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Mechanischer Energiespeicher für Fahrzeuge Fahrzeuge, besonders für
den Stadtverkehr, müssen häufig abgebremst und beschleunigt werden. Es ist dafür
der Einbau eines Energiespelchers in die Antriebseinrichtung neben der AntrIehsmaschine
vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil eines solchen Speichers liegt vor beim überwinden
von Steigungen. Besonders für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor kann mit einem zusätzlichen
Energegp.eicher auf kurzen. Steigungen das Schalten auf den nächsten Gang oft vermieden,
werden. Andererseits wird beim Befahren von Gefällen und beim Abbremsen des Fahrzeuges
durch das Aufladen des Speichers eine erwünschte Bremswirkung erzielt.
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Es sind bereits verschiedene Einrichtungen bekannt, die die aben geschilderten
Aufgaben eines Energiespeichers in einem Fahrzeug ganz oder teilweise lösen. Am
umfassendsten wirkt wohl das elektrische Speicherverfahren. Ein Stromerzeuger, der
von der Fahrzeugmaschine mixt angetrieben wird, schickt seine Energie meine Akkumulatarenbatterie,
die nach Bedarf Beinen Elektromotor zum Fahrzeugantrieb speist. Dieses elektrische
Speicherverfahren hat aber bei Fahrzeugen die weiter untren geschilderten Nachteile.
Ferner ist die Anwendung von Schwungmassen zum Ausgleich von B:elastungsachwankungen
der Fahrzeugmaschine bekannt. Weiterhin ist es bekannt,-die beim Bremsen vorn Fahrzeugen
frei werdende Energie zum Spannen von Federn .oder elastischen Stoffen und anschließend
wieder zum Beschleunigen des Wagens zu benutzen. Siodche Vorrichtungen lösen aber
nur eine Teilaufgabe eines Energiespeichers für Fahrzeuge. S,a z. B. kann man damit
den Speicher nicht unmittelbar von der Fahrzeugmaschine aufladen, also, ihre Leistung
auch während der Wagenstllstandzeiten ausnutzen. Das gleiche gilt für einen schon
bekannten Federspeicher, der .dem Antriebsmotor des Fahrzeuges nachgeschaltet ist
und zum begrenzten Ausgleich -der Drehzahlen von Motor und Fährzeug dient. Dieser
Speicher löst also auch. nur eine beschränkte Teil.aufgäbe.
Gemäß
vorliegender Erfindung wird zum Aufspeichern mechanischer Energie in Fahrzeugen
Gummi oder -ein sonstiger elastischer Stoff verwendet, wie :es z. B. in den Gutümimotoren
für Modellflugzeuge schon üblich ist, wobei durch eine besondere Schaltung des Speichers
auf rein mechanischem Wege die gleichen fahrtechnischen Eigenschaften wie beim elektrischen
Speicherverfahren erzielt werden. Diese Art der Energiespeicherung als zusätzliche
Energiequelle neben dem Antriebsnotar hat vor der elektrischen Speicherung bei.
Fahrzeugen entscheidende Vorteile. Die elektrischen Speicher sind an sich für :eine
bestimmte Energiemenge leichter, i oo kg Akkumulatorgewicht @speichern günstigstenfalls
3 kWh, ioo kg natürlicher oder künstlicher Gummi etwa i kWh. Im Fahrzeugbetrieb
kommt es aber bei einer Energiespeichereng zu dem Zweck, die Schwankungen in der
Antriebsleistung auszugleichen, nicht auf das Speichern großer Energiemengen an,
sondern darauf, für kurze Zeitspannen große Leistungen aufzunehmen oder abzugeben.
Hierfür eignet sich ein Gummimotor besser als der elektrische Speicher, da :ersterer
seine Ladung in beliebig kurzer Zeit aufnehmen oder abgeben kann. Bedenkt man noch,
daß beim Gummispeicher die Energie unmittelbar in mechanischer Form aufgenommen
und abgegeben wird und deshalb die Umformer für die großen Leistungen wegfallen,
so ergibt sich, daß für die vorliegende Aufgabe ein Gummispeicher auch gewichtsmäßig
der @elektrischen Speicherung überlegen ist.
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Auch der obererwähnte und bekannte Schwu:ngmassenspeicher hat gegenüber
einem Speicher nach vorliegender Erfindung Nachteile. Ein Schwungmassenspe@cher
gibt seine Energie nur mit fallender Drehgeschwindigkeit ab, während die Geschwindigkeit
des Fahrzeuges beliebig sein kann. Beim Beschleunigen, wo man den Speicher in erster
Lire braucht, müßte der Speicher sein Drehmoment bei steigender Geschwindigkeit
abgeben: Es ist also eine Kraftübertragung vom Schwungspeicher auf das Fahrzeug
nur über :eine Rutschkupplung möglich, wobei aber der größte Teil der Speicherenergie
durch Reibung verlorengehen muß. Das gleiche gilt beim Laden. Der Gumtnimotor nach
vorliegender Erfindung dagegen gibt sein Drehmoment bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten
verlustlos ab. Ein weiterer Nachteil eines Schwungspieichers liegt darin, daß dieser
seinen Energieinhalt bei Stillstand des Wagens in kurzer Zeit verliert.
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Der Gummierergiespeicher nach vorliegender Erfindung kann verschiedenartig
zum Ausgleich der Schwankungen in der Leistung der Fahrzeugmaschine herangezogen
werden. Eine Ausführungsmöglichkeit, die an den üblichen Kraftfahrzeugen die geringste
Änderung bringt, zeigt schematisch die Abb. i. Der Fahrzeugmotor i treibt wie üblich
über ie Reibungskupplung 2 und das Getriebe 3 das Differential q. der Antriebsachse
an. Das Getrieb@e 3 besitzt beispielsweise nur zwei Vorwärtsgänge, nämlich einen
ersten und einen dritten (direkten) Gang, außerdem noch den Rückwärtsgang. Der zweite
Gang wird über den Gummienergiespeicher folgendermaßen hergestellt: Von der Motorwelle
wird ständig das Zahnrad 5 angetrieben. Zwischen diesem und dem Rad 6, das dauernd
mit einem Gegenrad auf der Differentialwelle im Eingriff steht, befindet sich der
Gummienergiespeicher 7 (Gummi-Motor). Dessen Endstücke 8 und 9 können zwecks Ladens
und Entladens durch ausrückbare Kupplungen, die nur in einer Drehrichtung zu wirken
brauchen, mit den Zahnrädern 5 und 6 gekuppelt werden. Außerdem ist an den Endstücken
8 und 9 je eine nicht gezeichnete, nur meiner Richtung wirkende Sperre notwendig,
die verhindert, daß sich bei ausgerückter Kupplung der Energiespeicher entladen
kann. Als Kupplung sind hier Klauenkupplungen möglich, da die beim Einrücken zu
beschleunägend:e Masse (Endstück 8 oder 9) sehr klein gehalten werden kann. Die
Stärke der Gummibänder des Energiespeichers ist sol zu bemessen, daß im ge:adenen
Zustand sein Drehmoment :durch den vollbelasteten Motor noch überwunden werden kann.
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Die vielseitige Anwendungsmöglichkeit :eines solchen Fahrzeugantriebes
mit mechanischem Energiespielcher ist folgende: i. Anfahren bei ungeladenem Speicher
Der ausgekuppelte Motor wird angelassen, die Kupplung bei Rad 8 eingerückt, der
Motor auf hohe Drehzahl gebracht und dadurch der Speicher geladen. Nach Erreichen
einer genügend großen Ladung wird die Kupplung bei Rad 9 eingerückt und die Sperre
dort gleichzeitig gelöst. Der Wagen setzt sich durch den Speicher gleichmäßig beschleu
rügt in Bewegung. Er kann in diesem Gang eine beliebig hohe Geschwindigkeit erreichen,
ohne daß der Motor überdreht wird, da sich dann der Speicher wieder entlädt. Zum
Schluß wird der direkte Gang des Getriebes eingeschaltet und der Speicher durch
Auskuppeln und Sperren bei 9 ausgeschaltet. Der Motor kann während der ganzen Aasfahrzeit
mit höchster Drehzahl weiterlaufen. Das Anfahren erfolgt auf diese Weise schneller,
stoßfreier und einfacher als jetzt üblich.
Der Speicher kann während
der Fahrt zu einem beliebigen Zeitpunkt ganz aufgeladen werden, wenn die Motorleistung
gerade nicht voll benötigt wird.
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Anfahren mit geladenem Sp ei-cher Die Kupplung 9 wird eingerückt,
wodurch sich gledichzeitig die doTtige Sperre löst. Der Wagen setzt sich in Bew
eguaIg. Damit kann gleichzeitig das Anlassen des Motors verbunden werden, indem
man, die Kupplung 2 löst, den dritten Gang :des Getriebes 3 einrückt und die Kupplung
2 langsam eingreifen läßt. Die Wedierbedienuüg erfolgt dann wie unter i. 3. Bremsen
und Beschleunigen im Stadtverkehr und Befahren von kurzen Gefällen und Sleigungfen.
Das Fahrzeug befindet sich im dritten Gang in Fahrt. Der Speicher ist zum Teil aufgeladen,
und die Kupplungen 8 und 9 sind ausgerückt. Soll kurz gebremst werden, wird das
Gas weggenommen und Kupplung 8 - eingerückt. Dann wird durch die Wucht des Fahrzeuges
der Speicher aufgeladen und dieses gebremst. Der Motor unterstützt die Breinswirkung.
Das Fahrzeug wird wieder beschleunigt, wenn Kupplung 8 aus-, Kupplung 9 eingerückt
und Gas gegeben wird. Im. Stadtverkehr oder in einem stark hügeligen Gelände kann
auf diese Weise eine wesentliche Erhöhung der Reisegeschwindigkeit, eine große Brennstoffersparnis
und Schonung des Fahrzeuges erzielt werden.
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Besonders für Autobusse -auf Stadtlinien ergeben sich gegenüber der
jetzigen Fahrzeugausführung gtoße Vorteile. Wenn der Energiespeicher genügend groß
gewählt wird, kann der Antriebsmotor fast dauernd, auch an den Haltepunkten, mit
gleichbleibender Belastung und Drehzahl laufen,, wobei das Beschleunigen und Bremsen
des Wagens nur über den Speicher erfolgt. Dabei ist vor allem wichtig, daß das Fahrzeug
mit dem Speichergang auf eine beliebig hohe Geschwindigkeit gebracht werden kann,
ohne den Motor zu überdrehen.
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¢. Befahren von langrein S@tei-,gungen Ist die Steigung so lang und
so steil, daß der Motor im dritten Gang nicht durchzieht und auch die unterstützende
Ladung des Speichers für die B;ewältigtulg der ganzen Steigung nicht ausreicht,
so wird das Getriebe 3 auf Leerlauf geschaltet und das Fahrzeug über den Speicher
(zweiten Gang) angetrieben (Kupplungen 8 und 9 eingerückt). Der Motor wird mit größtmöglicher
Drehzahl betri:eben und der Speicher durch zeitweises Auskuppeln und Sperren bei
9 in geladenem Zustanderhalten, wenn der Wagen zu sehr besichleunigt würde. Es gibt
dann der Motor seine Höchstleistung -dauernd an den Speicher ab, und letzterer treibt
mit Unterbrechungen. .dien Wagen an. Diese Fahrweise hat zwar den Nachteil, daß
der Wagen nicht mit gleichbleibender Geschwindigkeit fortbewegt wird, doch nimmt
er mit der größtmöglichen Durchschnittsgeschwindigkeit die Steigung, da der Motor
ständig mit größter Leistung läuft. Mit anderen Worten ausgedrückt, es ist bei dieser
Fahrweise mit zeitlich unterbrochenem Antrieb durch den Speicher möglich, die Vorteile
eines Getriebes mit beliebig veränderlichem übersetzungsverhältnis zu eireichen.
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Das Gewicht eines genügend großen Gummienergiespeichers ist nicht
übermäßig groß. Zur Speicherung von i kWh sind etwa ioo kg Gummi notwendig. Wählt
man dien Speicher derart, daß- er in 1/2 . Minute :seine Leistung abgibt, dann leisten
2o kg Gummi rund 33 PS 1/2 Minute lang. Dieses zusätzliche Gewicht ist für einen
mittleeren Personenwagen tragbar, andererseits ist die Mehrleistung von 33 PS- 1/2
Minute lang sehr wertvoll. Für Autobusse werden diese Verhältnisse noch günstiger,
da hier durch den Einbau des Speichers der Antriebsmotor kleiner gewählt werden.
kann. Außerdem wird das Wechselgetriebe leichter.
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Zusammengefaßt hat der Einbau eines Gummienerglespechers in Fahrzeugen
folgende Vorteile: Brennstoffersparnis durchwirtschaftliche Betriebsweise des Motors
und durch die Nutzbremsung, Reifenersparnis durch gleichmäßiges - Beschleunigen
und Bremsen, Erhöhung der Durchschnittsgeschwindigkeit, schnelles Anfahren unter
Schonung des Antriebes, Anfahren bei stillstehendem Motor. Nachteilig ist die beschränkte
Lebensdauer der Gummibänder des Energiespeichers. Diese müssen d.ah@er leicht auswechselbar
sein.
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Eine andere Einbaumöglichkeit d,es Energiespeichers in. ein Fahrzeug
zeigt die Abb.2. Bei diesem Beispiel fällt das übliche Wechselgetriebe weg und ist
durch ein Ausgleichgetriebe hersetzt. Der Motor i treibt über die Reibungskupplung
2 das Zahnrad 3 im Ausgleichgetriebe q. an. Durch dieses wird die Drehbewegung der
Motorwelle beliebe; aufgeteilt auf die Wellen 5 und 6, in welche .die Energiespeicher
7 und 8 eingeschaltet sind. Nach den Speichern isst je eine ausr ückbare Klauenkupplung
9 und i o mit j e seiner Sperre gegen das Entladen bei ausgerückter Kupp-Jung angeordnet.
Dann folgt das Umkehrgetriebe i i für den Rückwärtsgang und das Differential 12
auf der Antriebsachse.
Der erste Gang ist eingeschaltet, wenn beide
Kupplungen g und io eingerückt sind, der zweite Gang, wenn die Kupplung g ausgerückt
und durch die dortige Sperre festgehalten ist. Der direkte dritte Gang ist eingeschaltet,
wenn Kupplung i o ausgerückt und gesperrt ist. Die Kupplung g ist dabei eingerückt.
Die Energiespeicher wirken bei dieser Anordnung auf gleiche Weise wie bei der Ausführung
nach Abb. i.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit zeigt schematisch die Abb.3. Der
Motor z treibt über ein sog. Aussetzgetriebe 2 den Energiespeicher 3. Am Endre des
Speichers sitzt clie ausrückbare Klauenkupplung 4, dann folgt das Umkehrgetriebe
5 und das Differentia16. Die verschiedenen Übersetzungen ins Langsame werden mit
diesem Aussetzgetriebe in Verbindung mit dem Energiespeicher dadurch hergestellt,
daß je nach der Einstellung nach einer Umdrehung des Speichertriebes- ein, zwei
oder mehrere Motorumdrehungen folgen, bei denen der Speicher nicht geladen wird,
so daß also nur ein mehr oder minder großer Teil der Motorumdrehungen auf den Speicher
übertragen wird. Es lassen sich auf diesem Wege beliebig viele Übersetzungen ins
Langsame Ein solches Aussetzgetri:ebe ist natürlich nur möglich in Verb@n:dung mit
einem Energiespeilcher. Dieser hat im übrigen auch bei. der Anwendung nachAbb.3
die Vorteile der Anordnung der Abb. i.