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Die Erfindung betrifft den Automobilbereich und insbesondere mit
Hilfe elektrischer Energie angetriebene Landkraftfahrzeuge.
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Im engeren Sinne betrifft die Erfindung die zur Bewegung des
Fahrzeugs erforderliche elektrische Antriebsvorrichtung mit einer
Unterbaugruppe zur elektrischen Motorisierung, welche durch eine
Unterbaugruppe zur Versorgung mit elektrischer
Gleichstromenergie mit Gleichstrom gespeist und durch eine
Steuerungsunterbaugruppe mit elektrischer Regulierung geregelt über ein Getriebe,
eine Kupplung und eine nachgeschaltete Kraftübertragungeinheit
mit dem Fahrwerk verbunden ist.
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Bei der Entwicklung der elektrischen Antriebsvorrichtung für
Kraftfahrzeuge war der Anmelder nämlich auf die Beibehaltung der
Flexibilität im Fahrverhalten von zuvor mit einem
Verbrennungsmotor ausgerüsteten Fahrzeugen bedacht, indem insbesondere
das Ggetriebe, die Kupplung und die nachgeschaltete
Kraftübertragungseinheit übernommen werden. Somit ist es aus
offensichtlichen Rentabilitätsgründen einfach die erfindungsgemäße
Unterbaugruppe zur elektrischen Motorisierung in den Herstellungsweg
herkömmlicher Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor
einzugliedern, da dieser einfach durch eine Unterbaugruppe zur
elektrischen Motorisierung ersetzt wird, auf deren Vorteile (leiser
Betrieb, geringer Energieverbrauch, leichte Wartung, keine
Umweltverschmutzung usw.) beim Ersatz eines Verbrennungsmotors
hier aus offensichtlichen Gründen, da bereits seit Jahrzehnten von
den Verkehrsteilnehmern und der staatlichen Verwaltung erörtert,
nicht näher eingegangen wird.
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Der autonome elektrische Kraftfahrzeugantrieb leidet bis zum
heutigen Tage an mehreren Problemen, unter anderem
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- einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit und
Antriebsleistung,
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- einer unzureichenden massenbezogenen Energie der Batterien,
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- einem sehr geringen Betriebsaktionsradius,
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- usw.
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Im amerikanischen Patent Nr. 3,736,482 wird eine elektrische
Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, die eine Unterbaugruppe zur
elektrischen Motorisierung umfaßt, welche insbesondere aus
einem sogenannten "Kompound"motor mit einer
Reihenerregerwicklung und einer Parallelerregerwicklung besteht, die beide
zwischen einer elektrisch geregelten Steuerungsunterbaugruppe mit
zwei in den Zuleitungen zu der Reihenerregerwicklung und zu der
Parallelerregerwicklung angeordneten Rheostaten und einer
Unterbaugruppe zur Versorgung mit elektrischer Gleichstromenergie
angeschlossen sind, die aus in Reihe geschalteten Akkumulatoren
bestehen kann. Eine derartige Vorrichtung nutzt in bekannter
Weise die Vorteile des "Kompound"motors, denn sie gestattet in
den Phasen Start, Beschleunigung,
Geschwindigkeitsherabsetzung, Abbremsung und Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges über
die gekoppelte Anpassung der Magnetfelder, die der Stator über
die zwei in Reihe und parallel geschalteten Erregerwicklungen
erzeugt, die progressive Anpassung des Motormomentes an die
Läuferdrehzahl.
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Das deutsche Patent Nr.27 27 041 schlägt einen
Kompound"motor vor, dessen Reihenerregerwicklung über eine Diode
gesteuert wird, die in der Zuleitung zu dieser Wicklung parallel zum
Rheostat angeordnet ist. Die Anordnung dieser Diode und des
Rheostat ermöglichen die Herbeiführung eines Spannungsabfalls,
um eine flexible und progressive Änderung der Läuferdrehzahl zu
bewirken, die insbesondere beim Start des Fahrzeuges notwendig
ist.
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Der Anmelder hat demnach Untersuchungen durchgeführt, die auf
zwei fundamentalen Prinzipien basieren: die einfache
Durchführbarkeit und der Betriebsaktionsradius zwecks Verwendbarkeit in
jedem Kraftfahrzeug. Seine Untersuchungen beruhen insbesondere
in der neuartigen Gestaltung einer Steuerungsunterbaugruppe mit
elektrischer Regulierung der elektrischen Antriebsvorrichtung zum
Antrieb eines Kraftfahrzeuges, die mit einer Unterbaugruppe zur
elektrischen Motorisierung ausgeführt ist, welche über eine an
sich bekannte mechanische Gestaltung mit Getriebe, Kupplung
und nachgeschalteter Kraftübertragungseinheit mit dem Fahrwerk
verbunden ist.
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Ausgehend von der Feststellung, daß bei Beginn einer Talfahrt,
einer Geschwindigkeitsverminderung oder einer Abbremsung des
Fahrzeugs und unabhängig von der Läuferdrehzahl die
Verwendung eines "Kompound"motors in der elektrischen
Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs den großen Vorteil aufweist, daß
eine gegenelektromotorische Kraft geliefert wird, wenn derselbe
Motor als Stromgenerator arbeitet, hat er im Hinblick auf eine
Verbesserung des Betriebsaktionsradius die automatische
Gleichstromaufladung der Akkumulatoren der Unterbaugruppe zur
Gleichstromversorgung in Betracht gezogen.
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Gemäß der Erfindung ist die Steuerungsunterbaugruppe mit
elektrischer Regulierung, die
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- einen ersten regelbaren Rheostat, der in den
Speisestromkreis der Reihenerregerwicklung der Unterbaugruppe zur
Motorisierung eingebaut ist, wodurch die Spannung an den
Klemmen dieser Wicklung zum Abfallen gebracht wird, um
die Drehgeschwindigkeit des Motorläufers für das Anfahren
zu modulieren,
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- und einen zweiten regelbaren Rheostat aufweist, der in den
Speisestromkreis der Parallelerregerwicklung der
Unterbaugruppe zur Motorisierung eingebaut ist, um die Intensität des
Magnetfeldes in dieser Wicklung mit dem Ziel zu variieren,
das Motormoment und die Geschwindigkeit des Motorläufers
nach dem Anfahren zu modulieren,
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dahingehend ausgezeichnet, daß die oben erwähnte
Steuerungsunterbaugruppe mit elektrischer Regulierung zwei Dioden
aufweist, die "gegenparallel" angeordnet sind, wobei die erste
zwischen der Reihenerregerwicklung der Unterbaugruppe zur
Motorisierung und dem ersten Rheostat angeordnet und die zweite
in einem Stromkreis angeordnet ist, der parallel zu demjenigen
angeordnet ist, der aus der ersten Diode, dem ersten Rheostat und
der Reihenerregerwicklung besteht, um die beiden letztgenannten
zu überbrücken und den direkten Stromfluß des Ladestroms zu
den Akkumulatoren der Batterien der Unterbaugruppe zur
Versorgung mit elektrischer Gleichstromenergie zu ermöglichen,
sobald die Unterbaugruppe zur elektrischen Motorisierung eine
gegenelektromotorische Kraft liefert.
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Somit befindet sich eine dieser Dioden zwischen der
Reihenerregerwicklung und dem Rheostat, und die zweite Diode ist in
dem Stromkreis eingebaut, der parallel zu demjenigen angeordnet
ist, der aus der mit dem ersten Rheostat verbundenen ersten
Diode und der Reihenerregerwicklung gebildet wird, womit die
Anordnung vollkommen anders als die in dem deutschen Patent
Nr.27 27 041 beschriebene ist, wo die einzige Diode nur parallel
zur Reihenerregerwicklung angeordnet ist.
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Eine Einheit für die elektronische Ansteuerung wird in geeigneter
Weise vom Fachmann in die Steuerungsunterbaugruppe mit
elektrischer Regulierung eingesetzt, um die beiden in der
Reihenerregerwicklung und der Parallelerregerwicklung entwickelten
Momente automatisch zu regeln.
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Obwohl vorstehend die wichtigsten, als neu betrachteten Aspekte
der Erfindung angesprochen wurden, werden weitere Einzelheiten
bezüglich einer bevorzugten Ausführungsart der elektrischen
Antriebsvorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug
unter Berücksichtigung der fundamentalen Konzepte der Erfindung
bei Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und die
beigefügte Zeichnung zur Darstellung dieser Ausführungsart
besser verständlich.
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Die Abbildung in dieser Zeichnung ist die Darstellung einer
elektrischen Verschaltung für eine derartige elektrische
Antriebsvorrichtung.
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Wie in dieser Zeichnung dargestellt, ist das Schema der
elektrischen Verdrahtung einer in der Gesamtheit mit dem
Bezugszeichen 10 gekennzeichneten elektrischen Antriebsvorrichtung
dazu bestimmt, den Antrieb eines Kraftfahrzeuges zu
gewährleisten. Zu diesem Zweck umfaßt sie
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- eine Unterbaugruppe zur Versorgung mit elektrischer
Gleichstromenergie 1,
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- eine Unterbaugruppe zur elektrischen Motorisierung 2, die zur
Umwandlung der von der Unterbaugruppe zur Stromversorgung
1 gelieferten elektrischen Gleichstromenergie in mechanische
Energie vorgesehen ist, die auf das Fahrwerk des
Kraftfahrzeugs übertragen wird, und
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- eine Steuerungsunterbaugruppe 3, die zwischen der
Unterbaugruppe zur Stromversorgung 1 und der Unterbaugruppe zur
Motorisierung 2 angeordnet aus einer elektrisch regulierten
Steuerungsvorrichtung der beiden Unterbaugruppen 1 und 2
besteht.
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Die Unterbaugruppe zur Versorgung mit elektrischer
Gleichstromenergie 1 besteht insbesondere aus einer Reihe von 20 Batterien
mit 12 Volt, um an den Ausgangsklemmen eine Gleichstrom bei
240 Volt abzugeben. Die Anzahl von 20 Akkumulatorbatterien ist
vom Anmelder willkürlich gewählt worden, um beim Start an die
Unterbaugruppe zur elektrischen Motorisierung 2 die in der
Anlaufphase erforderliche Energie zu liefern und dabei der erwähnten
Unterbaugruppe in der dem Start folgenden Phase den
größtmöglichen Aktionsradius zu ermöglichen.
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Die Unterbaugruppe zur elektrischen Motorisierung 2 besteht
insbesondere aus dem Elektromotor M, der in an sich bekannter
Weise einen Läufer aufweist, dessen Abtriebswelle mit der
nachgeschalteten Kraftübertragungseinheit des Kraftfahrzeugs
verbunden ist, wobei besagter Läufer durch einen mit einer
Reihenerregerwicklung B1 und einer Parallelerregerwicklung B2
verbundenen Stator in Drehung versetzt wird, um somit als erste
erfindungsgemäße Besonderheit einen sogenannten
"Kompound"motor zu bilden. Die Reihenerregerwicklung B1 ist an ihrer
Eingangsklemme mit der Steuerungsunterbaugruppe mit elektrischer
Regulierung 3 und an ihrer Ausgangsklemme mit der
Eingangsklemme des Motors M verbunden. Die Parallelerregerwicklung B2
ist im Bereich ihrer Eingangsklemme an die
Steuerungsunterbaugruppe mit elektrischer Regulierung 3 angeschlossen, und ihre
Ausgangsklemme ist mit der Ausgangsklemme des Motors M
verbunden, wobei dessen Ausgangsklemmen beide an die
Unterbaugruppe zur elektrischen Stromversorgung 1 angeschlossen
sind.
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Erfindungsgemäß umfaßt die Steuerungsunterbaugruppe mit
elektrischer Regulierung zwei Rheostate R1 und R2, von denen
der erste zwischen die Eingangsklemme der
Reihenerregerwicklung B1 sowie die Unterbaugruppe für die Stromversorgung 1 und
der zweite zwischen die Eingangsklemme der
Parallelerregerwicklung B2 sowie die Unterbaugruppe für die Stromversorgung 1
angeschlossen ist. Der erste Rheostat R1 bezweckt insbesondere,
den Spannungsabfall an den Klemmen des Motors M zu bewirken,
um somit die Drehzahl des Läufers in der Anfahrphase des
Kraftfahrzeuges
herabzusetzen und um diesem eine weiche und
progressive Beschleunigung zu verleihen. Der zweite Rheostat R2 hat
demgegenüber zur Aufgabe, die Stärke des in der
Parallelerregerwicklung B2 erzeugten Magnetfeldes zu verändern, damit das
Moment des Motors M und die Drehzahl seines Läufers nach dem
Beginn der Startphase selbsttätig verändert werden kann.
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Eine nicht dargestellte Einheit für die elektronische Ansteuerung
ist vom Fachmann in Steuerungsunterbaugruppe mit elektrischer
Regulierung 3 leicht einsetzbar, um die automatische Verknüpfung
der Einstellungen an den Rheostaten zur Beeinflussung der
Magnetfelder in der in Reihenerregerwicklung B1 und der
Parallelerregerwicklung B2 zu erzielen und damit die Anpassung der
Momente und der Drehzahl des Läufers in Abhängigkeit von der
an der Abtriebswelle des Kraftfahrzeuges erforderlichen Kraft je
nach Fahrtgeschwindigkeit und Gefälle der Fahrstrecke zu
erreichen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Besonderheit der Erfindung
weist Steuerungsunterbaugruppe mit elektrischer Regulierung 3
zwei "gegenparallel" angeordnete Dioden D und D' auf. Die erste
Diode D ist zwischen der Reihenerregerwicklung B1 und dem
ersten Rheostat R1 angeordnet, während die zweite Diode D' in
einem Stromkreis angeordnet ist, der parallel zu dem Stromkreis
mit dem Rheostat R1, der ersten Diode D und der
Reihenerregerwicklung B1 angeordnet ist. Diese Verschaltung der beiden
gegenparallel angeordneten Dioden D und D' hat den großen Vorteil, den
Rheostat R1 und die Wicklung B1 zu überbrücken, sobald der
Motor M eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt, die dazu
bestimmt ist, an die Akkumulatoren der Batterien der
Unterbaugruppe für die Stromversorgung 1 einen Ladestrom zu liefern,
wenn der Motor unter der Einwirkung einer zusätzlichen
Trägheitskraft in den Phasen Talfahrt, Verlangsamung und Abbremsung des
Kraftfahrzeuges schneller läuft. Weiterhin Wird durch die
Überbrückung der Reihenerregerwicklung B1 während der Erzeugung
einer gegenelektromotorischen Kraft die Feldschwächung in der
erwähnten Wicklung B1 und das unkontrollierte Überdrehen des
Motors M vermieden.
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Andererseits sind die Eingänge der Rheostate R1 und R2 über
einen Schalter 1, der vom Fahrer von Hand betätigt wird,
gemeinsam an die Quelle der elektrischen Stromversorgung 1
angeschlossen, womit erreicht werden soll, daß der elektrische
Strom in der gesamten elektrischen Antriebsvorrichtung 10
einund/oder ausgeschaltet wird.
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Die Arbeitsweise der elektrischen Antriebsvorrichtung für
Kraftfahrzeuge wie vorstehend beschrieben ist wie folgt.
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In der Startphase schaltet der Fahrer mit dem Schalter 1 den
Kontakt mit Aufbau des Stromkreises, dann betätigt er den
Rheostat R1, um in der Reihenerregerwicklung B1 ein Magnetfeld zu
erzeugen, das dem Läufer eine zunehmend höhere Drehzahl
verleiht.
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Wenn der Motor M gestartet ist, betätigt er den Rheostat R2, um
die Stärke des in die Parallelerregerwicklung B2 induzierten
Magnetfeldes zu verändern, das sich selbstätig mit dem
Magnetfeld ändert, welches in der Reihenerregerwicklung B1 induziert
wird, um die Drehzahl des Läufers R zu erhöhen oder zu
erniedrigen.
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Wenn der Motor M eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt,
ermöglicht es die zweite Diode D', die Reihenerregerwicklung B1
und den ersten Rheostat R1 kurzzuschließen, so daß ein
Ladestrom direkt den Akkumulatoren der Unterbaugruppe für die
Stromversorgung 1 zugeleitet wird und diese weiterhin die für die
Eigenmodulation der Wicklungen B1 und B2 erforderliche Energie
abgibt, damit der Motor M nicht überdreht.
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Wie in der speziellen Beschreibung erwähnt, wird die
Unterbaugruppe für die Versorgung mit elektrischer Energie 1
zweckmäßigerweise mit 20 Batterien mit jeweils 12 Volt ausgerüstet,
um die für den Betrieb und den Aktionsradius der Unterbaugruppe
für die Motorisierung 2 eines Kraftfahrzeuges erforderliche Energie
zu liefern.
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Es versteht sich, daß die elektrische Antriebsvorrichtung 10
vorangehend eher im Hinblick auf eine Offenbarung als im Hinblick
auf eine Einschränkung beschrieben und dargestellt worden ist.
Natürlich können bei dem vorangehenden Beispiel verschiedene
Ausgestaltungen, Änderungen und Verbesserungen vorgesehen
sein, ohne den erfindungsgemäßen Rahmen wie durch die
Patentansprüche definiert zu verlassen.
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Zum besseren Verständnis der Zeichnung wird nachstehend eine
Auflistung der Bezugszeichen mit entsprechender Erläuterung
gegeben.
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10 elektrische Antriebsvorrichtung
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1 Unterbaugruppe für die Versorgung mit elektrischer
Energie
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2 Unterbaugruppe für die elektrische Motorisierung
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B1 Reihenerregerwicklung der Unterbaugruppe 2
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B2 Parallelerregerwicklung der Unterbaugruppe 2
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M Motor mit Stator und Läufer
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3 Steuerungsunterbaugruppe mit elektrischer
Regulierung
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R1 erster Rheostat
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R2 zweiter Rheostat
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D, D' gegenparallel angeordnete Dioden
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I Schalter.