt der Kommutator 5, gegen den sich die Bürsten
6 legen, die an dem Feldteil 4 angeordnet sind und- sich zusammen nTit diesem
drehen. An dem Feldteil 4 sitzen auch Vieh Kollel,-torringe77, von denen zwei dazu:
dienen-" Strom nach. lund von den Feldwicklungen zu führen, und von denen die- anderen
beiden mit derL. Bürsten 6 elektrisch verbunden sind. Die- mveite dviiamoelektrische
\#raschine,. welche kurz als. #v.#iotor(e bezeichnet werden n-iug" besitzt einerr
drelU'-aren Anker 8-,.
der mit der, Welle 2 verbunden. ist, und einen stillstehenden
Feldteil g. Ain Anker 9 ist der Kommutator ioj befestigt, gegen den- sich
die feststehenden, Bürsten ii legen- -Mit 12- ist scheinattscli ein: Umkehrgetriebe
angedeutet,-durch, welches- die Dreh-rizhtting der. Räder umgekehrt ##%#erden. kann-
Dbeses Cigtriei#e7 ist jedoch für die- Erfindung nicht w#esentlich, da. die Umkehr
der, Drehungsrirlitung auel-r auf elektrischem Wege be-,virkt werden- kann.
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Außer den. bisher- genannten elektrischen Antriebsteilen findet ein
veränderlicher Widerstand, 13z, zwei unveränderliche Widerstände j,-4,- r5- und
eine7Akkutnulatoren#r)atterie 16 Anwendung, welche Teile in Abb., 2- schematisch:
angedeutet sind,. Die Wicklüngen des Feldteiles 9 des: Motors hestehen aus,
einer Reihen-.wicklung g#I und einer Nel-enschlußw#Cklung gb.
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In der Bremsetellung des Reglers-, für welche Dieb Stromverbindungen,
irr Abb, 5 dargestellt sind, ist der Motor, dessen Reihenf eldin diesem Falle
gegenüber der Laufstellung umgekehrt ist, kurz geschlossen durth eirren. Witlerstand*
15, -welcher induktiv oder indtilzt#onsfi-ei sein kann,- Bei dieser Ver!#induir-
d!2r Teile sind 1-ei stillstehendem br Wagen särritäche Stromkreise stromlos.. Wenn
al-er * d-.'ie Wagengescliwindgikeit mehr als 15 bis. z5 km in- der-
Stunde l' eträgt,. dann wird ei:u Strom durch den Motor erzeugt, der eine
elektrische Bremswirkung hervorruft, welche die- Geschwindigkeit des Wagens vermindert.
Wenn. der Widerstand 15- induktiv ist, dann ist die Bremswirkung gleichmäßiger uii(1
allmählich ansteigend infolge- der elektrotilotorischen Gegenkraft der Selbstinduktion,
die durch die anfängliche Schwankung des durch den Widerstand, fließenden Stromes
hervorgerufen wird. Wenrii der Strom fortfährt,. durch den Widerstand r_q hindurchzufließen,
nimmt er allmählich einen unveränderlichen Wert an und die elektromotorische Geenkraft
nimnit infolgedessen allmählich ab, g g
was ein allmähliches- Ansteigen der
Breinswirkung zur Folge hat. Auf der Zeichnung ist der, Generator ini offenen Stromkreis
liegend dar- gestellt, -- al, er derselb e- kann natürlich au:ch in irgendeiner
anderen Weise unwirksarn gemacht werden, Ileispielsweise,- indem man seine Peldwicklung:
in s-ich kurz- schließt.
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In den Abb. 6 bis i.i- sind' die Stroniver-1 indungen dargestellt,
welche den ersten sechs Geschwindigkeitslaggen des, Reglers entsprechen. Beie j-eder
dieser Stellungen sind, wie man 1-emer-1,t,. Mo tor und Generator in Reihe ii:riteinander
geschaftet, woT-ei- die Reihend wicklungen des -Motorfeldes sich in Betriebsstellung7
befinden, während die Nel-enschllußwicklungen. off-en. sind. Bei dieser Verbinclung
der Teile fließt der %oni" der im Ge-
nerator- (lt=.li die Relativl-ewegung
seiner Elemente hervorgerufew wird, durch'den Motor- und übt, hier eill Drehrnoment
aus" welchessitfli zu dein vom Antri(#-s-motor erzeugten Drehrnoment addiert. Außerdem
kann durch Veränderung der- F'eldstärke d:es 'Motors- die Geschwindigkeit und dias
auf die Lastwelfe a-trs-e#ti)te Drehmoment verändert werden da eine Abnahme der
Feidstärke des Motors die eiektromotorische Gegenkraft veriiiindert, was zur Wirkung
hat, daß eine geringere Schlüpfung zwischen den Elementen. des- Gerrerators erforderlich.
ist,. = die- elelztromotorische Gegenkraft auszu-gli--ichen, und es wird die Gesc,r-i-#vindigl,zeit,
welche der> Lastwelle ül-ermittelt wird, entsprechend vermehrt. Diese 'Vermehrung
der Geschwindigkeit geht Hand in Hand mit einer Verminderung des Drehmornentes.
Wenn andererseits# das Motorf eld verstärkt wird, werderr die elektromotorische
Gegenkraft und das Drehmornent vermehrt tind die Geschwindigkeit der Lastwelle wird
(lerligeii-iäff verrnindert. -
In Abb. 6 sind die Stromverbindungen
für das Inbetriel#setzen des Wagens dargestellt, oder mit anderen Worten, die Stromverl-indungen,
welche der ersten Geschwindigkeits# lage des Reglers entspreclien.- Diese Verl-
inclungen sind derart, (laß, dadurch die heiden d#,namoelel,itrischen Maschinen
in Reihe geschaltet werden-, und sie 1--ewirken auch die Schaltung des Widerstandes
14 in -Ne' enschluß. mit deur in Reihe geschalteten Feld 4 rs de,;- Gener-ators,#
Dieser Widerstand ist vorzitigsweise inclnktionsfrei,
was zur Folge
hat, daß bei der Bewegung des Reglers in diese Lage der größere Teil des ersten
Stromimpulses vom Generator durch den induktionsfreien Nehenschluß geht und nicht
durch die induktive Feldwicklung, mit anderen Worten, der Nebenschluß dient dazu,
den übermäßig stark-en Anfangsstrom k# b
von dein Felde des Generators abzulenken,
und verhindert auf diese Weise die plötzliche Anhängung einer schweren Last an die
Antriebsmaschine.
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Wenn der Strom vom Generator allinählich einen hestimmten Wert erreicht,
nimmt der Teil des Stromes, welcher durch den Nehenschluß 14 fließt, allmählich
ab, was zur'Folge hat, daß die an den Antriebsmotor angeschal-,ete Last allmählich
ihren maximalen Wert annimmt, In Abb. 7, welche die zweite Laufstellung des
Reglers darstellt, ist der Widerstand 14 ausgeschaltet und der Motor und der Generator
sind in Reihe miteinander geschaltet. Dieses erhöht die Geschwindigkeit der Lastwelle
infolge der größeren elektromotorischen Kraft des Generators, die sich aus dessen
grölierer Feldstärke ergibt.
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In Abb. 8, welche die Stroniverbindungen für die dritte Geschwindigkeitsstufe
des Reglers darstellt, ist ein veränderlicher Widerstand 13 in Nebenschluß zu der
in Reihe geschalteten Wicklung 9,1 des Motors vorgesehen. Die Wirkun- dieses
veränderlichen Widerstandes im -Nebenschluß zum Motorfeld 1 e.5telit darin,
die Feldstärke und infolgedessen das vom '.Jotor hervorgerufene Dreh-' nionient
herabzusetzen und die Lastgeschwin-(ligkeit zu erhöhen.
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Die Abb.9, io und ii veranschaulichen Stromverbindungen entsprechend
der vierten, fünften und sechsten Geschwindigkeitslage des Reglers. Dieselben stimmen
mit den in Abb. 8 dargestellten Stromverbindungen ül-,erein, ausgenommen,
daß der veränderliche Widerstand 13 zunehmend vermindert ist von .#,einem in Abb.
8 dargestellten Höchstwert bis zu einem Mindestwert in Abb. i i. Wie ohne
weiteres ersichtlich, bewirkt eine solche zunehinende Verminderung des Widerstandes
eine zunehmende Verminderung der Feklstärke des Motors und demgemäß eine zunehmende
Steigerung der Geschwindigkeit und Abnahme des auf die Lastwelle wirksainen Drehmomentes.
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Abb. 12 veranschaulicht die Verbindung, welche der siebenten Geschwindigkeitsstufe
des Reglers entspricht.
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Bei dieser Reglerstellung tritt eine Kurzscliließung des Generators
ein, so daß dieser als inagnetische Kupplung wirkt, wolhei gerade hinreichend Schlüpfung
zwischen dein Feld und dem Anker vorhanden ist, uni so viel Spannung zu erzeugen,
als erforderlich ist, tim den Widerstand des Generatorstromkreises zu üherwinden.
Auf diese Weise sind die Geschwindigkeit und das Drehmoinent, welches auf die Lastwelle
übertragen wird, im wesentlichen die gleichen, wie die Geschwin-(-ligkeit und das
Drehmoment des Antriebsmotors. Bei dieser Lage ist auch der Widerstand 13
ausgeschaltet und die Feldwindung ga ist in Reihe mit dem Motoranker geschaltet,
während die Feldwindung gb im Ne-1-enschluß mit diesem Anker liegt und gegen-läufig
zu der Reihenfeldwicklungga. Auf diese Weise ist der Motor in einen Differentialgenerator
umgewandelt, welcher in Reihe mit der Akkumulatorenhatterie16 geschaltet wird, und
welcher die Batterie 1,ei im wesentlichen unveränderlicher Spannung ladet, un-.
abhängig von der Geschwindigkeit des Ankers. Augenscheinlich schwankt die Geschwindigkeit
des Ankers 8 mit der Geschwin-(ligkeit des Wagens, und. da die Geschwindigkeit
des Wagens gewöhnlich innerhalb weiter Grenzen schwankt, während- sich der Regler
in dieser Lage befindet, ist die Umwandlung der Serienmaschine in einen sich selbst
regelnden Generator von großer Wichtigkeit.
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Die gleiche Stellung des Reglers kann für den elektrischen Antrieb
des Wagens benutzt werden, welche, wie oben erwähnt, in besonderen Notfällen sehr
wünschenswert ist. Wenn der Regler in diese Lage gebracht wird, während (fie Antriebsmaschine
stillsteht oder langsam läuft, d7ann wird die Batterie durch den Motor entladen
und treibt den Wa-en 23 eine gute Strecke vorwärts.
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'In Abb. 4 sind die Stromverbindungen zum Anlassen des Antriebsmotors,
beispielsweise eines Explosionsmotors, veranschaulicht. Diese Verbindungen werden
hergestellt, wenn der Regler in die Anlaßstellung gebracht wird. Zum Zweck des Anlassens
des Antriebsmotors wird die Akkumulatorenbatterie in Reihe mit dem Generatoranker
3 und mit der umgeschalteten Generatorfeldwicklung 4 verbunden, so daß der
Generator als Motor wirkt, um die 20aschine anzudrehen. Die Beziehung zwischen dein
Strom in der Feldwi#klung und im Anker muß in dieser Lage entgegengesetzt derjenigen
sein, welche der Laufstellung entspricht, da sonst die Maschine rückwärts gedreht
werden würde. Es ergibt sich auch aus dieser Umkehr von Anker und Feldverbindung,
daß, wenn die #Maschine anläuft und ihre Geschwindigkeit sich erhöht, dann der Generator
seine normale Funktion des Wage nantriebes nicht erfüllen kann, da er noch als Serienmotor
wirkt, dessen Strom sich bei zunehmender Geschwindigkeit vermindert, welcher jedoch
nicht seine Richtung umzukehren vermag.
Diese Stroinverbindung kann
auch benutzt Nverden, um den Wagen durch die Batterie rückwärts zu treiben, wenn
die Bremse gelöst ist und wenn die Antriebsma schine stillsteht.
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In Abb. 3 sind die Stromverl#indungen für die Ladung der Akkumulatorenl"atterie
mit verhältnismäßig hoher Spannung hei stillstehendem Wagen dargestellt, welche
Stromverbindungeft bei der überführung des Reglers in die Ladestellung hergestellt
werden.
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In dieser Lage wird das Generatorfeld 4 in Reihe mit dem Widerstand
15 an die Bürsten des Ankers 3 angeschlossen; ebenso wird die Akkumulatorenbatterie
zum Zweck der Ladung an die Bürsten des Ankers 3 angeschlossen. Da auf diese
Weise die Feldwicklung ü:.er die Batterie 16 geschlossen ist, hat der Strom in der
Feldwicklung 4 die erforderliche Höhe und Richtung, um den Anker 3 zu veranlassen
Spannung in der erforderlichen Richtung zur Ladung der Batterie zu erzeugen. Auf
diese Weise ist die Reihenmaschine in eine Nebenschlußmaschine mit schwächerem Felde
umgewandelt, welche die Batterie mit der erforderlichen Spannung ladet und die Umkehr
der Stromrichtung verhindert. Wenn der, Wagen stillsteht, wird der Generator unmittelbar
durch die Antriebsmaschine angetrieben und es bedarf deshalb keiner 'Maß nahme,
um seine Geschwindigkeit zu ändern.
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Die Wirkung des Antriebes gemäß der Erfindung dürfte aus der vorstehenden
Erläuterung klar sein. Wenn der Wagen und der ',#ntriebsmotor stillstehen, dann
ist das erste Erfordernis, die Antriebsmaschine anzulassen. Dieses geschieht dadurch,
daß man den Regler rückwärts bis in die Anlaßsteltung dreht, -wodurch gemäß Äbb.
4 die Stromverbindungen hergestellt werden, die dazu führen, den Generator als Motor
von der Akkumulatorenbatterie aus zu treiben. Da der Anker 3 hier-],ei stillsteht,
dreht sich das Feld 4, welches mit- der Welle des Antriebsmotors verbunden ist,
und bewirkt das Anlaufen des Motors. Sobald der Antriebsmotor zu arbeiten beginnt,
wird der Regler in die in Abb. 5 dar-"estellte Lage gedreht. Um den Wagen
in Betrieb zu setzen, wird der Regler bis zur ersten Geschwindigkeitslage vorgedreht,
und wenn der Wagen zu laufen beginnt, wird der Regler allmählich weiter vorgeschaltet
bis zur siebenten Geschwindigkeitsstufe, für welche die - entsprechenden
Stromverbindungen in Abb. 12 dargestellt sind. In dieser Lage des Reglers arbeitet
der Motor, wie oben heschrie-[-.en, als Generator und ladet die Batterie. Es ist
selbstverständlich, daß die Geschwindigkeit des Antriebsmotors und demgemäß die
Geschwindigkeit des Wagens innerhalb weiter Grenzen geregelt werden kann
je nach der Lage, welche man dem Regler gibt.
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Wenn es sich aus irgendeinem Grunde als el notwendig ergibt, die Batterie
zu laden, während sich der Wagen in Ruhe befindet, dann wird der Motor zunächst,
wie oben angegeben, angelassen. Sobald dieses geschehen, wird der Regler al-,er,
anstatt'daß er in die Lage gedreht wird, für welche die Stromverbindungen in Abb.
5 dargestellt sind, zurückgedreht 1,is in die Ladestellung. In dieser Lage
des Reglers, für welche die Stromverbindungen in Abb- 3 dargestellt sind,
wirkt der Generator als Batterielademaschine.
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Es ist davon abgesehen worden, auf der Zeichnung eine spezielle mechanische
Einrichtung des Reglers darzustellen, durch welche die verschiedenen Stromverbindungen
erhalten werden können, da eine solche mechanische Reglerkonstruktion nicht zum
Wesen der Erfindung gehört.