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Selbsttätige Stufenschaltung für Fahrzeugmotore Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf die Schaltung von Elektromotoren, die zum Antrieb von Fahrzeugen
dienen, und bei denen sowohl der Anker als auch das Gehäuse drehbar gelagert sind.
In an sich bekannter Weise sind Anker und Gehäuse durch ein Getriebe so verbunden,
daß entweder beide Teile gemeinsam -in gegenläufiger Bewegung den Antrieb bewirken
oder aber einer der Teile durch eine Bremse festgehalten werden kann, so daß der
Antrieb lediglich durch den anderen Teil mit entsprechend höherer Drehzahl erfolgt.
Derartige Antriebe werden hauptsächlich für solche Elektrofahrzeuge angewendet,
bei denen eine elektrische Sammleranlage als Stromquelle mitgeführt wird. Die Leistungsfähigkeit
eines solchen Fahrzeugs hängt im starken Maße davon ab, daß die Stromquelle während
des Betriebes vor Überlastungen geschützt wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die betrieblich günstigste
Beanspruchung der Stromquelle zu sichern und die Gefahr einer Überlastung durch
unvorsichtiges Schalten auszuschließen. Dieser Zweck wird dadurch erreicht, daß
die Schaltung der beiden Geschwindigkeitsstufen selbsttätig in Abhängigkeit von
der Drehzahl der angetriebenen Achse in der Weise erfolgt, daß beim Überschreiten
einer bestimmten Drehzahl von einem Drehzahlregler die höhere Stufe durch Anziehen
der Bremse eingeschaltet wird, während beim Unterschreiten dieser Drehzahl wieder
die Rückschaltung auf die niedrigere Stufe durch volles Lösen der Bremse erfolgt.
Das Anziehen und Lösen der Bremse wird also der Willkür des Fahrers vollkommen entzogen,
der Fahrer hat somit keinerlei Einfluß auf den Zeitpunkt der Umschaltung im Gegensatz
zu den bekannten Einrichtungen, bei denen beispielsweise die Betätigung der Bremse
in Abhängigkeit von der Kurbel des Fahrschalters gebracht ist. Mit dieser Kurbel
konnte der Fahrer die Bremsung veranlassen, auch bevor das Fahrzeug bei der niedrigen
Gangstufe schon die zum Weiterschalten notwendige Geschwindigkeit erreicht hat,
er konnte also den Motor dadurch zum Schaden der Sammleranlage überlasten. Selbst
wenn dabei Vorrichtungen vorgesehen sind, welche selbsttätig für die Einhaltung
einer bestimmten Bremszeit sorgen, wie dies schon vorgeschlagen ist, so wird dadurch
nicht die Aufgabe gelöst, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt.
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Weiterhin ist auch noch ein Vorschlag bekannt, bei mit elektrischer
Umformung durch Generator und Motor arbeitenden Geschwindigkeitswechselgetrieben
für Brennkraftmaschinen Fliehkraftregler anzuwenden, welche eine direkte Kupplung
zwischen der treibenden und der angetriebenen Welle des Getriebes, also zwischen
Generator und Motorwelle herstellen, wenn beide Wellen etwa gleiche Drehgeschwindigkeit
erreicht haben. Bei dieser bekannten Anordnung erfolgt also
das
Schalten der Geschwindigkeitsstufen durch den Fahrzeugführer von Hand, während lediglich
beim Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit ohne Änderung der Übersetzung eine
direkte Verbindung der treibenden und der angetriebenen Welle unter Ausschaltung
der in diesem Fall überflüssigen elektrischen Übertragung hergestellt wird. Im Gegensatz
dazu werden bei der neuen Vorrichtung die beiden Stufen des Getriebes durch Anwendung
einer von der Drehzahl abhängigen Vorrichtung betätigt, und zwar in der Weise, daß
dem Fahrzeugführer jede Möglichkeit zu einer Beeinflussung der Schaltung genommen
wird. Der Erfindung liegt, u. a. die vollkommen neue Erkenntnis zugrunde, daß ein
Fahrzeugantrieb durch einen Elektromotor mit gegenläufigen Teilen ganz besonders
zur Durchführung einer automatischen Schaltung geeignet ist, weil nämtich diese
Antriebsart nur zwei Geschwindigkeitsstufen zuläßt und die Schaltung lediglich durch
das Anziehen einer Bremse erfolgt, welche von einem Drehzahlanzeiger leicht beeinflußt
werden kann. Durch die Anwendung der Bremse ergibt sich dabei ohne weiteres eine
weiche Schaltung, die zur Schonung der Stromquelle beiträgt, während hei selbsttätiger
Bedienung andersartiger Schalteinrichtungen die Gefahr stoßweiser Beanspruchung
gegeben wäre. Auf der anderen Seite ist aber gerade bei elektrisch angetriebenen
Fahrzeugen mit nur zwei Geschwindigkeitsstufen die Gefahr einer Überlastung der
Stromquelle durch unvorsichtiges Schalten besonders groß, so daß durch die Einführung
einer selbsttätigen Schaltung eine Erhöhung der gesamten Leistungsfähigkeit des
Fahrzeugs gesichert werden kann. Dabei ergibt sich noch der weitere Vorteil, daß
der Fahrzeugführer von der Bedienung der Fahrstufen entlastet wird; er kann also
seine Aufmerksamkeit vollkommen andern Vorgängen zuwenden, ohne sich um die Stufenschaltung
kümmern zu müssen.
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In den beiliegenden Zeichnungen sind zur näheren Erläuterung der Erfindung
und der damit erreichbaren Vorteile Ausführungsformen der neuen selbsttätigen Schaltung
dargestellt.
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In Abb. i ist zunächst die grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltung
an einem einfachen Schema erläutert. In dem Schema ist mit M der Fahrzeugmotor bezeichnet,
welcher von der SammleranlageSA den Strom erhält. Zwischen dem Motor und der Sammleranlage
ist der Fahrzeugschalter F angeordnet, der vom Fahrzeugführer -zu bedienen ist und
selbstverständlich in an sich bekannter Weise auch als Kontroller mit verschiedenen
Anlaß- und Fährstufen ausgebildet sein kann. Der Motor treibt über das Gehäuse G
die Welle W an. Wenn die Bremse B gelüftet ist, so wirken Anker und
Gehäuse in gegenläufiger Bewegung auf die Welle W ein; wird die Bremse B dagegen
angezogen, so treibt lediglich der Anker allein die Welle W an. Die Bremse B steht
über ein Hebelgestänge mit dem Anker A des Bremsmagneten B:11 so
in
Verbindung, daß die Bremse angezogen wird, wenn der Bremsmagnet Strom erhält. Die
Stromzufuhr zu dem Bremsmagneten wird durch den Schalter S geregelt, welcher von
dem Drehzahlregler R angetrieben wird. Wie aus dem Schaltschema ersichtlich ist,
ist bei niedriger Drehzahl die Bremse gelüftet, während beim Überschreiten einer
bestimmten Drehzahl die Bremse angezogen wird.
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Im Fahrbetrieb wird .also folgendes erreicht: Beim Anfahren des Wagens
steht der Schalter S unbedingt auf der Stufe I, welche der niedrigen Drehzahl entspricht.
Erst wenn (las Fahrzeug eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht .hat, tritt der
Schalter S von der Stufe I auf die Stufe II über, und damit wird die Bremse B angezogen
und die höhere Fahrstufe selbsttätig eingeschaltet. Es wird also erreicht, daß der
Führer nicht von sich aus vor dem Erreichen der notwendigen Geschwindigkeit schon
die höchste Fahrstufe einschalten kann. Wenn nun während der Fahrt besondere Widerstände
auftreten, beispielsweise das Fahrzeug in eine Steigung einläuft, so erfolgt selbsttätig
die Umschaltung auf den ersten Gang, sobald die Geschwindigkeit des Fahrzeugs entsprechend
nachgelassen hat. Es ist also durch den selbsttätigen Schalter auch in diesem Falle
unmöglich gemacht, daß der Entladungsstrom der Batterie ein bestimmtes Höchstmaß
überschreitet. Der Zweck der selbsttätigen Stufenschaltung ist letzten Endes die
volle Ausnutzung der Sammleranlage, also die Verhinderung einer Überlastung. Der
Entladestrom steht nun in unmittelbarer Abhängigkeit von der Motordrehzahl, denn
die elektrische Gegenkraft des Motors ist ebenfalls unmittelbar von der Drehzahl
abhängig. Dadurch, daß die Stufenschaltung von einem einfachen Drehzahlregler aus
selbsttätig gesteuert wird, ist also die weitestgehende Schonung der Sammleranlage
vollkommen gewährleistet.
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Abb. z zeigt das gleiche Schaltschema wie Abb. i mit einigen zusätzlichen
Einrichtungen, wie sie im praktischen Betriebe erforderlich sind, um eine übermäßige
Erwärmung der Bremsmagnetspulen zu verhindern. Der Anker des Bremsmagneten A ist
mit einer ringförmigen Nut N versehen, in welche eine Klinke K eingreift, sobald
der Anker von dem Bremsmagneten BM angezogen ist. Die Klinke ist mit einem
Hilfsschalter
H verbunden, welcher die Wicklung des Bremsmagneten
kurzschließt, sobald die Klinke durch die Schwerkraft in dIe Nut N eingefallen ist.
Wenn nun der Schalter S durch den Regler R von der Stufe II wieder auf die Stufe
I zurückgebracht wird, so erhält die Spule des Auslösemagneten ANI Strom und zieht
die Klinke,l( aus der Nut heraus, wodurch die Bremse gelöst wird. Wenn die Klinke
K die Bewegung ausgeführt hat, so wird- durch den Hilfsschalter H die Wicklung des
Auslösemagneten AM kurzgeschlossen. Beide Magneten erhalten also nur so lange
Strom, bis die jeweils aufzuführende Schaltarbeit verrichtet ist. Auch durch diese
Anordnung wird die Sammleranlage geschont und erreicht, daß die in der Sammleranlage
gespeicherte Energie restlos dazu ausgenutzt wird, die größtmögliche Fahr-" strecke
mit dem Fahrzeug zu erreichen.
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In -Abb.3 sind die grundlegenden Konstruktionseinzelheiten der Magneteinrichtung
und der Bremse dargestellt.- Die Bezeichnungen in dieser Abbildung entsprechen den
in den Schaltbildern angegebenen Bezugszeichen, so daß sich eine nähere Erläuterung
dieser Abbildung erübrigt.
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Bei den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung
wird die für das Anziehen der Bremse benötigte Energie einfachheitshalber der Sammleranlage
entnommen, welche den Fahrzeugmotor versorgt. Selbstverständlich läßt sich der Erfindungsgedanke
auch verwirklichen, indem als Antrieb für die Bremse irgendeine andere Kraftquelle,
beispielsweise Druckluft, Drucköl o. dgl., benutzt wird. In diesem Falle ist der
elektrische Schalter S durch ein Schaltorgan für den jeweiligen Energieträger zu
ersetzen, also etwa durch einen Druckluftschieber; dieser Schieber wird dann von
dein Drehzahlregler so beeinflußt, daß oberhalb einer bestimmten Drehzahl die Bremse
durch einen Druckluftkolben angezogen, unterhalb der Drehzahl aber gelöst wird.