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Elektromagnetische Kraftübertragungsanordnung Die Erfindung betrifft
eine elektromagnetische Kraftübertragungsanordnung für Motorfahrzeuge mit einer
von der Antriebswelle angetriebenen dynamoelektrischen Maschine, die in elektrischer
Verbindung mit einer mit der angetriebenen Welle gekuppelten Kupplungsdynamo steht,
wobei die beiden dynamoelektrischen Maschinen beim Vorwärtsgang zunächst als Motor
bzw. Generator und später umgekehrt als Generator bzw. Motor umlaufen und die Umwandlung
von der einen Betriebsart in die andere durch Bürstenverschiebung bewirkt wird.
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Bei ähnlichen bekannten Anordnungen dynamoelektrischer Maschinen kann
die Umwandlung der Wirkungsweise der elektrischen Maschinen vom Motor zum Generator
bzw. umgekehrt nur durch Verstellung mechanischer oder elektrischer Steuerungsteile,
wie Widerstände, Bürsten o-. dgl., vorn Hand vorgenommen werden. Bei den bekannten
Anordnungen werden auch vielfach verschiedene und zusätzliche Erregerwicklungen
für eine oder mehrere der elektrischen Maschinen benutzt, so daß deren Anordnung
umständlich und mit verhältnismäßig großer Raumbeanspruchung verbunden ist. Bei
den Fahrzeugen, für welche derartige Maschinenanordnungen in Frage kommen, wird
aber besonders großer Wert auf möglichst .geringe Raumbeanspruchung und Gewicht
gelegt.
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Zweck der Erfindung ist, die bekannten Maschinenanordnungen der vorerwähnten
Art zu vereinfachen und die Steuerung der auf die Arbeitswelle einwirkenden Antriebskraft
vollkommen selbsttätig in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Arbeitswelle
durchzuführen. Erreicht wird dieser Zweck dadurch, daß die nachgiebig in der der
Motorwirkung entsprechenden Stellung gehaltenen Bürsten selbsttätig in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeitsänderung einer mit dem Vorwärtsgang des Antriebes zusammenhängenden
Welle verstellt werden. Es empfiehlt sich, die Anordnung so zu treffen, daß die
Kupplungsdynamo mit einem feststehenden Feld und einem umlaufenden Anker ausgerüstet
ist, der mittels Differentialgetriebe sowohl mit der Antriebswelle als auch mit
der angetriebenen Welle derart in Verbindung steht, daß bei einer Zunahme der Ankergeschwindigkeit
in der einen Drehrichtung die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Welle herabgesetzt
und bei einem Anwachsen der Ankergeschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung die
Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle gesteigert wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung in Form eines Schaltungsschemas dargestellt.
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Der Anker 5 der Hilfsdynamo B und der Anker z2 der Kupplungsdynamo
C sind mit der Antriebswelle 4 der Brennkraftmaschine bzw. einem Zahnrad io eines
Differentialgetriebes G verbunden. Das andere Zahnrad des Differentialgetriebes
sitzt auf der Maschinenwelle
4.. Der Körper des Differentialgetriebes,
der die Zahnräder 7 trägt, ist mit der'Arbeitswelle 9 verbunden. Die Hilfs- und
Kupplungsdynamos sind mit Reihenfeldspuleri@ 13 bzw. 14 ausgerüstet, die mit den
AnkeM zu einem Arbeitsstromkreis in Reihenschäh!, tun- vereinigt sind. Die Hilfsdynamo
ist mliit' einer Vorrichtung zum Verschieben der Bürsten mittels elektrodynamischer
Mittel, wie z. B. eines kleinen Motors mit Anker 79a und einer Feldspule 81a ausgerüstet,
welche geeignet ist, eine Änderung der Antriebskraft und in Zusammenwirkung mit
den Federn 8211 ein Verschieben der Hilfsdynamobürsten in verschiedene Stellungen
herbeizuführen. Es wird noch ein kleiner Generator verwendet, wie er in Motorfahrzeugen
zum Aufladen der Batterie üblich ist, der einen vorzugsweise von der Maschinenwelle
¢ angetriebenen Anker 37 besitzt. Dieser ist nach dem Dreibürstensy stem aufgebaut
und über einen Ausschalter 83a mit der Batterie 59 verbunden. Eines der Elemente
des Bürstenverschiebemotors, beispielsweise das Feld 8i11, wird vorzugsweise durch
den Strom der Batterie 59 gespeist, wenn der Schalter 84a geschlossen ist, während
das andere Element.des Bürstenverschiebemotors 79a mit dem Generator 37 verbunden
ist.
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Angenommen, die Brennkraftmaschine ist durch irgendeine entsprechende
Einrichtung in Bewegung gesetzt und die Fahrzeugarbeitswelle 9 befindet sich in
Ruhe, so wird der Anker 12 entgegengesetzt zur Maschinendrehrichtung umlaufen und
als Generator arbeiten. Die Feder 811a ist dazu bestimmt, die 1-lilfsdynamobürsten
81 normalerweise in einer Lage zu halten, in welcher der von der Kupplungsdynamo
12 erzeugte Strom die Hilfsdynamo als Motor antreibt. Solange die Brennkraftmaschine
mit langsamer Drehzahl umläuft, erzeugt der Generator 37 noch nicht eine so große
elektromotorische Kraft, daß der Anker 79a des Bürstenverschiebemotors eine zur
Überwindung der Spannung der Feder 82a ausreichende Spannung entwickelt, selbst
wenn sein Feld von der Batterie erregt wird. Bei heruntergedrücktem Beschleuniger
49 ist die Drosselklappe (nicht. gezeichnet) der Brennkraftmaschine, welche mit
der Stange 53 verbunden ist, geöffnet und'verursacht eine Beschleunigung der Brennkraftmaschine.
Da die elektromotorische Kraft des Generators 37 sich dabei steigert, wächst die
Antriebskraft des Bürstenverschiebemotors 79a, bis er die Spannung der Feder 82a
überwindet und die Hilfsdynamobürsten 81 nach und nach in eine Umkehrstellung verschiebt.
Dabei ist die magnetomotorische Kraft des Ankers der magnetomotorischen Kraft des
Feldes entgegengerichtet und verringert den Kraftfluß des Feldes und die gegenelektromotorischen
Kräfte des Ankers, bis die gegenelektromotorischen Kräfte insgesamt aufhören. Da
die Maschinengeschwinegkeit weiterwächst, erreichen die Bürsten -eine Lage, in welcher
die Hilfsdynamo sich -in einen Generator verwandelt, den Strom in den Arbeitsstromkreis
in der gleichen Richtung wie vorher sendet und Strom für den Kupplungsdynamoanker
liefert, so daß dieser jetzt als Motor arbeitet. Die Bürstenverschiebung setzt sich
fort, bis die Bürsten die äußerste Stellung für die Generatorwirkung erreicht haben.
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Daraus ist zu ersehen, daß während dieser Reihenfolge der Arbeitsvorgänge
die Arbeitswelle 9 aus der Ruhelage heraus bis auf die Geschwindigkeit beschleunigt
wird, welche der Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine entspricht oder diese übersteigt.
Auf Grund der Beziehungen zwischen der Kupplungs-und Hilfsdynamo kommt der Anker
1:2 während dieser Vorgänge nach und nach, die Geschwindigkeit seiner Umdrehung
vermindernd, zum Stillstand, um dann in der Richtung der Drehrichtung- der Brennkraftmaschine
beschleunigt zu werden, was auf eine Änderung der Geschwindigkeit und der Antriebsbeziehungen
zwischen Maschinenwelle 4. und Arbeitswelle 9 zurückzuführen ist. Infolgedessen
wird eine Änderung der Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine durch die Umwandlung
einer der -beiden dynamoelektrischen Maschinen von einem Motor in der ersten Periode
zu einem Generator in der anderen Periode hervorgerufen. 'Die FeldspuleSia des Bürstenverschiebemotors
ist so geschaltet, daß der ihr aus der Batterie zugeführte Strom sich in Abhängigkeit
von den Stromänderungen im Arbeitsstromkreis ändert. Bei der beschriebenen Ausführungsform
ist die Spule 8i11 mit einem Punkt zwischen dem Anker 12 und der Kiipplungsdynamofeldspule
14 verbunden, wobei im wesentlichen die volle Batteriespannung der Spule 8i11 aufgedrückt
wird, wenn der Strom im Arbeitsstromkreis gering ist, so daß während der Perioden
mit starkem Arbeitsstrom die der Spule 8i11 aufgedrückte elektromotorische Kraft
sich als Differenz zwischen dem Batteriestrom und dem Spannungsabfa11 in den Spulen
14 und 13 darstellt. Die Folge hiervon ist ein Anwachsen des Arbeitsstromes in dem
Arbeitsstromkreis und die Schwächung des Stromes in der Spule Sia, was sich in einer
Abnahme deidurch den Bürstenverschiebungsanker 7911 hervorgerufenen Antriebskraft
auswirkt, wobei die Feder 82a die Bürsten in eine Lage bewegt, in, der die Generatorwirkung
herabgesetzt oder die Hilfsdynamo in einen Motor
umgewandelt wird,
selbst wenn die Geschwindigkeit der Brennkraftmaschine in diesem Augenblick verhältnismäßig
groß ist. Dadurch werden die Antriebsverhältnisse zwischen Arbeitswelle 9 und Maschinenwelle
_1 in Abhängigkeit von Veränderungen der Belastung und des Belastungsstromes gebracht.
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Als ein weiteres Mittel zur Steigerung der Geschwindigkeit .und der
Antriebsleistung der Übertragungsanordnung ist ein Widerstand 66 vorgesehen, der
im Stromkreis der Spule Sia liegt und normalerweise durch den Schalter 85a' kurzgeschlossen
und dabei aber so geschaltet ist, daß der Kurzschluß durch ein Mittel -,vie den
Hebel 86a aufgehoben «erden kann; wenn der Beschleuniger im wesentlichen voll heruntergedrückt
ist. Dies schwächt die durch die Bürstenverschiebevorrichtung hervorgerufene Leistung
weiterhin, veranlaßt die Brennkraftinaschine zu weiterer Beschleunigung, macht eine
weitere Komponente der Maschinenkraft frei und wandelt sie in eine zusätzliche Leistung
an der Arbeitswelle um, wenn der Leistungsbedarf an der Arbeitswelle groß ist.
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Die Erfindung besitzt wirksame Mittel zur Sicherung der Anordnung
und zur Verhiitung einer Umkehr des Stromes im Arbeitsstromkreis, damit der Strom
im Arbeitsstromkreis immer die vorausbestimmte Beziehung zu dem dem Bürstenverschiebemotor
vorn Generator 37 zugeführten Strom beibehält, der sich immer in der gleichen Richtung
entwickelt. Dies wird durchgeführt ohne die Verwendung von Hilfsspulen lediglich
durch einen niedrigen Strom in der , Batterie 59, welcher die Feldspulen i¢ und
13 in der eingezeichneten Pfeilrichtung zu durchströmen hat und auf einen verhältnismäßig
geringen Betrag begrenzt wird, durch einen Widerstand, der im Schaltungsschema durch
die Spule 81a dargestellt ist. Wenn die Arbeitswelle stillsteht und die Brennkraftmaschine
beschleunigt wird, unterstützt der von der Batterie kommende Strom, welcher die
Kupplungsdynamofeldspule 14 durchfließt, die Kupplungsdynamo bei der Umwandlung
zum Generator in der durch den Strom in der Spule 14 bestimmten Richtung. Nachdem
die -Flilfsdynamobürsten in die der Generatorwirkung entsprechende Lage bewegt sind,
wie dies im vorhergehenden beschrieben ist, wird die Richtung des Stromes im Arbeitsstromkreis
bestimmt und veranlaßt durch den Strom, welcher durch die Hilfsdynamofeldspule
13 fließt und dazu dient, die richtige Beziehung zwischen dem Strom im Arbeitsstromkreis
und im Generator 37 auf alle Fälle aufrechtzuerhalten und dadurch die richtige Zusammenarbeit
des Spannungsabfalls in der Spule 14 und 13 in bezug auf die Batteriespannung
herzustellen, um den Strom in der Spule 8ia in Abhängigkeit von den Veränderungen
des Arbeitsstromes wie vorher beschrieben zu ändern.
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Die Anordnung ist so getroffen, daß die Umwandlung in der Wirkungsweise
der beiden Dynamos entweder von der Maschinenwelle :1. wie gezeigt oder von der
Arbeitswelle 9 ausgehend gesteuert wird. In letzterem Fall wird der Generator 37
durch die Arbeitswelle 9 angetrieben und in diesem Fall ist es vorzuziehen, den
Anker des Bürstenverstellmotors 79a parallel zu den Hauptbürsten des Generators
37 anstatt zwischen eine Hauptbürste und die dritte Bürste zu schalten.