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Brennkraftelektrischer Fahrzeugantrieb Die Regelung der Leistung eines
durch eine V erbrennungskraftmaschine angetriebenen- Generators auf Fahrzeugen erfolgt
bekanntlich so, daß die Nennleistung der Verbrennungskraftmaschine im ganzen Arbeitsbereich
des Generators möglichst voll 'ausgenutzt wird. Hierzu ist es erforderlich, die
Spannung des Generators in Abhängigkeit von dem an die Fahrmotoren gelieferten Strom
so zu regeln, daß .die Spannung, abhängig vom Strom, einen hyperbelähnlichen Verlauf
zeigt. Durch den veränderlichen Wirkungsgrad des Generators wird die Spannungskennlinie
von der Hyperbel abweichen, jedoch bleibt der Charakter der Übertragung bestehen.
Dies gilt unter der Voraussetzung einer gleichbleibendenAntrieb;sdrehzahl. Wird
die Drehzahl der Antriebsmaschine verkleinert oder vergrößert, so muß auch die Leistungsabgabe
des angetriebenen Generators im Arbeitsbereich verkleinert oder vergrößert werden.
Grundsätzlich arbeiten jedoch sämtliche Übertragungen so, daß die Drehzahl der antreibenden
Wärmekraftmaschine auf einer bestimmten Leistungsstufe praktisch gleichgehalten
wird. Dies geschieht durch einen Fliehkraftregler, der auf die Brennstoffzufuhr
einwirkt.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist teils durch sog. K.ennliniensteuerungen
und teils durch unmittelbare oder mittelbare Beeinflussung des Generatorfeldes über
den FliebkraftregIer erfolgt. Die Kennliniensteuerungen verlangen durchweg einen
schwach gesättigten Generator, damit die Anpassung der Stromkennlinie an die eingestellte
Antriebsleistung selbsttätig unter Zuhilfenahme der magnetischen Eigenschaften des
Generators erfolgen kann. Man bat zu diesem Zweck die Generatoren mit einer Gegenverbundwicklung
versehen, die bereits weitgehend die Spannungskennlinie einer Hyperbel ähnlich macht.
Die genaue Anpassung an die Hyperbel ist mit einer derartigen Steuerung jedoch nur
näherungsweise möglich und erfordert immer eine gewisse Drehzahlschwankung der
Antriebskraftmaschine.
Durch die starke Drehzahlempfindlichkeit der Spannung des Generators sinkt oder
steigt die Generatorleistung mit geringen Drehzahlschwankungen der Antriebsmaschine
bereits so stark, daß nur kleine Drehzahlschwankungen der Antriebsmaschine in Kauf
genommen werden müssen. Diese wirken sich jedoch im Arbeitsbereich so aus, daß die
Leistung mit der Drehzahl etwas absinkt.
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Die Spannungskennlinie stellt sich jedoch hier selbsttätig ohne Zuhilfenahme
von weiteren Regeleinrichtungen ein. Es wird nur für die einzelnen Drehzahlstufen
derAntriebsmaschine eine passende Erregung des Generators eingestellt. Nachteile
einer derartigen Übertragung sind der verhältnismäßig große Generator sowie die
Temperaturempfindlichkeit der Selbstregelung.
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Man hat ferner Steuerungen entwickelt, bei denen der Generator bereits
durch eine liyperbelähnliche Spannung erregt wird, welche durch Einwirkung des Generatorstromes
auf das Erregermaschinenfeld zustande kommt. Außerdem hat man besondere Erregermaschinen
vorgeschlagen, die nach dem Spaltpolprinzip arbeiten und eine vorher genau zu bestimmende
Spannungskennlinie aufweisen müssen. Mit derartigen Steuerungen ist es möglich,
die Generatorleistung im Arbeitsbereich ohne Drehzahldrückung der Antriebsmaschine
voll auszunutzen. Die Nachteile derartiger Steuerungen sind die gleichen, wie vorher
beschrieben.
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Es wurden außerdem Steuerungen entwickelt, bei denen die Einstellung
des Generatorfeldes auf einer festen Drehzahlstufe der Alitriebsmaschine durch den
Drehzahlregler über Zwischenregler erfolgt. Beispielsweise hat man für die Beeinflussung
des Feldreglers des Generators durch den Drehzahlregler ölgesteuerte Zwischenregler
verwendet. Die Anordnung ist in diesem Fall so getroffen, daß zunächst eine Einstellung
der Grunddrehzahl der Antriebsmaschine durch Verstellung der Federkraft des Fliehkraftreglers
erfolgt. Hierdurch wird die Brennstoffzufuhr der Antriebsmaschine eingestellt und
gleichzeitig über einen Servoregler eine Grundeinstellung des Generatorfeldes mittels
veränderlichen Widerstandes vorgenommen. Sobald die Nenndrehzahl der Antriebsmaschine
durch Belastungsschwankungen imGenerator sich verändert, wirkt der Fliehkraftregler
mittelbar über einen Zwischenregler auf den veränderlichen Widerstand des Generatorfeldes
in dem Sinne ein, daß bei Entlastungen, also steigender Antriebsdrehzahl, der Feldwiderstand
verringert und umgekehrt bei steigender Belastung der Feldwiderstand vergrößert
wird. Eine derartige Steuerung benötigt keinen schwachgesättigten Generator und
ist auch nicht temperaturabhängig, da auch Temperaturschwankungen im Generator über
die sofort einsetzende Leistungsveränderung eine Regelung des Generatorfeldes über
den Drehzahlregler und den Zwischenregler bewirken.
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Die vorliegende Erfindung geht von einer derartigen Steuerung aus.
Ihr liegt die Aufgabe zugrunde den Nachteil der bekannten ölhydraulischen Übertragung
der Drehzahlschwankungen des Drehzahlreglers auf das Generatorfeld zu vermeiden.
Dieser besteht vor allen Dingen darin, daß der erforderliche elektrische Widerstandsregler
in uniittelbarer Nähe der Antriebskraftmaschine aufzustellen ist, da sonst die Ölleitungen
eine zu große Länge bekommen würden. Hierdurch ist jedoch die Unterbringung. und
auch die Wartung der unmittelbar mit der Antriebsmaschine zusammenzubauenden elektrischen
Teile schwierig.
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Erfindungsgemäß soll die Übertragung der Bewegungen des Drehzahlreglers
der Antriebskraftmaschine auf den Feldregler des Hauptgenerators mittels lichtelektrischer
Zellen in Verbindung mit einer an sich bekannten '\'erstärkereinrichtung und einem
für wechselnde Drehrichtung eingerichteten Motor erfolgen.
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Lichtelektrische Zellen sind für die Steuerung elektrischerApparate
schon auf den verschiedensten Arbeitsgebieten b; kanntgeworden. Zur Regelung eines
zum Antrieb von elektrischen Fahrzeugen dienenden Verbrennungsmotors auf konstante
Leistungsabgabe hat man liclitelal:trische Zellen jedoch 1:0c11 nicht benutzt, trotzdem
damit ein erheblicher technischer Fortschritt verbunden ist, der im nachstehenden
kurz erläutert wird.
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Der mit lichtelektrischen Zellen Steuerapparat nach der Erfindung
hat den großen Vorteil, daß er klein ist und an jeder beliebigen Verbrennungskraftinaschine
in irgendeine Verbindung mit der Brennstoffzufuhr gebracht werden kann. Die mechanische
Verbindung mit der Drehzahlverstelleinrichtung kann weiterhin durch eine elektrische
@Nnordnung ersetzt werden. Es ist nun möglich, den von dem Betätigungsorgan (lichtelektrische
Zellen) gesteuerten Feldregler des Generators an einer beliebigen Stelle im Fahrzeug
unterzubringen, so daß auch nur wenige Leitungen am Dieselmotor selbst erforderlich
sin d. Der Kraftbedarf eines derartigen Regelorgans mit lichtelektrischen Zellen
ist verschwindend klein, so daß auch ein beliebiger Feldregler imstande ist, diese
Kräfte aufzubringen. Ein vorn Öldruck betätigter und von der Reglermuffe gesteuerter
Servoregler benötigt dagegen immerhin einige Kraft, die
nicht von
allen Verbrennungskraftmaschinen, beispielsweise von solchen, die nur einen Federregler
aufweisen, aufgebracht werden kann. Hier bringt die Anwendung von lichtelektrischen
Zellen einen erheblichen Fortschritt mit sich. Schaltleistungen brauchen außerdem
bei der erfindungsgemäßen Einrichtung überhaupt nicht bewältigt zu werden, da die
lichtelektrischen Zellen nur Bruchteile von mA Strom führen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist in der Zeichnung
veranschaulicht. Darin stellt Sch einen Schieber mit einem Ausschnitt L1
dar. Dieser Schieberausschn.itt läßt das Licht einer Lichtquelle L0, je nachdem,
ob er sich nach rechts oder links aus der gezeichneten Stellung bewegt, auf je eine
Photozelle Pzl oder Pz2 fallen. Die Bewegungen des Schiebers werden vom BrennstoffreguliergestängeB
Gder Antriebsmaschine mittels der im Punkt a angreifenden Stange St gesteuert. Außerdem
ist es noch möglich, den auf einer Drehzahlstufe fest eingestellten festen Drehpunkt
A bei Änderung der Leistungsstufe ,des Antriebsmotors nach rechts oder links zu
verschieben. Einer bestimmten Leistung der Antriebskraftmaschine entspricht bei
gleichbleibender Drehzahl eine bestimmte Lage des Punktes a und damit eine bestimmte
Füllung der Antriebskraftmaschine. Wird diese durch irgendwelche Einflüsse ent-
oder belastet, so spricht der FliehkraftreglerFR an und bewegt die Muffe c auf-
oder abwärts, wodurch der Servoregler SR in Tätigkeit tritt und das Brennstoffgestänge
auf kleinere oder größere Füllung einstellt. Damit würde jedoch die Last auf einer
festen Stufe schwanken, und zwar in dem Maße, als der Drehzahlversteller in der
Lage ist, mittels der in ihm herbeigeführten Drehzahlschwankungen die Füllung der
Kraftmaschine auszuregeln. Die anfangs erwähmten zwei Photozellen betätigen nunmehr
bei einer Bewegung des Schiebers Sch und der dadurch eintretenden Beleuchtung die
gasgefüllten Entladungsröhren T1 oder T2. Hierdurch wird zunächst das Feld f1 oder
f2 eines mit dem Feldregler des Generators gekuppelten Motors m erregt. Dadurch
wird eine Spule des Schützes S -entweder S1 oder S2 - zum Ansprechen gebracht und
der Anker des Motors m an die Batterie B angeschlossen. Der Motor dreht sich in
einer bestimmten Richtung und verstellt den Feldwiderstand W im Erregerstromkreis
des Hauptgenerators bei Entlastung der Antriebsmaschine auf größere Belastung, und
umgekehrt. Sobald jedoch die Ent- oder Belastung einsetzt, wird sich auch über den
Fliehkraftregler FR und über das Brennstoffgestänge die richtige Füllung der Antriebsmaschine
einstellen. Hierdurch wandert der Punkt a wieder in seine ursprüngliche Stellung
zurück, und die jeweils in Betrieb befindliche Photozelle wird vom Lichtstrom durch
den Schieber Sch wieder abgesperrt. Da die Felder des Motors m über einen mit dem
Anker gekuppelten Unterbrecher u an die Batterie angeschlossen sind, wird im Falle
des Unterbrechens des Feldstromes die jeweils eingeschaltete gasgefüllte Entladungsröhre
erlöschen und der Regelvorgang zum Stillstand kommen.
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Da es möglich ist, daß der Unterbrecher u bei der Anlaufstellung gerade
den Feldstrom unterbricht und somit ein Einschalten des Motors ,».z nicht möglich
wäre, wurde der Unterbrecher u in - der Nullstellung des Schützes S durch Hilfskontakte
überbrückt. Auf diese Weise ist in jedem Falle das sofortige Ansprechen des Motors
ermöglicht. Die Betätigung der gasgefüllten Entladungsröhren. erfolgt dadurch, daß
die belichtete Photozelle von der Kathode der Röhre über den Widerstand R und die
Vorspannungsbatterie b einen Strom fließen läßt, wodurch die Sperrspannung des Gitters
der gasgefüllten Entladungsröhre erheblich verringert wird. Die Röhre kann dann
ansprechen. An Stelle der gasgefüllten Entladungsröhren können auch gewöhnliche
Elektronenröhren verwendet werden, die bei hoher Gittervorspannung den Anodenstrom
so stark drosseln, daß das Schütz S nicht ansprechen kann. Bei Verwendung dieser
Röhren wird der Unterbrecher u entbehrlich.
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Die Leistung der AntriebSkraftmaSChine wird durch den Fahrschalter
F und die Kontrollwalze K eingestellt. je nachdem, ob der Fahrschalter F in der
einen oder anderen Richtung bewegt wird, schaltet die Auf- oder Abspule des Relais
Rl einen nie Kontroll-,v al.ze k antreibenden Verstellmotor DM in der einen
oder anderen Drehrichtung ein. Hierdurch wird unter Vermittlung des Getriebes
T die Muffe 21 des Drehzahlreglers FR aufwärts oder abwärts bewegt, wodurch
die Federspannung des Reglers FR verkleinert oder vergrößert wird. Über ,den Servoregler
SR und das Brennstoffgestänge BG erfolgt dann die Einstellung des Füllungsventils
Dr der Antriebsmaschine. Da somit jede Füllung der Antriebsmaschine entsprechend
der eingestellten Stufe des Fahrschalters F einer anderen Lage des Punktes a entspricht,
würde der Schieber Sch bei Verstellung auf eine andere Stufe in einer falschen
Lage stehen. Dies wird dadurch berichtigt, daß auch der Drehpunkt A bei Verstellung
der Stufen mitverstellt wird. In dem dargestellten Beispiel erfolgt die Verstellung
über die Spindel Sr und die Muffe My durch den Verstellmotor EM, der mit
dem Verstellmotor der Reglerfeder elektrisch parallel
geschaltet
ist. Um jedoch die Einstellung des Punktes A entsprechend der gewünschten Leistung
auf jeder Stufe verändern zu können, ist der Motoranker E17 über einstellbare Widerstände
äuf jeder Stufe durch die Hilfsschaltwalze Sä parallel zu dem Verstellmotor DAT
angeschlossen. Hierdurch wird erreicht, daß die Drehzahl des Motors EIl,1 im Verhältnis
zu der Drehzahl' des Motors D117 anders eingestellt werden kann. Da beide Motoren
beim Verstellen von einer Stufe auf die andere gleich lange im Betrieb sind, kann
der Drehpunkt A nach Wunsch eingestellt werden. Hiermit wird der Regelbereich des
Schiebers Sch verstellt und auch die Beleuchtung einer Zelle verschieden
lange andauern, wodurch wiederum der Feldregler bei Verstellung einer Drehzahlstufe
weiter oder weniger weit verstellt wird. Auf diese Weise wird jedoch die vom Generator
verlangte Leistung wunschgemäß eingestellt. Auf der festen Drehzahlstufe setzt dann
die Regelarbeit bei Ent- oder Belastungen der Antriebskraftmaschine weiter ein.
Dadurch wird die eingestellte Leistung gleichgehalten.
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Am Verbrennungsmotor ist nur die Schiebereinrichtung Scla mit der
Lichtquelle und den Photozellen sowie die Verstelleinrichtung für den Angriffspunkt
A anzubringen. Die sämtlichen elektrischen Apparate können jedoch an geeigneter
Stelle abseits von der Antriebsmaschine günstig untergebracht werden.