DE922270C

DE922270C - Automatic electrodynamic transmission for vehicles with internal combustion engines

Info

Publication number: DE922270C
Application number: DER7954A
Authority: DE
Inventors: Alexander Rossulek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-12-30
Filing date: 1951-12-30
Publication date: 1955-01-13

Description

Selbsttätiges elektrodynamisches Getriebe für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor Die größte Leistung, der günstigste Wirkungsgrad und die höchste Wirtschaftlichkeit von Verbrennungsmotoren sind von der Einhaltung günstigster Drehzahlen abhängig. Bei Kraftfahrzeugen werden die infolge unterschiedlicher Fahrwiderstände schwankenden Drehmomente und Drehzahlen der abtreibenden Welle gegenüber der Motorwelle durch die bekannten Wechselgetriebe zum größten Teil ausgeglichen, ebenso durch halb- oder vollselbsttätige elektrische und hydraulische Drehmomentwandler.Automatic electrodynamic transmission for motor vehicles with internal combustion engines The greatest performance, the most favorable degree of efficiency and the highest economic efficiency of internal combustion engines are dependent on maintaining the most favorable speeds. In motor vehicles, the fluctuations due to different driving resistances Torques and speeds of the output shaft compared to the motor shaft the well-known change gears are largely balanced, also by half- or fully automatic electric and hydraulic torque converters.

Eine selbsttätige Drehmomentwandlung vollzieht sich im Elektromaschinenbau unter anderem auch bei asynchronen Wechselstrommotoren mit Kurzschlußanker, bei denen eine größere Belastung das Absinken der Drehzahl der Ankerwelle und das gleichzeitige Ansteigen des Drehmomentes hervorruft, während die Umlaufdrehzahl des Drehfeldes gleichbleibt. Der Einbau eines Maschinensatzes, bestehend aus einem vom Verbrennungsmotor angetriebenen WechstIstromgenerator und einem Induktionsmotor, als Drehmomentwandler in Kraftfahrzeuge ist wegen der großen Abmessungen und Gewichte und des ungünstigen Wirkungsgrades unwirtschaftlich.Automatic torque conversion takes place in electrical engineering among other things also with asynchronous AC motors with short-circuit armature which a greater load the lowering of the speed of the armature shaft and the simultaneous Rise in torque causes while the rotational speed of the rotating field remains the same. The installation of a machine set, consisting of one from the internal combustion engine driven AC generator and an induction motor as a torque converter in motor vehicles is because of the large dimensions and weights and the unfavorable Efficiency uneconomical.

Um den Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit durch Verringerung der Abmessungen und des Gewichtes zu erhöhen, besteht die Möglichkeit des Zusammenbaues von Wechselstromgenerator und Induktionsmotor, derart, daß das Drelgeelcl durch mechanische Drehung einer gleichstromerregten Feldwicklung gebildet wird und mit der Kennlinie eines Induktionsmotors auf einen eingebauten Kurzschlußanker wirkt. Die Drehmomentwandlung ist jedoch stark begrenzt, und ein für das Anfahren eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor erforderliches großes Drehmoment kann dadurch allein nicht erreicht werden. Die nach ähnlichen Grundsätzen arbeitenden elektromagnetischen Schlupfkupplungen und Wirbelstromkupplungen können die Aufgaben einer stufenlosen Drehmoment- und Drehzahlwandlung in einem für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor notwendigen Bereich nicht erfüllen.To the efficiency and economy through reduction To increase the dimensions and weight, there is the possibility of assembly of alternator and induction motor, such that the Drelgeelcl through mechanical Rotation of a DC field winding is formed and with the characteristic an induction motor acts on a built-in short-circuit armature. The torque conversion is very limited, however, and one for starting a motor vehicle with an internal combustion engine the required high torque cannot be achieved in this way alone. the electromagnetic slip clutches working according to similar principles and Eddy current clutches can perform the tasks of a stepless torque and speed conversion not meet in an area necessary for vehicles with internal combustion engines.

Gegenstand der Erfindung ist ein selbsttätiges elektrodynamisches Getriebe für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Die Erfindung besteht darin, daß große Drehmomente durch eine gebräuchliche mechanische Untersetzung erreicht werden und diese für kleinere Drehmomente selbsttätig und stufenlos mittels eines Rollenfreilaufes und eines elektrischen Fliehkraftreglers abgelöst wird von einem elektroinduktiven Drehmomentwandler, in dem eine gleichstromerregte Feldwicklung vom Verbrennungsmotor in mechanische Drehung versetzt wird, so daß ein Drehfeld entsteht, das auf einen mit der abtreibenden Getriebewelle fest verbundenen Kurzschlußanker mit der Kennlinie eines Induktionsmotors so lange einwirkt, bis durch das Erfordernis größerer, mittels des elektroinduktiven Drehmomentwandlers nicht mehr erreichbarer Drehmomente dieser wieder selbsttätig und stufenlos abgelöst wird von der mechanischen Untersetzung, wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors hiervon nicht verändert wird.The subject of the invention is an automatic electrodynamic Gearboxes for motor vehicles with internal combustion engines. The invention consists in that large torques achieved by a common mechanical reduction and this for smaller torques automatically and continuously by means of a Roller freewheel and an electric governor is replaced by one electro-inductive torque converter in which a DC field winding is set in mechanical rotation by the internal combustion engine, so that a rotating field arises on a short-circuit armature firmly connected to the driven gear shaft acts with the characteristic of an induction motor until the requirement larger, no longer achievable by means of the electroinductive torque converter Torques this again is automatically and continuously replaced by the mechanical Reduction, whereby the speed of the internal combustion engine does not change will.

Das selbsttätige elektrodynamische Getriebe gemäß der Erfindung hat die Aufgabe, das Drehmoment so zu wandeln, daß es jeweils den willkürlichen oder natürlichen Fahrwiderständen entspricht, wobei eine hierzu umgekehrt proportional verlaufende Wandlung der Drehzahlen der abtreibenden Welle eintritt, die Drehzahlen der antreibenden Welle jedoch hiervon unbeeinflußt bleiben; es hat weiter die Audgabe, als Getriebebremse zu wirken, das Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeuges zu ermöglichen, Kupplungs- und Schaltvorgänge seitens des Fahrers während der Fahrt umnötig zu machen und Wirtschaftlichkeit und Sicherheit des Kraftfahrzeuges zu erhöhen.The automatic electrodynamic transmission according to the invention has the task of converting the torque so that it is the arbitrary or corresponds to natural driving resistances, one being inversely proportional to this running conversion of the speeds of the driven shaft occurs, the speeds the driving shaft, however, remain unaffected; it also has the status to act as a transmission brake, to enable the vehicle to be reversed, To make clutch and shift operations unnecessary by the driver while driving and to increase the economy and safety of the motor vehicle.

Abb. I der Zeichnung stellt das selbsttätige elektrodynamische Getriebe im Längsschnitt dar; Abb. 2 zeigt das Schaltbild des elektrischen Teiles. Der Antrieb erfolgt von der Welle I des Verbrennungsmotors über eine Fliehkraftkupplung 2 auf die antreibende Welle 3 des selbsttätigen elektrodynamischen Getriebes, wird über die Zahnräder 4 und 5 auf die Vorgelegewelle 6 und den Anker 7 einer elektromagnetischen Kupplung übertragen und ferner bei angepretßbem Kupplungsteil 8 für Vorwärtsfahrt über einen Zahnkranz auf das Zahnrad 9 und die Zwischenwelle Io, die den nicht näher bezeichneten antreibenden Teil eines Rollenfreilaufes trägt. Der abtreibende Teil II des Rollenfreilaufes sitzt fest auf der abtreibenden Welle 12. Ebenso fest auf dieser Welle befindet sich der Kurzschlußanker I3 des induktiven Getriebeteiles. Er ist umgeben von der Feldwicklung eines drehbaren Gehäuses I6 mit Feldmagneten. Dieses wird über die Zahnräder I5 und I4 von dem Verbrennungsmotor in Drehung versetzt. Den Erregerstrom erhält die Feldwicklung über Schleifringe I7 und in Abb. I nicht dargestellte Bürsten von einem Gleichstromhauptstromgenerator 21 IAbb.2), der seinen Antrieb unmittelbar vom Verbnennungsmotor des Fährzeuges erhält, oder es wird der Erregerstrom von der Lichtmaschine des Kraftfahrzeuges geliefert. Ein elektrischer Fliehkraftregler 18, der seinen Antrieb von der abtreibenden Welle 12 erhält, schließt den Erregerstromkreis erst bei einer Drehzahl der abtreibenden Welle 12, die einem zulässigen Schlupf zwischen der Feldwicklung im drehharen Gehäuse I6 und dem Kurzschlußanker 13 entspricht. Das Zahnrad 20 ist ein Zwischenrad zur Änderung des Drehsinnes der abtreibenden Welle 12 für Rückwärtsfahrt. Der Drehschalter 22 (Abt. 2) ist in Griffnähe des Fahrers angebracht und kann in die Stellungen »o« für Stillstand oder Ausrollten des Fahrzeuges, »V« für Vorwärts- oder »R« für Rückwärtsfahrt sowie in die Bremsstellung »B« gebracht werden.Fig. I of the drawing represents the automatic electrodynamic transmission in longitudinal section; Fig. 2 shows the circuit diagram of the electrical part. The drive takes place from the shaft I of the internal combustion engine via a centrifugal clutch 2 the driving shaft 3 of the automatic electrodynamic transmission is about the gears 4 and 5 on the countershaft 6 and the armature 7 of an electromagnetic Transfer clutch and also with adressßbem clutch part 8 for forward travel via a ring gear on the gear wheel 9 and the intermediate shaft Io, which is not closer to the designated driving part of a roller freewheel. The abortive part II of the roller freewheel sits firmly on the driving shaft 12. Likewise firmly This shaft is where the short-circuit armature I3 of the inductive gear part is located. It is surrounded by the field winding of a rotatable housing I6 with field magnets. This is set in rotation by the internal combustion engine via the gears I5 and I4. The field winding receives the excitation current via slip rings I7 and in Fig. I not Brushes shown from a direct current main current generator 21 I Fig. 2), which his Drive received directly from the vehicle's internal engine, or it will be the Excitation current supplied by the alternator of the motor vehicle. An electric one Centrifugal governor 18, which receives its drive from the output shaft 12, closes the excitation circuit only at a speed of the driving shaft 12, which one permissible slip between the field winding in the rotating housing I6 and the short-circuit armature 13 corresponds. The gear 20 is an intermediate gear for changing the direction of rotation abortive shaft 12 for reverse travel. The rotary switch 22 (section 2) is within easy reach attached by the driver and can be set to "o" for standstill or coasting of the vehicle, »V« for forward or »R« for reverse and in the braking position "B" must be brought.

Beim Anfahren des Kraftfahrzeuges wird dem Verbrennungsmotor durch Betätigung des Gasfußhebels eine erhöhte Drehzahl verliehen, wodurch die Fliehkraftkupplung 2 wirksam wird. Der Drehschalter 22 befindet sich in Stellung »V«, wodurch die Magnetkupplung unter Strom gesetzt und deren Kupplungsteil 8 mit dem Anker 7 verbunden wird. Bei dem kleinen Ausschlag des Fliehkraftreglers I8 ist die Feldwicklung des drehbaren Gehäuses I6 stromlos.When starting the motor vehicle, the internal combustion engine is through Actuation of the accelerator pedal gave an increased speed, whereby the centrifugal clutch 2 takes effect. The rotary switch 22 is in position "V", which activates the magnetic coupling energized and the coupling part 8 is connected to the armature 7. at the small deflection of the governor I8 is the field winding of the rotatable Housing I6 de-energized.

Der Antrieb erfolgt von der Fliehkraftküpplung 2 über Welle 3, Zahnräder 4 und 5 auf die Vorgelegewelle 6, Anker 7, Kupplungsteil 8 der Magnetkupplung für die Vorwärtsfahrt, Zahnrad 9 auf Zwischenwelle Io und den abtreibenden Teil II des Rollenfreilaufes in Klemmstellung auf die abtreibende Wel1e 12. Von der Vorgelegewelle 6 aus erfolgt gleichzeitig Antrieb über Zahnräder 14 und 15 auf das Gehäuse 16 mit der noch stromlosen Feldwicklung. Das Anfahrdrehmoment ist wegen der großen Untersetzung der Zahnräder 4, 5, 8 und 9 entsprechend groß.The drive comes from the centrifugal clutch 2 via shaft 3, gears 4 and 5 on the countershaft 6, armature 7, coupling part 8 of the magnetic coupling for the forward drive, gear 9 on intermediate shaft Io and the abortive part II of the Roller freewheel in clamping position on the driven shaft 12. From the countershaft 6 from takes place at the same time drive via gears 14 and 15 on the housing 16 with the currentless field winding. The starting torque is because of the large reduction the gears 4, 5, 8 and 9 correspondingly large.

Nach Überwindung der Anfahrwiderstände, wenn die abtreibende Welle 12 eine bestimmte Drehzahl erreicht hat, ist der Ausschlag des elektrischen Fliehkraftreglers I8 so groß, daß er den Stromkreis zwischen dem Gleichstromhauptstromgenerator 2I und der Feldwicklung im drehbaren Gehäuse I6 schließt. Durch Drehung und Erregung mit Gleichstrom entsteht nun ein Drehfeld, welches im Kurzschlußanker 13 Strömte induziert. Das Dx!ehmoment .des Kurzschluß-an kers 13 wird der abtreibeüdten Wellte 12 mitgeteilt, ebenso wie dessen Drehzahlen. Durch die Drehzahlen zwischen mechanischem Antrieb beim Anfahren und induktivem Antrieb während der Fahrt ward tder Rollenfreilauf aus seiner Klemmstellung gebracht, in die er ferst wieder zurückkehrt, wenn durch stark erhöhten Fahrwiderstand die Drehzahl der abtreibenden Welle 12 auf die Drehzahl der Zwischenwelle Io herabsinkt und der mechanische Teil des selbsttätigen elektrodynamischen Getriebes dessen induktiven Teil ablöst, wobei der elektrische Fliehkraftregler I8 den Erregerstrom unterbricht. Die der Kennlinie eines Induktionsmotors gleichkommende Kennlinie des induktiven Teiles des selbsttätigen elektrodynamischen Getriebes bewirkt eine selbsttätige Drehmomentwandlung während des Fahrens, proportional den Fahrwiderständen und nicht proportional den Drehzahlen der abtreibenden Welle 12, abhängig vorn Schlupf zwischen Drehfeld und Anker, der außerdem durch Veränderung der Drehzahl des drehbaren Gehäuses I6 mit der Feldwicklung vom Fahrer verändert werden kann.After overcoming the starting resistances when the abortive shaft 12 has reached a certain speed, the deflection of the electric centrifugal governor is I8 so large that it opens the circuit between the direct current main current generator 2I and the field winding closes in the rotatable housing I6. Through rotation and excitement With direct current, a rotating field is created which flows in the short-circuit armature 13 induced. The torque of the short-circuit core 13 becomes the aborted corrugation 12 communicated, as well as its speeds. Due to the speeds between mechanical Drive when starting and inductive drive while driving was the roller freewheel brought out of its clamped position, in which it first returns when through greatly increased driving resistance the speed of the abortive wave 12 drops to the speed of the intermediate shaft Io and the mechanical part of the automatic electrodynamic transmission replaces its inductive part, with the electric centrifugal governor I8 interrupts the excitation current. That of the characteristic of an induction motor equivalent characteristic of the inductive part of the automatic electrodynamic transmission causes an automatic torque conversion during of driving, proportional to the driving resistance and not proportional to the speed the driving shaft 12, depending on the slip between the rotating field and the armature, the also by changing the speed of the rotatable housing I6 with the field winding can be changed by the driver.

Die Bedienung des Fahrzeuges besteht beim Anfahren und bei Fahrt in der einmaligen Einstellung des Drehschalters 22 auf »V« und ist sonst auf die Betätigung von Gas- und Bremsfußhebel beschränkt.The vehicle is operated when starting up and when driving in the one-time setting of the rotary switch 22 to "V" and is otherwise on the actuation limited by the accelerator and brake pedal.

Bei Talfahrt oder beim Ausrollen des Kraftfahrzeuges wird der Drehschalter 22 in die Stellung »o« gebracht, wodurch sowohl der Erreger- als auch der Magnetstromkreis unterbrochen werden und ein Antrieb der abtreibenden Welle 12 nicht stattfindet. Der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges befindet sich im Leerlauf. Dieser Zustand tritt auch bei Stillstand des Fahrzeuges ein.When driving downhill or when the vehicle is coasting, the rotary switch 22 brought to the "o" position, whereby both the excitation and the magnetic circuit are interrupted and a drive of the output shaft 12 does not take place. The internal combustion engine of the motor vehicle is idling. This condition also occurs when the vehicle is stationary.

Bei steilem Straßengefälle wird der Drehschalter 22 auf die Bremsstellung »B« gebracht; der Magnetstromkreis wird dadurch geschlossen, ebenso der Erregerstromkreis, doch wird ein Widerstand 23 (Abb.2) zwischengeschaltet, der die Ströme entgegengesgetzter Richtung aufnimmt, die dadurch entstehen, daß der Kurzschlußanker I3 nun dem Drehfeld voranläuft und generatorisch wirkt. Dies hat eine starke zusätzliche Bremswirkung zur Folge, die auch bei Fahrt auf gebener Straße und im Stadtverkehr angewendet werden kann. Sinkt durch die Bremswirkung die Drehzahl der abtreibenden Welle 12 bis zur Klemmstellung des Rollenfreilaufes, so übernimmt der mechanische Teil des selbsttätigen elektrodynamischen Getriebes den Antrieb, und das Bremsen erfolgt über die üblichen Bremsen des Kraftfahrzeuges durch den Fahrer.In the case of a steep road gradient, the rotary switch 22 is set to the braking position "B" brought; the magnetic circuit is thereby closed, as is the excitation circuit, but a resistor 23 (Fig.2) is interposed, which opposes the currents Direction takes up, which arise because the short-circuit armature I3 now the rotating field runs ahead and acts as a generator. This has a strong additional braking effect as a result, which is also used when driving on given roads and in city traffic can be. The speed of the output shaft 12 drops due to the braking effect up to the clamping position of the roller freewheel, the mechanical part of the automatic electrodynamic transmission, the drive, and braking takes place about the usual brakes of the motor vehicle by the driver.

Für Rückwärtsfahrt wird der Drehschalter 22 in die Stellung »R« gebracht, wodurch der Stromkreis für die Magnetkupplung I9 geschlossen wird. Der Antrieb gerfolgt nunmehr über die Vorgelegewelle 6, Anker 7, Magnetkupplung I9, Zwischenrad 2o, Zahnkranz des abtreibenden Teiles des Rollenfreilaufes II auf die abtreibende Welle 12. Durch den ständigen Eingriff der Zahnräder I4 und I5 läuft das drehbare Gehäuse I6 mit der Feldwicklung mit, jedoch im Leerlauf ohne Erregerstrom. Bei Verwendung einer fußbetätigten Reibungskupplung statt der Fliehkraftkupplung 2 kann das stillstehende Kraftfahrzeug auf Steigungen oder Gefällen dadurch blockiert werden, daß eine der Magngetkupplungen I9 oder 8 eingerückt wird, wobei sich eine Freilaufsperre erübrigt.To drive backwards, turn the rotary switch 22 to the "R" position. whereby the circuit for the magnetic clutch I9 is closed. The drive followed now via the countershaft 6, armature 7, magnetic coupling I9, intermediate gear 2o, ring gear of the driving part of the roller freewheel II on the driving shaft 12. By The rotating housing I6 runs with the constant engagement of the gears I4 and I5 the field winding with, but in no-load operation without excitation current. When using a foot-operated friction clutch instead of the centrifugal clutch 2 can stand still Motor vehicle are blocked on inclines or slopes that one of the Magnet clutches I9 or 8 is engaged, whereby a freewheel lock is unnecessary.

Bei entsprechender Umschaltung kann der Magnetstrom auch der Batterie des Kraftfahrzeuges entnommen werden.With the appropriate switchover, the magnetic current can also be supplied to the battery of the motor vehicle.

Das selbsttätige elektrodynamische Getriebe gemäß der Erfindung hat den Vorbeil vollkommen selbsttätiger und stufenloser Drehmomentwandlung und dadurch bedeutend erleichterter, auf die Betätigung des Gas- und des Bremsfußhebels beschränkter Bedienung des Kraftfahrzeuges während der Fahrt, einfacher und betriebssicherer Bauweise, auf ein Mindestmaß beschränkter Wartung und Pflege, langer Lebensdauer infolge geringer Abnutzung der beweglichen Teile, wirtschaftlicherer Fahrweise und der Möglichkeit, in bestehende Kraftfahrzeugtypen nachträglich eingebaut zu werden.The automatic electrodynamic transmission according to the invention has the bypass of completely automatic and stepless torque conversion and thereby Significantly easier, more limited to the operation of the accelerator and brake pedal Operation of the vehicle while driving, easier and more reliable Construction, maintenance and care limited to a minimum, long service life due to low wear of the moving parts, more economical driving style and the possibility of being retrofitted in existing vehicle types.

Claims

PATENT CLAIM: Automatic electrodynamic gearbox for motor vehicles with internal combustion engines, characterized in that large torques are achieved by a common mechanical reduction and this is automatically and continuously replaced for smaller torques by means of a roller freewheel and an electrical centrifugal governor by an electroinductive torque converter in which a DC field winding is set in mechanical rotation by the internal combustion engine, so that a rotating field is created which acts on a short-circuit armature with the characteristic curve of an induction motor, which is firmly connected to the driven gear shaft, until it again automatically due to the requirement of greater torques that can no longer be reached by means of the electroinductive torque converter and is continuously replaced by the mechanical reduction, the speed of the internal combustion engine not being changed by this. Attached publications: Elektrotechnische Zeitschrift, 62nd Jalirg., 1941, p.474: Elektrotechnik und Maschinenbau, 59th Jah'g., 1944 p.202; Electrical engineering and mechanical engineering, 6o. J, ahrg., 1942, p. 149.