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Wärmekraftfahrzeug mit elektrischer Kraftübertragung Es ist bekannt,
Wärmekraftfahrzeuge mit elektrischer Kraftübertragung so zu regeln, daß die Kraftmittelzufuhr
zur Wärmekraftmaschine unmittelbar gesteuert wird, wobei die Fahrgeschwindigkeit
der jeweiligen Spannung am Generator entspricht. Der Generator hat hierbei im allgemeinen
eine solche selbsttätige Regelung, daß seine abgegebene Leistung bei verschieden
großen Spannungen annähernd gleich gehalten wird. Diese Regelung des Generators
kann durch besondere Ausbildung desselben selbst (Gegenkomponndierung, schwere Sättigung)
oder auch durch äußere Regelmittel (Leistungsregler, Drehzahlregler o. dgl.) bewirkt
werden.
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Die unmittelbare Einstellung der Kraftmittelzufuhr zur Regelung der
Wärmekraftmaschine hat verschiedene Nachteile.
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Zunächst ergibt sich bereits bei. Leerlauf der- Maschine, daß die
Bedingungen für. das Anlaufen der Maschine sehr verschieden sein können, je nachdem,.
ob die Maschine aus dem kalten oder warmen Zustand heraus angefahren wird. Ist die
für Leerlauf eingestellte Kraftmittelzuführ bei ungünstigen Anfahrbedingungen.(kalte
Masebine). zu knapp, so bleibt die Maschine stehen. Wird umgekehrt mit Rücksicht
auf diese Verhältnisse eine reichlichere Kraftmittelzufuhr eingestellt, so erhöht
sich bei Eintritt günstigerer Bedingungen (Warmwerden der Maschine) die Leerlaufdrehzahl
sehr stark, was einen unnötig hohen Kraftmittelverbrauch und gegebenenfalls ein
Durchgehen der Maschine bedingt. Schwierigkeiten gleicher Art ergeben sich beim
Lauf der Maschine unter Last. Im allgemeinen werden von der Wärmekraftinaschine
außer den Triebmotoren auch noch Hilfsbetriebe mit Energie versorgt, die je nach
der -Fahrstrecke verschiedenen Kraftbedarf haben und bei der Einstellung der Kraftmittelzufuhr
berücksichtigt werden müssen. Fällt nun ein Teil der Belastung aus, so erhöht sich
die Drehzahl und Leistung der Wärmekraftmasdhine, statt daß sie in ihrer Leistung
zurückgeht, wodurch- abgesehen von unerwünschten Änderungen der Fahrverhältnisse
eine Brennstoffmenge verbraucht wird, die durch die Verhältnisse nicht bedingt und
nicht entsprechend ausgenützt ist. Nachteilig ist hierbei auch, daß sich bei plötzlicher
Entlastung eine starke Spannungssteigerung an den elektrischen Maschinen ergibt.
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Es sind auch bereits Anordnungen bekanntgeworden, bei denen ein Fliehkraftregler
im normalen Regelbereich die Generatorerregung beeinflußt und in einem anschließenden
zweiten Regelbereich die Brennstoffzufuhr, so daß
hier zwar eine
unmittelbare Einstellung der Brennstoffzufuhr vom Führerstand aus vermieden ist.
Bei diesen Anordnungen ist es jedoch grundsätzlich nicht möglich, bei der Einstellung
der einzelnen Teilleistungen auf die Einstellung günstigsten Brennstoffvers Brauchs
Rücksicht zu nehmen, weil bei ihnen, solange sie im elektrischen Bereich regeln,
eine Änderung der Brennstoffmenge überhaupt nicht möglich ist, wenn sie aber im
Bereich der Füllungsregelung arbeiten, wieder die selbsttätige Regelung des Generators
fehlt, so daß in keinem Fall bei der Einstellung von Teilleistungen bestimmte vorgezeichnete
Arbeitsverhältnisse mit günstigster Brennstoffausnützung erhältlich sind.
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Die Erfindung vermeidet die -Nachteile der vorerwähnten Anordnungen.
Sie betrifft ein Wärmekraftfahrzeug mit einer Wärmekraftmaschine, die gekuppelt
ist mit einem für gleichbleibende Drehzahl selbsttätig auf gleichbleibende Drehmomentaufnahme
geregelten Stromerzeuger zur Speisung derelektrischen Fahrmotoren und Hilfsmaschinen,
einem geschwindigkeitsabhängigen, entsprechend der ihm jeweilig eigentümlichen Drehzahl
(Grunddrehzahl) selbsttätig die Drehzahl der Wärmekraftmaschine durch Änderung der
Brennstoffzufuhr gleich haltenden Regler (Drehzahlselbstregler) in Verbindung mit
einer vom Führerstand aus bedienbaren, verschiedene Grunddrehzahlen des Drehzahlreglers
herbeiführenden Verstellvorrichtung (Drehzahlverstellvorrichtung) und einem Regler
im Feldstromkreis des Stromerzeugers oder dessen Erregermaschine. Bei einem solchen
Wärmekraftfahrzeug werden erfindungsgemäß die Drehzahlverstellv orrichtung des nur
auf die Brennstoffzufuhr einwirkenden Drehzahlreglers und der Feldregler durch mechanische
oder elektrische Kraftübertragungsmittel mit dem-Fahrschalter verbunden, so daß
mittels des Fahrschalters zwangsläufig durch Verstellen der - den Drehzahlselbstregler
auf andere Grundzahlen einstellenden - Drehzahlverstellvorrichtung zugleich auch
mindestens in einem Teil des Regelbereichs der Feldregler verstellbar und damit
zwangsläufig die Wärmekraftmaschine jeweils für den spezifisch günstigsten der jeweilig
neu eingestellten Grunddrehzahl söwie der ihr zugeordneten neuen Leistung (Teilleistung)
entsprechenden Brennstoffverbrauch einstellbar ist.
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Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß bei Wärmekraftmaschinen
jeder Drehzahl eine bestimmte Leistung bzw. ein bestimmtes Drehmoment entspricht,
bei dem der Brennstoffverbrauch einen Bestwert (Mindestwert) erreicht. Dadurch,
daß gemäß der Erfindung zugleich mit dem Drehzahlregler die Erregung des Generators
vollkommen unabhängig von dessen selbsttätiger Regelung in ganz bestimmter Weise
verändert wird, ist. es möglich, der eingestellten Drehzahl jeü#eils auch einet,
ganz bestimmten Wert des Generatordrehmomentes zuzuordnen. Es kann sich daher nur
Gleichgewicht einstellen, wenn das Drehmoment der Wärmekraftmaschine (durch Verstellung
der Brennstoffklappe durch den Fliehkraftregler) auf denselben Wert gebracht wird,
den das Generatordrehinoment hat. Damit hat man es aber in der Hand, jeder Drehzahl
zugleich mit deren Einstellung jenes Drehmoment zuzuordnen, bei dem sich der geringste
spezifische Brennstoffverbrauch ergibt.
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Die Erfindung ermöglicht aber nicht nur, bei der Einstellung der Teilleistungen
durch den Fahrzeugführer zwangsläufig gleichzeitig auch den jeweils günstigsten
spezifischen Brennstoffverbrauch einzustellen, sondern bewirkt zugleich auch dann
eine Anpassung des Brennstoffverbrauchs an die veränderte Leistung in günstigster
Weise, wenn die Leistung sich aus irgendeinem Grund (z. B. durch Ausfall der Hilfsbetriebe)
von selbst ändert. Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die erfindungsgemäße
Einrichtung nicht zuläßt, daß die Wärmekraftmaschine bei Entlastung ihre Drehzahl
und damit ihre Leistung erhöht, sondern im Gegenteil Leistung und Drehmoment der
Wärmekraftmaschine auf jene Werte heruntergesetzt werden, die dein Ausfall an Belastung
entsprechen. Dadurch wird erreicht, daß auch in diesem Fall mit dem denkbar günstigsten
Brennstoffverbrauch gearbeitet wird. In allen Fällen, ob nun die Leistung durch
den Führer oder von selbst verändert wird, gewährt daher die erfindungsgemäße Anordnung
zwangsläufig beste Brennstoffausnützung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Zeichnung. cx ist
die Wärmekraftinaschine des Fahrzeuges (z. B. ein Dieselmotor, Turbine o. dgl.),
b ist der von dieser angetriebene Generator, c ein Generator für die Hilfsbetriebe,
d ist ein Drehzahlregler, der durch den Hilfsmotor e auf eine gewünschte konstant
zu haltende Drehzahl eingestellt wird (z. B. durch Veränderung seiner Federbelastung).
Der Hilfsmotor e wird über die Leitung f1 (für Aufwärtsregeln) bzw, f, für Abwärtsregeln),
die ihren Strom aus dem Hilfsgenerator c erhalten, von der Steuerwalze g vom Führerstand
gesteuert. Die den Leitungen f, und f2 gemeinsame Rückleitung ist f4. Erst der Regler
d verstellt also in Abhängigkeit von seiner Einstellung das Ventil h in der
Zuleitung i der Kraftmaschine a.
Dadurch wird sowohl bei Leerlauf der
Kraftmaschine
als auch beim Anlaufen des Fahrzeuges und während
des Laufs desselben die zugeführte Kraftmittelmenge dem jeweiligen Kraftbedarf angepaßt
und wirtschaftlichster Verbrauch des Treibmittels erzielt. Bei vollständigem Aufhören
des Kraftbedarfs tritt keine wesentliche Drehzahlsteigerung auf.
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. Zugleich mit der Einstellung des Drehzahlreglers d wird zweckmäßig
auch die Erregung des Hauptgenerators b und des Hilfsgenerators c geregelt. m und
za sind -die Feldwicklungen der Maschinen b und c, die von der :Maschine c gespeist
werden. r und s sind Regler, die den Wicklungen en und n vorgeschaltet sind. Diese
Regler werden gleichfalls von dem Hilfsmotor e gesteuert. Durch diese gleichzeitige
Regelung der Erregung des Generators b kann dessen Charakteristik der Charakteristik
der Wärmekraftmaschine bei der jeweils eingestellten Drehzahl angepaßt werden. Durch
die Regelung der Erregung des Hilfsgenerators c auf die gleiche Weise ergibt sich
für diesen .ein wesentlich kleinerer selbsttätiger Regler.
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Die Erregung in des Hauptgenerators ist in der Aus-Stellung der Fahrtwalze
g bei unterbrochener Leitung f, ausgeschaltet, der Hilfsgenerator c hat dagegen
bereits seine volle Spannung. Zweckmäßig wird auf den ersten Fahrtstufen zunächst
nur die Erregung des Hauptgenerators b eingeschaltet und nach und nach verstärkt
und erst dann die Drehzahl der Kraftmaschine auf den nächsthöheren Wert eingestellt.
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Mit Vorteil kann die Übertragung zwischen Führerstand und Drehzahlregler
eine solche Zeitverzögerung haben, daß die Wärmekraftmaschine in ihrem Drehzahlanstieg
zeitlich unmittelbar - der Drehzahleinstellung des Reglers folgt. Hierzu kann z.
B. zwischen dem Hilfsmotor c und dem Drehzahlregler d ein vom ersteren mit großer
Übersetzung angetriebenes Zwischenglied angeordnet sein, das erst nach Zurücklegen
eines gewissen Weges die jeweilige Einstellung des Drehzahlreglers bewirkt, so daß
dieser diese Einstellung nicht wesentlich früher erreicht, als die Kraftmaschine
auf die entsprechende Drehzahl hochläuft. Zweckmäßig kann auch noch ein Stromwächter
t im- Stromkreis des Hauptgenerators b angeordnet sein, der bei Auftreten :eines
übermäßigen Stromes .die Einstellübertragung zwischen Führerstand und Drehzahlregler
(an den Kontakten und der Leitung f1.) außer Tätigkeit setzt und erst wieder bei
Stromrückgang (durch Schließen dieser Kontakte) wirksam werden läßt, so daß inzwischen
der Regler d in der ursprünglichen Lage vor Ansprechen des Stromwächters geblieben
ist. Hierdurch wird ein vollkommen selbsttätiges, schnelles und gesichertes Anfahren
erreicht, denn man braucht hierbei lediglich die Steuerwalze g auf die gewünschte
Enddrehzahl einzustellen.
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Zwecks raschen Stillsetzens des Fahrzeuges kann die Zeitverzögerung
in der Übertragung zwischen Führerstand und Drehzahlregler beim Abwärtsregeln aufgehoben
oder verkleinert sein, in dem z. B. bei elektrischer Übertragung das Feld des Hilfsmotors
geschwächt oder der Hilfsmotor mön der Einstellvorrichtung am Regler d abgetrennt
und dieser (z. B. durch Federwirkung) in seine tiefste Einstellung gebracht wird..
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Fahrzeugantriebe, bei denen zugleich mit der Einstellung des Drehzahlreglers
die Erregung eines neben dem Hauptgenerator vorhandenen Hilfsgenerators gesteuert
wird, lassen sich noch auf vorteilhafte Weise verbessern, und zwar dadurch, daß
man den Hilfsgenerator mit zwei Erregerwicklungen versieht, von denen die Erregung
der einen mit der Einstellung des Drehzahlreglers, und die andere durch einen selbsttätigen
elektrischen Regler geregelt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. z der Zeichnung. c ist der
Hilfsgenerator. q ist die eine Erregerwicklung, deren Erregung durch den mit der
(nicht gezeichneten) Drehzahleinstellvorrichtung verbundenen Reglers s gesteuert
wird; o ist die zweite Erregerwicklung, deren Erregung durch den selbsttätigen-Regler
p geregelt wird. fieser Regler hat eine Spannungswicklung v und zweckmäßig !eine
Stromwicklung w, die vom Ankerstrom :des Hilfsgenerators durchgossen wird.
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Dadurch, daß für die selbsttätige Regelung eine eigene Erregerwicklung
angeordnet ist, wird erreicht, daß ein und derselben Einstellung .des selbsttätigen
Reglers p immer dieselbe Amperewindungszahl entspricht, unabhängig davon,. welcher
Widerstandswert von dem mit der Drehzahleinstellvorrichtung verbundenen Reglers
s eingestellt ist. Hierdurch wird eine weitere Verkleinerung des selbsttätigen Reglers
erzielt bzw, kann ein Regler verwendet werden, wie er für Zugbeleuchtungsanlagen
üblich ist.
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Durch .die Wicklung w auf dem Regler p wird der Ankerstrom des Hilfsgenerators
auf einen bestimmten Höchstwert begrenzt. Speist der Generator c z. B. eine Batterie,
so wird man zweckmäßig diesen Höchstwert gleich dem zulässigen Höchstladestrom der
Batterie einstellen. Bei zunehmender Ladung der Batterie wird dann der Ladestrom
selbsttätig herabgesetzt.
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Um. zu verhindern, daß bei raschem Rückstellen der Drehzahleinstellvorrichtung
und der-mit ihr verbundenen elektrischen Regelvorrichtung-für den Hilfsgenerator
die Span=
nun- desselben übermäßig erhöht wird, sind nach einer
weiteren Erfindung die Drehzahleinstellvorrichtung und die elektrische Regelvorrichtung
für den Hilfsgenerator (Steuerwalze o. dgl.) nur in der einen den Aufwärtsregeln
(Steigern der Drehzahl) entsprechenden Drehrichtung durch eine starre, in der anderen.
dem Alnvärtsregeln (Verringern der Drehzahl) entsprechenden Drehrichtung aber durch
eine nachgiebige Kupplung verbunden, so daß bei Abwärtsregeln die Regelvorrichtung
des Generators gegenüber der Drehzahleinstellv orrichtung zurückbleiben kann, daß
also z. B. der Regelwiderstand in derselben Zeit verkleinert wird, in der die Drehzahl
sinkt und eine wesentliche Spannungserhöhung nicht auftritt.
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Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3 der Zeichnung.
i ist z. B. eine mit der Drehzahleinstellvorrichtung verbundene Scheibe, der Teile
ist mit der Steuerwalze (Regelvorrichtung) für den Hilfsgenerator verbunden, die
Scheibe i hat einen M itneltmer 3, die Scheibe 2 einen Mitnehmer 4. Dreht sich die
Scheibe i im Gegenuhrzeigersinn, welcher Drehvorrichtung ein Steigern der Drehzahl
entsprechen soll, so sind die Teile i und 2 durch die Mitnehmer 3 und 4 starr gekuppelt.
In der anderen Drehrichtung sind die beiden Teile durch die Feder 5 verbunden. Der
Teil 2 kann also gegenüber dem Teil i zurückbleiben; er wird bei einer Drehung der
Scheibe i nachgeschleppt.
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Vorteilhaft kann auch noch eine Haltevorrichtung vorgesehen sein.
Z. B. kann die Scheibe 2 eine Verzahnung 6 haben, in die ein Daumenhebel ? eingreifen
kann. Der Daumenhebel ? steht einerseits unter dem Einfluß einer Feder B. andererseits
unter der Wirkung der Spule c), die z. B. vom Strom des Hilfsgenerators durchflossen
wird. Bei übermäßig werdendem Strom wird der Hebel nach rechts gezogen und hält
durch Eingriff in die Verzahnung 6 die Scheibe :2 fest. Bei Rückgang des Stromes
auf einen vorgeschriebenen zulässigen Wert gibt der Hebel die Scheibe 2 wieder frei,
und diese kann der Drehzahleinstellvorrichtung folgen.
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Um ein entsprechendes Nacheilen der Steuerwalze gegenüber der Drehzahleinstellvorrichtung
zu erzielen, kann die Steuerwalze mit einer Hemmvorrichtung, z. B. einem Flügelrad,
versehen sein, das beim Abwärtsregeln das Zurückbleiben der Steuerwalze gegenüber
der Drehzahleinstellvorrichtung bewirkt.
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In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit
selbsttätig auf bestimmten Werten gehalten wird, so daß der Führer des Fahrzeuges
der ständigen Beobachtung der Fahrzeuggeschwindigkeit enthoben ist. In einer Einrichtung
nach Abb. i wird dies dadurch erreicht, daß die Drehzahleinstellung des Drehzahlreglers
der Wärmekraftmaschine in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert
wird. Vorteilhaft wird hierbei der Einstellmotor für den Drehzahlregler mittels
einer in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit angetriebenen Hilfsdynamo
(Tachometerdynamo) gesteuert. Die selbsttätige Einstellung des Drehzahlreglers kann
für sich allein vorgesehen sein, oder es kann daneben auch noch eine Einstellung
vom Führerstand aus möglich sein.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig.4 der Zeichnung. 1o ist der Hilfsmotor,
der zum Einstellen der Drehzahl am Drehzahlregler dient. i i ist eine Hilfsdvtiamo,
die z. B. von einer Fahrzeugachse angetrieben ist und eine der Fahrzeuggeschwindigkeit
proportionale Spannung erzeugt. 12 ist ein Relais, dessen Erregerwicklung 13 von
der Hilfsdynamo i i gespeist wird. Dieses Relais hat in jeder seiner beiden Endstellungen
ein Kontaktpaar 1.4, 15 bzw. 16, 17. 18 ist eine Batterie, die einerseits
die Erregerwicklung i9 der Hilfsdvnamo und andererseits über die Kontakte des Relais
den Einstellmotor io des Drehzahlreglers speist. Der Einstellmotor hat zwei Erregerwicklungen
20, 21, von denen immer nur eine eingeschaltet wird und die je ein entgegengesetztes
Feld erzeugen. Bei Schließen der Kontakte 14, 15 des Relais wird der Motor. io über
seine Erregerwicklung 2o, bei Schließen der Kontakte 16, 17 über die Erregerwicklung
21 an die Batterie angeschlossen. Er dreht sich daher in beiden Fällen in verschiedener
Richtung. Bei richtiger Fahrgeschwindigkeit ist der bewegliche Kontakt des Relais
12 in seiner Mittelstellung und der Hilfsmotor i i ausgeschaltet.
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Überschreitet z. B. aus irgendeinem Grunde die Fahrzeuggeschwindigkeit
den einzuhaltenden Wert, so wird das Relais durch die Spule 13 stärker erregt, die
Kontakte 14, 15 des Relais 12 werden geschlossen, und der Hilfsmotor erhält über
seine Erregerwicklung Strom. Er dreht sich dann in einer Richtung und stellt den
Drehzahlregler der Wärmekraftmaschine auf eine niedrige Drehzahl -ein. Der Drehzahlregler
beeinflußt seinerseits wieder die Kraftmittelzufuhr und stellt eine geringere, der
gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechende Leistung der Antriebsmaschine
ein.
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Sinkt dagegen die Fahrzeuggeschwindigkeit unter ein gewisses Maß,
so werden die Kontakte 16, 17 des Relais 12 geschlossen, und der Motor erhält,über
seine Erregerwicklung 21 Strom. Er dreht sich dann in der anderen Richtung, und
der Drehzahlregler wird auf höhere Drehzahl eingestellt.
Um die
von der Anordnung selbsttätig einzustellende Fahrzeuggeschwindigkeit nach Bedarf
verändern zu können, kann vorteilhaft ein regelbarer Widerstand 22 im Erregerkreis
der Tachozneterdynamo i i oder im Erregerkreis des Relais 12 eingeschaltet sein.
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Zweckmäßig wird. das Relais mit einer Dämpfung versehen, um ein ständiges
Auf-und Abwärtspendeln des beweglichen Kontaktes des Relais zu verhindern. Z. B.
kann eine Feder 23 mit geeigneter Charakteristik vorgesehen sein, die bewirkt, daß
der bewegliche Relaiskontakt innerhalb eines gewissen Erregungsbereiches zwischen
seinen Endstellungen schweben bleibt.
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Das Einstellen des Drehzahlregfers auf höhere Drehzahl kann beliebig
rasch erfolgen, cla ein allfälliger zu starker Leistungsanstieg durch den vorgesehenen
Stromwächter verhütet wird. Dagegen wird es meist nötig sein, die Bewegung der Drehzahleinstellvorrichtung
am Drehzahlregler bei Einstellen auf kleinere Drehzahl zu verzögern, so daß die
Kraftmaschine die nächstniedere Drehzahl erreichen kann, bevor der Regler auf die
zweitnächste eingestellt wird, da sonst eine zu weit gehende Absenkung der Drehzahl
an der Kraftmaschine stattfinden könnte. Diese Verzögerung kann dadurch bewirkt
werden, daß z. B. ein Widerstand z¢ in den einen Stromkreis des Motors gelegt ist.
Es könnte auch eine Bremse für den Motor vorgesehen sein, die z. B. durch den über
die Kontakte 1q., 15 führenden Motorstromkreis zum Ansprechen gebracht wird.
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Die Anordnung könnte auch so getroffen werden, daß das Relais 12 nicht
selbst die Stromkreise des Motors io schließt, sondern -daß hierdurch entsprechende
Schützen erregt werden, die ihrerseits den einen oder anderen Motorstromkreis schließen.