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Bedienungsgerät für Motoren Kraftantriebe mit Verbrennungsmotoren
haben bisher nur einen beschränkten Anwendungsbereich gefunden, da Verbrennungsmotoren
wenig überlastbar sind und nur in einem eng begrenzten Bereich wirtschaftlich arbeiten.
Wo ein großer Drehzahlbereich erfaßt werden muß, wie beispielsweise bei Kraftwagenantrieben,
müssen umschältbare mehrstufige Getriebe vorgesehen werden. Kraftantriebe mit Verbrennungsmotoren
erfordern daher besonders bei dauernd wechselnder Belastung eine ständige Überwachung
und Bedienung. So müssen beispielsweise im Kraftwagen vom Fahrer Gashebel, Kupplung,
Schalthebel, Beiluft und Bremse dauernd bedient werden. Der Brennstoffverbrauch
hängt daher in hohem Maße von der Geschicklichkeit des Fahrers ab. Es sind bereits
verschiedene Einrichtungen und Verfahren bekanntgeworden, dem Bedienungsmann oder
im Kraftwagen dem Fahrer seine Arbeit zu erleichtern und zu vereinfachen. So hat
man Schnellganggetriebe, Kupplungsautomaten und ähnliche Geräte gebaut. Bisher hat
aber noch keine Lösung so vollkommen befriedigt, daß sie sich bei allen Antrieben,
insbesondere bei allen Kraftwagen durchgesetzt hat. Mit diesen Neuerungen sind bisher
nur wenige Kraftwagen ausgerüstet worden.
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Dieser unbefriedigende Stand der Technik auf diesem Gebiet ist auch
der Grund, warum Verbrennungsmotoren nicht überall dort eingesetzt werden können,
wo Elektromotoren verwendet werden, obwohl ein solcher Einsatz in vielen Fällen
mangels elektrischer Energie erwünscht wäre. Wo eine solche Aufgabe unbedingt gelöst
werden muß, stellt man Verbrennungsmotoren in Verbindung mit Stromerzeugern auf,
geht also den Umweg über die Elektrizität.
Es besteht demnach das
Bedürfnis; ein Gerät zu haben, das selbsttätig den Kraftantrieb an die verlangte
Drehzahl und an die jeweilige Belastung optimal anpaßt. Bis vor wenigen Jahren waren
die Mittel zur Verwirklichung eines solchen Gerätes meist wenig entwickelt und mechanischer
Art, so daß es im Aufbau recht kompliziert geworden wäre. An seine Verwirklichung
konnte deshalb damals nicht gedacht werden. In den Jahren 1940 .bis 1945 sind in
der Reglungsfechni'k solche Fortschritte gemacht worden und eine Reihe geeigneter
Verfahren und Geräte entwickelt worden, daß heute der Bau eines solchen Gerätes
mit vernünftigem Aufwand möglich geworden ist.
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Für den Fachmann, der diese Mittel beherrscht, ergibt sich also die
Aufgabe, ein Gerät zu bauen, das folgendes bewirkt: i. Beim Startbefehl wird der
Motor selbsttätig angelassen. 2. Drehsinn und Drehzahl werden einmalig oder laufend
für die Abtriebswelle als Befehl in das Gerät eingegeben. Es betätigt die Kupplung,
regelt die Übersetzung eines stufenlosen Getriebes und die Energiezufuhr zum Motor
so, daß der Motor stets an seinem günstigsten Arbeitspunkt arbeitet und daher sein
Energiebedarf möglichst gering bleibt. 3. In dem Gerät sind alle erforderlichen
Sicherheitsmaßnahmen, wie Überlastungsverhinderung, Schnellbremsung sowie vorteilhafterweise
ein Beschleunigungs-und Verzögerungsregler vorzusehen, der von der Geschwindigkeit
der Drehzahländerung beaufschlagt wird.
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Dabei soll sich der Aufwand für das Gerät in solchen Grenzen halten,
daß es Aussicht hat, bei Verschmelzung mit dem zugehörigen Motor zu einer baulichen
Einheit in größerem Umfang eingesetzt zu werden. Insbesondere gilt dies für Verbrennungsmotoren,
wo es vor allem in Kraftwagen zur Standardausrüstung werden müßte.
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Ein Grundschaltbild einer Ausführungsform zeigt Bild i. Die abgebildete
Ausführungsform zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens für einen Verbrennungsmotor
in einem Kraftwagen. Ir. ihr sind alle wesentlichen Erfindungsgedanken enthalten,
obwohl die Erfindung keineswegs allein im Kraftwagen, sondern bei Kraftantrieben
aller Art angewandt werden kann.
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Auf der Welle Wi des Verbrennungsmotors 1e12 sitzt die Kupplung K3.
Mit ihrer Hilfe kann der Motor an das Getriebe g4 angekuppelt werden, wobei die
Abtriebswelle der Kupplung wahlweise rechts oder links herum laufen kann. Das Getriebe
G4 selbst ist stufenlos regelbar. Es kann beispielsweise mechanisch oder hydraulisch
sein. Auf der Welle ist ferner eine Bremse D5 angebracht. Der Kupplung, dem Getriebe
und der Bremse sind jeweils ein Kraftschalter k6, g l, b8 mit Stellglied
zugeordnet, der die ihm beispielsweise als elektrische Spannungen zugeleiteten Werte
verstärkt und in diejenige mechanische Bewegung umsetzt, die zur Betätigung des
ihm zugeordneten Gerätes an der Welle erforderlich ist. Auch für die Energiezufuhr
des -Motors ist ein Kraftschalter m9 in gleicher Weise vorgesehen. Diese Kraftschalter
mit Stellgliedern können beispielsweise rein elektrisch, elektrohydraulisch, elektromechanisch
oder in ähnlicher Weise ausgeführt werden. Zum Anlassen ist in üblicher Weise an
den Motor ein Anlasser AM über ein Kupplungsglied a» angebaut, das bei Anspringen
oder Anlaufen des Motors auskuppelt oder von Motor- auf Generatörbetrieb umschaltet.
Im abgebildeten Ausführungsbeispiel ist ein Auskuppeln anggnommen.
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Als Meßwert wird von der Welle mit Hilfe eines Drebzahlgebers D.12
die Drehzahl nm des Motors und mit Hilfe eines Drehzählgebers D;13 die Drehzahl
n; der Abtriebswelle abgenommen. Außerdem. wird mit Hilfe eines Thermoelements T14
die Temperatur t des Motors überwacht. Am Getriebe ist außerdem noch ein Übersetzungsgeber
i15 angebracht, der als statische Rückführung die jeweils eingestellte Übersetzung
zurückmeldet. Auch ist es denkbar, daß die Bremsbackentemperatur eingeführt wird,
um ein Zuheißwerden der Bremse vermeiden zu können.
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Alle.Meßwerte werden dem Rechner R16 zugeführt. Dabei können Zwischenglieder
angeordnet werden, in denen die Werte differenziert oder integriert werden. In den
Rechner eingeführt werden außerdem in gleicher Weise als Befehlswerte die Solldrehzahl
ns, die Drehrichtung r und der Startbefehl s. Eine Glimmlampe a» leuchtet in bekannter
Weise während des Startens auf und erlischt, wenn der Motor angesprungen ist. Eine
weitere Glimmlampe t111, gegebenenfalls von anderer Farbe, oder eine andere Anzeigeeinrichtüng
zeigt an, wenn der Motor infolge Überlastung zu heiß wird. Das Hauptanzeigegerät
ist ein Drehzahlanzeiger Zig, der in der erfindungsgemäß vorteilhaftesten Ausführungsform
zwei auf einer Skala spielende Zeiger besitzt. Der eine zeigt die befohlene Solldrehzahl
und der andere die Istdrehzahl an. Der Rechner bildet aus den 'Meßwerten und Befehlswerten
die Regelwerte g für das Getriebe, in für den Motor, k für die Kupplung, b für die
Bremse und a für den Anlasser. Der Rechner arbeitet vorzugsweise elektrisch; andere
Ausführungsformen sind denkbar, wenn sie auch ihrer hohen Kosten wegen für die Praxis
kaum in Frage kommen.
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Ein wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist ihr Einsatz im Kraftwagen,
wie bereits dargelegt wurde. Startknopf und die dazugehörige Glimmlampe blieben
wie bisher. Ein besonderer Hebel würde für Vorwärts- und Rückwärtsfahren anzubringen
sein, wobei beim Rückwärtsgang die vorgelibare Geschwindigkeit begrenzt sein müßte.
Dies kann mechanisch oder elektrisch geschehen. Als einziger Bedienungshebel beim
Fahren selbst braucht dann nur noch der Geschwindigkeitsgeber angebracht zu werden.
Dieser kann an Stelle des bisherigen Gashebels treten, der für Fußbedienung am Boden
oder für Handbedienung am Steuerrad angebracht sein kann. Letztere Anordnung wäre
besonders für Fahrten auf der Autobahn sehr praktisch. Das Abbremsen des Fahrzeuges
kann auch selbsttätig erfolgen, was dann erforderlich wird, wenn eine geringere
Geschwindigkeit vorgegeben
wird. Dazu ist ein besonderer Bremshebel
nicht erforderlich, da der Rechner die notwendigen Regelwerte selbsttätig bildet.
Bis sich die Erfindung über einen längeren Zeitraum in der Praxis bewährt haben
wird, muß wahrscheinlich für den Notfall ein Bremshebel mit Rücksicht auf die polizeilichen
\,'orscliriften vorgesehen werden.
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Ertindungsgernäß wird die Bremswirkung nicht nur vorn Betrag der vorgegebenen
Drehzahlminderung, sondern auch von deren Minderungsgeschwindigkeit abhängig gemacht,
also auch von der damit vorgegebenen Verzögerung. Wird sehr schnell eine kleinere
Drehzahl befohlen, ist die Bremswirkung stark; wird die vorgegebene Drehzahl nur
langsam geändert, wird auch nur schwach gebremst.
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Dabei wird bei Fahrzeugen erfindungsgemäß dafür Sorge getragen, daß
die Beschleunigung oder \-erzögerung das für Menschen erträgliche Maß nicht überschreitet.
Auch wird erfindungsgemäß ein Rutschen des Wagens selbsttätig festgestellt und dann
die Bremsen gelockert. Erfindungsgemäß kann weiterhin der Vorgabewert und der Bremswert
vom Steuerrad abhängig gemacht werden, so daß jedem Kurvenradius eine bestimmte
noch zulässige Höchstgeschwindigkeit zugeordnet wird, auf die selbsttätig lieruntergeregelt
wird, wenn eine Kurve reit zu großer Geschwindigkeit genommen werden soll. Auch
können diese Höchstgeschwindigkeiten vorn Zustand der Straße oder den Witterungsver-;i:ilttiisseri
beeinflußt werden oder von der Last, in clern beispielsweise die Seitenneigung des
Fahrzeuges erfaßt wird oder ein seitliches Rutschen festgestellt wird.
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Es wird also der Fahrer weitestgehend entlastet. Er braucht nur zu
lenken und die Geschwindigkeit vorzugeben. Ein Anzeigegerät unmittelbar in seinem
Blickfeld zeigt Soll- und Istgeschwindigkeit an. Zwei Zeiger, der Sollzeiger und
der Istzeiger, spielen auf einer Skala, die in km/h geeicht ist. Eine Lampe leuchtet
auf, wenn der Motor zu warm wird. Die vorgegebene Sollgeschwindigkeit wird dann
selbsttätig vermindert, was sich am Anzeigegerät zusätzlich dadurch äußert, daß
die Sollgeschwindigkeit nicht mehr erreicht wird; und zwar hinkt die Istgeschwindigkeit
so lange hinter der Sollgeschwindigkeit her, bis der Motor wieder seine normale
Temperatur angenommen hat. Diese Temperatur wird so gewählt, daß bei Verbrennungsmotoren
ein Festklemmen des Kolbens mit Siclierlieit verhindert wird.
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Im einzelnen ist die Arbeitsweise folgende.
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Bei n, = O ist die Kupplung KI ausgekuppelt. Bei Drücken des Startknopfes
setzt der Anlasser AIO die @N'elle W'1 in Bewegung. Über die Leitung m wird Brennstoff
vorgegeben. Der Startknopf muß wie üblich so lange gedrückt werden, bis der Motor
angesprungen ist. Erst wenn der Drehzahlr;eber [) 12
bei losgelassenem
Startknopf s eine Spannung abgibt, wird die Kupplung K3 zur Betätigung; freigegeben.
«'ird jetzt angefangen, eine Geschw-iridigkeit a vorzugeben, so wird schon beim
kleinsten \\'ert von a die Kupplung k3 langsam eingeschaltet. Der Rechner R16 bildet
jetzt laufend diejenigen Werte von m und g, die zum Erreichen und Einhalten der
vorgegebenen Geschwindigkeit erforderlich sind. Er sorgt also dafür, daß stets n;
= n, ist, auch dann, wenn s kleiner werden soll. Dann wird auch ein Rechenwert b
gebildet, der die Bremse B5 betätigt. Ein Rechenglied mit einseitiger Wirkungsrichtung
sorgt dafür, daß das Bremsgerät beim Beschleunigen nicht anspricht. Es wird der
Bremsbefehl
gebildet. Ist dieser Bremsbefehl klein, wird ein vorübergehender Zusatzbefehl auf
den Gemischgeber m9 gegeben, der den Brennstoff vorübergehend noch mehr drosselt,
als dies schon auf Grund des verminderten Sollwertes der Fall ist. Überschreitet
der Bremsbefehl eine bestimmte kleine Grenze, wird auch noch ausgekuppelt, bis wieder
n; = ns ist, wie durch die Querverbindung vom Kraftschalter b8 zum Kraftschalter
k6 im Bild angedeutet ist. Übersteigt der Bremsbefehl eine weitere etwas größere
Grenze, wird die Bremse betätigt. Bei Fahrzeugen kann dabei mit einem geeigneten
Gerät, beispielsweise mit einer Kohledrucksäule, die durch ein waagerecht angeordnetes
Gewicht belastet ist, die Verzögerung gemessen werden. Wird sie zu groß, wird die
Bremse gelockert. Ebenso wird die Bremse gelockert, wenn die Bremswirkung nicht
dem erwarteten Wert entspricht, da dann offenbar das Fahrzeug rutscht. An den Bremsbacken
kann zusätzlich noch ein Temperaturfühler, beispielsweise ein Thermoelement, angebracht
werden. Wird die Temperatur zu hoch, also die Bremsen zu heiß, wird die Bremse ebenfalls
gelockert. Auch kann noch eine Einrichtung vorgesehen werden, um den Motor zusätzlich
als Bremse anzukuppeln. Bei Verbrennungsmotoren wird dann die Brennstoffzufuhr und
die Zündung ganz abgestellt, der Motor eingekuppelt. Soll wieder beschleunigt werden,
wird die Zündung wieder eingeschaltet und Brennstoff gegeben. Bei Elektromotoren
kann die Bremswirkung in bekannter Weise durch Umschalten auf Generatorbetrieb erreicht-
werden. Im Schaltbild sind diese Möglichkeiten nicht dargestellt. Zum Rückwärtsfahren
wird die Umkehrkupplung im Stillstand betätigt. Gleichzeitig wird der eingebbare
Sollwert auf einen kleinen, für Rückwärtsfahren zulässigen Wert begrenzt.