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DE2012384A1 - Kraftübertragungseinrichtung unter Verwendung von Vielfachantriebsquellen - Google Patents

Kraftübertragungseinrichtung unter Verwendung von Vielfachantriebsquellen

Info

Publication number
DE2012384A1
DE2012384A1 DE19702012384 DE2012384A DE2012384A1 DE 2012384 A1 DE2012384 A1 DE 2012384A1 DE 19702012384 DE19702012384 DE 19702012384 DE 2012384 A DE2012384 A DE 2012384A DE 2012384 A1 DE2012384 A1 DE 2012384A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power
arrangement according
torque
primary drive
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19702012384
Other languages
English (en)
Inventor
Baruch; Gelb George Howard; Richardson Neal Allen; Palos Verdes Peninsula; Wang TsIh Chang Santa Monica; Calif. Berman (V.St.A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Original Assignee
TRW Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Inc filed Critical TRW Inc
Publication of DE2012384A1 publication Critical patent/DE2012384A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
    • F16H37/084—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT
    • F16H2037/0866—Power-split transmissions with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H2700/02—Transmissions, specially for working vehicles
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Description

PATENTANWÄLi! ^ O NCH EN 5
DR.-ING. H. FiCiCKf . MOLLSRSTR. 31
. S.STAiOER 2012384 16. MRZ. 1970 -
Beschreibung zum Patersfgesuch
der Pirma TRW INC., Redondo Beach, California/V.St.A.
betreffend
Kraftübertragungseinrichtung unter Verwendung von Yielfaohantriebsquellen
PRIORITÄT: 17.3.1969 - V.St.A.
Die Erfindung beinhaltet ©ine Kraftübertragungseinrichtung aus einem Primärantrieb, zwei Leistungswandlern, einem epizyklisohen i Zahnradgetriebe, einem Energiespeicher sowie zugeordneten Steuereinrichtungen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liefert der Primärantrieb, vorzugsweise eine Brennkraftmaschine, leistung an das Zahnradgetriebe, welches mechanische Leistung zu einem der Leistungewandler, einem elektischen Generator, oder zu einer Abtriebswelle der Kraftübertragungeeinrichtung überträgt. Leistung von dem Generator wird entweder an den Energiespeicher, eine Batterie, allein oder sowohl an den Energiespeicher als auch den zweiten Leiθtungswandler, einen elektrischen Motorgenerator, abgegeben, welcher dynamisch mit der Abtriebswelle gekoppelt Ist#
009840/U03
Die Kraftübertragungseinrichtung kann in einer oder zwei Betriebsarten gefahren werden. In der ersten läuft die Brennkraftmaschine bei konstanter Drehzahl und verhältnismäßig konstanter niedriger Leistung. Ein Betrieb der Maschine nach dieser Art ermöglicht die Anwendung von Maschinen mit geringer Verdrängung, welche magere Kraftstoff/liuft-Gemische verarbeiten, wobei die Erzeugung von Abgasen reduziert wird. Eine Steuerung der Leistungsabgabe der Maschine bei der ersten Betriebsart ergibt sich durch Änderung der Belastung des Generators an der Maschine mit einem geschlossenen Regelkreis. Der Motorgenerator wird durch eine Bedienungsperson gesteuert, welche ein System verwendet, das die Leistungsübertragung von der Kombination aus Generator und/oder Batterie zu dem Motor oder von dem Motor-Generator zu der Batterie steuert. In der zweiten Betriebsart wird die gesamte Maschinenleistung zu der Abtriebswelle gerichtet, und die Maschine arbeitet in einem variablen Drosselbetrieb. Wie bei der ersten Betriebsart werden die Erfordernisse einer Spitzenleistung an der Abtriebswelle erfüllt, indem Leistung aus der Batterie gezogen und damit die durch Drosselung hervorgerufenen Betriebsabweichungen der Maschine vermindert werden. Eine überschüssige Maschinenleistung und eine Regenerativleistung infolge an der Abtriebswelle wirksamer äußerer Kräfte können in dem zweiten Leistungswändler zur Speicherung in deren Energiespeicher umgewandelt werden.
In jeder Betriebsart ist es möglich, die Leistungseinstellungen der Maschine leicht zu verändern, um den mittleren Leistungsbedarf an der Kraftübertragungseinrichtung wiederzugeben. Vorzugsweise wird der Ladungszustand der Batterie als Regelgröße verwendet.
Die Erfindung betrifft eine mechanische Kraftübertraguugaeinrichtung, insbesondere zur Anwendung in Landtranaportfahrzeugen, beispielsweise Personen- oder Masaentransportfahrzeuge,
Ü098A0/U03
Die meistverbreitete Form von Transportfahrzeugen verwendet gegenwärtig Brennkraftmschinen als Primärantrieb von Landfahrzeugen. Derartige Maschinen werden durch eine Drosseleinrichtung gesteuert, welche die Kraftstoff- und Luftmenge verändert, die der Maschine üblicherweise über einen Yergaser zugeführt wird. Die Art des Kraftstoff-Verbrennungsprozesses in der Brennkraftmaschineist derart, daß Produkte unvollständiger Verbrennung allgemein an die luft abgegeben werden. Zusätzlich zu diesem grundlegenden Maschinenproblem stellt die Drosselung einer Maschine einen von vornherein wenig wirksamen Vorgang dar, insbesondere bei geringer Belastung. Ein schnelles Ansprechen der abgegebenen Maschinenleistung erfordert eine Anreicherung des Kraftstoff/Luft-Gemisehes, was zur Vermehrung der Abgabe unverbrannter Produkte führt. Alle diese Faktoren sind besonders λ wichtig in großen Städten, wo ein Anfahr- und Anhaltebetrieb laufend durchgeführt wird und das Abgasproblem von größerer Bedeutung ist.
Es sind bereits Fahrzeuge bekannt, welche Kraftübertragungsölerichtungen bestehend aus einer Brennkraftmaschine, einem elektrischen Antriebsmotor, einem Generator, einer Batterie und einem mechanischen Zahnradgetriebe umfassen. Verschiedene Kraftübertragungseinrichtungen unter Verwendung einiger oder aller dieser Bestandteile ergeben sich aus den USA-Patentschriften 1 515 322 und 1 780 150. Diesen Druckschriften zufolge ist jedoch einer der Generatoren oder Dynamos starr mit der Brennkraftmaschine verbunden, und es ist keine Batterie vorgesehen. |
Ein arideres Beispiel dieser Art ergibt sich aus der USA-Patentschrift 1 671 033, der zufolge indessen das Steuersystem wesentüjch von demjenigen nach der Erfindung abweicht und zusätzlich keine Laststeuerung über die Maschine erfolgt.
Gemäß der USA-Patentschrift 1 870 076 ist keine Batterie vorge-, sehen, und es wird keine Steuerung über die Brennlrraftmaschine durchgeführt. Der-weitere Stand der Technik ergibt sich aus folgenden USA-Patentschriften:
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ZU \ Δ
2 004 465 1 909 792
2 384 776 3 171 505
3 205 966 3 161 083
3 523 143 3 134 063
3 243 681 3 249 836
3 349 309 3 356 171
Die Erfindung kann verallgemeinert dargestellt werden als Kombination eines Primärantriebes, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine, einem geeigneten mechanischen Zahnradgetriebe, eines oder mehrerer Energiespeicher, vorzugsweise einer Batterie, und eines Leistungswandlers, vorzugsweise eines Generators, welcher Primärantriebsleistung in eine zur Speicherung in dem Speicher geeignete Form umzuwandeln und/oder die Leistung an einen zweiten Leistungswandler, vorzugsweise einen Motor-Generator, zu liefern vermag, der die erzeugte oder gespeicherte Energie in Fortbewegungskraft an der Abtriebswelle umzuwandeln vermag. Der zweite Wandler vermag auch eine Generatorfunktion zu erfüllen, wodurch er mechanische Leistung, die an der Abtriebswelle zur Verfügung stehen, in eine zur Speicherung in dem Energiespeicher geeignete Form umwandelt. Der Generator ist nachfolgend als "Drehzahlgeber" bezeichnet, der Motor-Generator als "Drehmomentgeber".
Es sind verschiedene Steuersystem vorgesehen, um die Leistungsübertragung von den verschiedenen Energiequellen und Wandlern zu steuern. Deren Funktion hängt von der Betriebsart der Kraftübertragungseinrichtung zu dieser Zeit ab. In einer ersten Betriebsart arbeitet der Primärantrieb bei geringer Leistung sov.'i^ konstantem Drehmoment und konstanter Drehzahl, und ein Drehzahlregler ändert die Last des Drehzahlgebers zur Einregelung des stetigen Zustandes des Primärantriebes. Ein Drehmomentregler verändert sowohl die Richtung als auch die Größe der lsi- '■-stungsübertragung durch den Drehmomentgeber.
Während der zweiten Betriebsart hört der Betrieb des Drehzahl gebers auf, und die gesamte Primärantriebeleistung steht unmittelbar an der Abtriebswelle zur Verfügung. Zusätzlich kann die Primärantriebsleistung verändert werden, und die Wirkungs-
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weise des Drehmomentreglers wird ausgedehnt, so daß sie die Leistungsregelung des Primärantriebes umfaßt.
In jeder Betriebsart ist eine Überlaufsteuerung vorgesehen, um die Einstellungen der Primäräntriebsleistung langsam zu ändern. In der ersten Betriebsart wird diese Veränderung verwendet, um die Primärantriebsleistung an die an der Abtriebswelle erforderliche Durchschnittsleistung anzupassen.. In der zweiten Betriebsart stellen Leistungsän&exungen sicher, daß die Batterie nahe· einem hohen Ladungszustand verbleibt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraft- ~ übertragungseinrichtung in perspektivischer und schematischer Darstellung,
Pig. 2 eine der Kraf ^übertragungseinrichtung nach I1Ig. 1 zugeordnete elektrische Schaltung in einem ersten Betriebszustand sowie in Blockschaltbilddarstellung,
Pig. 3 eine Schaltung ähnlich Pig. 2 zur Beschreibung einer zweiten Betriebsart der erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinrichtung in Blockschaltbilddarstellung,
Pig« 4 ein Ausführung&beispiel eines einen Bestandteil einer ~| erfindungsgemäßen Kraftubertragungseinrichtung bildenden Drehmomenterzeugers" sowie eines zugehörigen Drehmomentreglers in Schaltbilddarstellung, .
Pig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines einen Bestandteil einer erfindungsgemäßen Kraftubertragungseinrichtung bildenden Drehzahlgebers nebst zugehörigem Drehzahlregler in Sohaltbilddarsteilung.
Gemäß Fig. 1 ist ein Primärantrieb 2 vorzugsweise in Form einer
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Brennkraftmaschine ausgebildet. Dieser Primärantrieb versetzt eine Welle 3 in Drehung, die durch einen Planetenradträger 6 verläuft und ein Sonnenrad 5 antreibt. Ea ist möglich, zusätzliche Übersetzungselemente zwischenzuordnen, beispielsweise Zahnradübersetzungen, Kupplungen und Wellenkupplungen zwischen der Welle 4 sowie dem Sonnenrad 5, um Drehzahländerungen oder eine Drehrichtungsumkehr zu erreichen. Derartige Elemente sind der Einfachheit halber in Fig. 1 nicht veranschaulicht. Dem Planetenradträger 6 aind Wellen 8 zugeordnet, welche mit Planetenrädern 10 verbunden sind. Diese drehen sich auf den Wellen 8 innerhalb eines Zahnkranzes 12. Der Zahnkranz 12 treibt eine Welle 14, ein Zahnrad 16 sowie eine Abtriebswelle 18, die unmittelbar ein Rad 20 antreibt. Statt einer direkten Kupplung der Abtriebswelle 18 mit dem Rad 20 kann auch ein übliches Differentialgetriebe zwischengeordnet sein, jedoch ist dies vorliegend zum Zwecke einer vereinfachten Darstellung weggelassen. Ein (schematisch dargestellter) elektrischer Generator, nachfolgend als "Drehzahlgeber" 22k®ss6ichnet, wird durch eine Welle 24 sowie ein Zahnrad 26 angetrieben, das unmittelbar und dynamisch mit dem Planetenradträger 6 kämmt.
Ein elektrischer Motorgenerator, nachfolgend als "Drehmomentgeber" 28 bezeichnet, ist durch eine Welle 30 mit einem Zahnrad 32 verbunden, das mit dem Zahnrad 16 kämmt. Die Verbindung zwischen dem Drehmomentgeber 28 sowie dem Zahnrad 16 kann über verschiedene Übertragungselemente gemäß der vorangehenden Beschreibung erfolgen. Ein Meßwertfühler 36 fühlt die Drehzahl des Primärantriebes 2 ab und überträgt die Signale auf einen Drehzahlregler 40.
Ein schematisch veranschaulichter Drehmomentregler 42 regelt die Energieübertragung zwischen einer zusammengehörigen Anordnung aus einem Energiespeicher, nämlich einer Batterie 44, des Dreh- · zahlgebers 22 sowie des Drehmomentgeber 28. Der Drehmomentregler 42 und der Drehzahlregler 40 sind in ihrer Wirkungsweise in der folgenden Beschreibung noch näher erläutert. Der Einfachheit halber sind entsprechende Schaltungaanordnungen in Fig. 1 nicht gezeigt. Eine Bremse 46 wird durch den Drehzahlregler 40
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υ..
eingestellt.
Das von der Maschine an dem Sonnenrad 5 erzeugte Drehmoment bewirkt ein Drehmoment an dem Zahnkranz 12 sowie dem Planetenradträger 6, welche zu dem Drehmoment an dem Zahnrad 5 in alge-
die
braischen Zuordnungen stehen,/das Zahnübersetzungsverhältnis zwischen den Bauelementen 12, 5 enthalten. Zusätzlich stehen die Drehzahlen der Bauelemente 12, 6 algebraisch in Beziehung zu der Drehzahl des Zahnrades 5 durch das Übersetzungsverhältnis zwischen den Bauelementen 12, 5.
Wenn das Sonnenrad 5 mit konstanter Drehzahl und konstantem Drehmoment angetrieben wird, sind die Drehmomente an den Bauelementen 12, 6 konstant, während das DrehZahlverhältnis zwischen i diesen Bauelementen 12, 6 zur Erfüllung der kinematischen Zahnradübersetzungen variieren kann. Wenn beispielsweise der Zahnkranz 12 nicht rotiert, dreht sich der Planetenradträger 6 mit Maximaldrehzahl5 wenn der Zahnkranz 12 sich zu drehen beginnt, nimmt die Drehzahl des Planetenradträgers 6 ab. Da die an die Bauelemente 12, 6 abgegebenen Drehmomente eine konstante Beziehung zu der Maschinendrehzahl aufweisen, steht die über die Bauelemente 12, 6 abgegebene Leistung in direkter Beziehung zu den entsprechenden Drehzahlen. Wenn das an der Abtriebswelle 18 erforderliche Drehmoment größer als das dem Zahnkranz 12 zugeordnete Drehmoment ist, gibt eine über den Drehmomentregler 42 einwirkende Bedienungsperson Signale an den Drehmomentgeber 28 zur Steigerung von dessen Drehmomentabgabe, um über die Zahnräder 32, 16 im I ,Sinne einer Vergrößerung des Drehmomentes auf die Welle 18 einzuwirken» In einem solchen Fall wirkt der Drehmomentgeber als Motor und nimmt elektrische Energie von der Batterie 44 und/oder dem Drehzahlgeber 22 auf. Wenn umgekehrt das Drehmoment an der Abtriebswelle 18, das aus dem von der Maschine erzeugten Drehmoment an dem Zahnkranz 12 entsteht, größer als erwünscht ist, gibt die Bedienungsperson unter Einwirkung über den Drehmomentregler 42 ein Signal an den Drehmomentgeber 28 ab, Leistung über die Zahnräder 32, 16 aufzunehmen und an die Batterie 44 abzugeben. Unter diesen Umständen wirkt der Drehmomentgeber als Generator.
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Ein Zweck des Drehzahlgebers 22 liegt in der Schaffung eines Reaktionsdrehmomentes, das über die Bauelemente 26, 6 wirksam ist, um den Betriebszustand des Primärantriebes 2 aufrechtzuerhalten. Da dieser mit konstanter Drosselung und daher mit im wesentlichen konstantem Drehmoment arbeitet, ist es notwendig, daß der Drehzahlgeber 22 im wesentlichen als ein mit konstantem Drehmoment und variabler Drehzahl arbeitender Generator wirkt. Wenn beispielsweise die Primärantriebsdrehzahl abnimmt, zeigt der Meßwertfühler 36 die Drehzahländerung an und bewirkt, daß das elektromagnetische Drehmoment des Drehzahlgebers.22 abnimmt, wobei eine geringere Last an dem Primärantrieb liegt. Eine Reduzierung der Last bewirkt, daß der Primärantrieb seine Drehzahl steigert, wobei dessen gewünschter Betriebszustand wieder hergestelltwird, Umgekehrt bewirken Steigerungen der Primärantriebsdrehzahl eine Steigerung der Belastung des Drehzahlgebers 22, wobei eine Reduzierung der Primärantriebsdrehzahl erfolgt.
Demnach hält der Drehzahlgeber 22 die Drehzahl des Primärantriebes 2 aufrecht, so daß sich dessen Bezeichnung hieraus rechtfertigt. In ähnlicher Weise besteht die Wirkung des Drehmomentgebers in der Vergrößerung und Verkleinerung des von dem Primärantrieb erzeugten, an die Abtriebswelle 18 abgegebenen Drehmomentes, so daß auch diese Bezeichnung hieraus gerechtfertigt ist. Die von dem Drehzahlgeber 22 abgegebene Leistung ändert sich direkt mit dessen Drehzahl unbeschadet Drehmomentlaststörungen. Diese Ausgangsleistung wird an die Batterie 44 zum Zwecke der Speicherung und/oder zur Ausnützung beim Betrieb des Drehmomentgebers 42 als Motor abgegeben. Die durch den Drehmomentgeber 42 aufgenommene oder erzeugte Leistung ändert sich sowohl mit der Drehzahl als auch dem Drehmoment, jedoch wird keine derartige Ausgangsgröße an den Drehzahlgeber 22 abgegeben.
Demgemäß ermöglicht die beschriebene Kraftübertragung einen Kraftfluß zu und von der Abtriebswelle 18 auf verschiedene Weise, wie dies nachfolgend zusammengestellt ist. Erstens kann die Primärantriebsleistung mechanisch unmittelbar an die Ab-
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triebswelle 18 über das Planetengetriebe abgegeben werden. Zweitens kann die Primärantriebsleistung in dem Drehzahlgeber 22 in eine andere Energieform, vorliegend elektrische Energie, umgewandelt und danach an den Drehmomentregler 42 bzw. Drehmomentgeber 28 abgegeben werden, wo sie in mechanische Leistung zurückverwandelt wird, und zwar mit einer anderen Drehmoment- ' Drehzahl-BeZiehung als sie von dem Primärantrieb zu erhalten war. Drittens kann Leistung von dem Primärantrieb über den Drehzahlgeber 22 abgegeben werden, wo eine Umwandlung in elektrische Energie erfolgt. Diese Energie wird alsdann in der Batterie 44 gespeichert und nachfolgend in dem Drehmomentgeber 28 verwendet. Viertens kann Leistung von dem Primärantrieb , durch das Planetengetriebe zu der Welle 14 und sodann durch die Zahnräder 16, 32 zu dem Drehmomentgeber 28 abgegeben werden, welcher als Generator wirkt und die mechanische Energie in elektrische Energie zur Batterieaufladung umwandelt.. Der letzte Weg ermöglicht einen Verlauf mechanischer Leistung von dem Rad 20 in der gerade beschriebenen Weise durch die Zahnräder 16, 32 zu dem Drehmomentgeber 28, wo eine Umwandlung mit nachfolgen- , der Energiespeicherung in der Batterie stattfindet. Diese Betriebsart kann als regenerative Bremsung bezeichnet werden. Es ist auch möglich, die regenerierte Energie von dem Drehmomentgeber 28 auf verschiedene Weise zu verteilen, beispieleweise auf Widerstände. Diese Form der regenerativen Bremsung ist als dynamische Bremsung bekannt.
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Sowohl die regenerative als auch die dynamische Bremsung können in Verbindung mit verbesserten automatischen Bremssystemen verwendet werden. Beispielsweise können Bremseinrichtungen für NichtSchienenfahrzeuge in der Kraftübertragungseinrichtung enthalten sein, wobei die Radabbremsungs(Gleit)-Bedingung1 abgefühlt und das Ausmaß der Bremsung geregelt werden.
Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 18 vom Ruhezustand ansteigt, wird eine bestimmte Drehzahl eryeipht, die nachfolgend ala Übergangsdrehzahl bezeichnet ist, wobei infolge der Kinematik des Planetengetriebes die Drehzahl des Drehzahlgebers 22den Wert
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- ίο -
Null erreicht. Bei der Übergangsdrehzahl wird die Bremse 4-6 auf ein Signal des Drehzahlreglers^,J-O betätigt, um eine weitere Drehung der Drehzahlgeberwelle/sowie des Planetenradträgers 6 in Rückwärtsrichtung zu verhindern. Gleichzeitig wird der Drehzahlgeber 22 elektrisch von dem Leistungsübertragungsweg getrennt. Die Bremse 46 erzeugt danach das erforderliche Reaktionsdrehmoment an dem Planetengetriebe, so daß die gesamte Primärantriebsleistung unmittelbar auf den Zahnkranz 12 und damit auf die Abtriebswelle 18 übertragen wird. Wenn die Drehzahl der Abtriebswelle 18 unter die Übergangsdrehzahl fällt, wird die Bremse 46 freigegeben, und der Drehzahlgeber 22 wird elektrisch erneut angeschlossen.
Oberhalb der Übergangsdrehzahl muß der Primärantrieb, welcher nun unmittelbar mit der Abtriebswelle 18 gekuppelt ist, mit einer Drehzahl unmittelbar proportional der Abtriebswellendrehzahl Haufen. In diesem Betriebszustand kann die Bedienungsperson zusätzlich zu der Steuerung von Richtung und Größe des Drehmomentes des Drehmomentgebers eine Drossel an dem Primärantrieb betätigen und steuern, wobei die abgegebene Leistung gesteuert wird.
Wenn somit das Rad 20 oberhalb der Übergangsdrehzahl verläuft, teilen der Drehmomentgeber 28 sowie auch der Primärantrieb 2 den Leistungsbedarf des Rades 20. Diese Lastteillogik wird durch den Drehmomentregler 42 erreicht, welcher den Leistungsbedarf an der Abtriebswelle 18 zwischen dem Primärantrieb und dem Drehmomentgeber 28 aufteilt. Beim Arbeiten in der obigen Betriebsart kann die Leistungsübertragung, die bei Übergangsdrehzahl entweder von dem Primärantrieb oder dem Rad 20 ausgeht, noch in dem Drehmomentgeber 42 zur Speicherung in der Batterie umgewandelt werden, wie vorangehend beschrieben wurde.
Bei Anwendungsfällen in Fahrzeugen ist es erwünscht, die Größe der abgegebenen Leistung des Primärantriebes auf den durchschnittlichen Leistungsbedarf an dem Rad 20 anzupassen, wobei die Batterie dazu verwendet wird, um schnelle Antriebsleistungsänderungen zu erzeugen oder absorbieren. Wenn sich die duroh-
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schnittliche auf die Straße zu bringende leistung über eine geeignete Zeitdauer ändert, sollte die Primärantriebsleistung nachgestellt werden, um diese Änderung wiederzugeben. Bei dem vorliegendenAusführungsbeispiel ist ein Fühler 60 für gespeicherte Energie mit einem Drosselbetätigungselement an dem Primärantrieb 2 über eine Leitung 62 verbunden. Wenn somit die Größe der !Batterieenergie fällt, was die Notwendigkeit für eine größere Primärantriebsleistung ergibt, wird ein Signal von dem Fühler.60 zu dem Drosselbetätigungselement für den Primärantrieb weitergeleitet, um die von dem Primärantrieb/abgegebene Leistung zu steigern. Wenn die Leistungsabgabe des Primärantriebes größer als der durchschnittliche auf die Straße zu bringende Leistungsbedarf ist und die Batterie 44 einen voll geladenen Zustand erreicht, wirkt der Fühler 60 im Sinne einer Drosselung der Primär- J antriebsleistung. Diese Übersteuerung kann sowohl während der ersten als auch während der zweiten Betriebsart angewendet werden. Zusätzlich können andere Ausführungsformen von Fühlern, welche die durchschnittliche auf die Straße zu bringende Leistung in Beziehung zu der von dem Primärantrieb zu erbringenden Leistung setzen, verwendet werden.
Die Kraftübertragungseinrichtung unter Verwendung von Vielfachenergiequellen weist verschiedene Vorteile gegenüber bekannten vollmechanischen Kraftübertragungs einrichtungen auf, wenn eine -". Anwendung auf Fahrzeuge erfolgt. Die Betriebsart-Übergangsgeschwindigkeit kann so gewählt werden, daß sie der oberen Grenze der Fahrzeuggeschwindigkeiten in einem Stadtgebiet entspricht, % beispielsweise der gesetzlich festgelegten Höchstgeschwindigkeit. Damit befände sich die Kraftübertragungseinrichtung die meiste Zeit während eines Betriebes im Stadtbereich (unter dem Betriebsart-Übergang) in der ersten Betriebsart, und eine Brennkraftmaschine als Primärantrieb würde bei quasikonstanter Drehzahl und quasikonstantem Drehmoment arbeiten. Beim Arbeiten auf diese Weise kann der Primärantrieb mit hohen Verhältniswerten eines Luft/Kraftstoff-Gemisches betrieben werden, wobei ein' hoher Verbrennungswirkungsgrad und eine geringe Abgabe von Abgasen sicher*, gestellt werden. Kraftstoffanreicherungseinrichtungen, beispielsweise eine Besehleunigerpumpe an dem Vergaser zur Verarbeitung
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schneller Leistungs- und Drehzahlsteigerungen sind ebenfalls nicht erforderlich. Da das Energiespeichersystem verwendet,wu£ Leistungsspitzen zu ermöglichen,kann der Primärantrieb bei einer .Leistungseinstellung in Zuordnung zu dem durchschnittlich auf die Straße zu bringenden Leistungsbedarf arbeiten. In beiden Betriebsarten würde die PrimätpQ-eistung einen geringeren Abg"abeleistungsbedarf widerspiegeln als dies normalerve.se in Rechnung gestellt wird, wobei die Verwendung kleinerer Primärantriebe ermöglicht wird.
Die erfindungsgemäße Kraftübertragungseinrichtung hat besondere Vorteile im Vergleich zu wahlweisen Möglichkeiten der Anordnung der größeren Bestandteile. Da der Drehzahlgeber lediglich die Differenz zwischen-der, gesamten PrimärÄusgangsleistung und dem Teil der Primä^eistungAaben muß, welcher unm-i-"t'telbar lu%n ia ( n|n 3 Zahnkranz 12 geliefert wird, und weil die Primärantrieba^Leistung niedrig ist, während sich der Drehzahlgeber 22 in Betrieb befindet, können die Abmessungen des Drehzahlgebers kleiner sein, als dies in bereits bekannten Energieübertragungseinrichtungen der Pail ist, wo der Primärantrieb unmittelbar antreibt und eine Generator- sowie die gesamte Primä^eistung durch einen Generator gehandhabt werden müssen. In ähnlicher Weise können die Abmessungen des Drehmomentgebers unter diejenigen einer Kraftübertragungseinrichtung reduziert werden, bei welcher die gesamte Antriebsleistung durch einen Zugmotor verlaufen muß.
Die ins einzelne gehende Beschreibung des Drehmomentgebers erfolgt in Verbindung mit einem Fahrzeugantrieb, jedoch können die Regelfunktionen und Arbeitskennwerte genauso gut in anderen Fällen angewendet werden, wo geregelte Drehmomente und Leistungswerte erforderlich sind. Die Hauptfunktionen des Drehmomentgebers 28 liegen in der Abgabe eines zusätzlichen Drehmomentes an die Abtriebswelle 18 nach Bedarf, wie dies beispielsweise für Beschleunigung, Aufrechterhaltung anomal hoher Geschwindigkeiten, Bergauffahrt oder dergleichen erforderlich ist, und ferner die Aufnahme von Leistung aus der Abtriebswelle 18 bei Verlangeamungsvorgängen, Bergabfahrt oder Überschußleistung aus dem Primäran-
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trieb. Somit betätigt der Drehmomentgeber 28 beim Vorliegen eines Befehls aus dem Drehmomentregler 42 den Energiespeicher,bzw, die Batterie 44 auswahlmäßig in einer Motorbetriebsart, um Leistung von dem Drehzahlgeber 40 und/oder der Vorrichtung auf die Räder oder in einer Generatorbetriebsart eine überschüssige Antriebswellenleistungen in den Energiespeicher einzuspeisen.
Fig. 2 zeigt eine Betriebsart der erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinrichtung,,, bei welcher elektrische Energie von dem Drehzahlgeber 22 (als Generator wirkend) und/oder der Batterie zu dem Drehmomentgeber 28 (als Motor wirkend) gliefert wird, wobei die elektrische Leistung in mechanische Leistung umgewandelt und auf die Abtriebswelle 18 gekoppelt wird. In dieser Betriebsart liegen der Drehmomentgeber 28, der Drehzahlgeber 22 | und die Batterie 44 in wirksamer Weise in einem Kreis mit einem Zeitverhältnis-Leistungssteuerschalter 100. Die Größe der durch den Schalter 100 übertragenen Leistung wird auf der Grundlage einer zyklischen Basis mit variabler Beanspruchung bestimmt. Der Schalter 100 wird für zumindest einen Teil jedes Zyklus eines mit konstanter Frequenz arbeitenden Taktimpulsgebers 102 zur Leistungsübertragung geschlossen, während ein variabler Zeitimpulsgeber 104 eine Zeitgröße während jedes Zyklus bestimmt, während welcher der Schalter 100 offen ist, und zwar im Sinne einer Sperrung einer Leistungsübertragung. Das Verhältnis der Einschaltzeit zu der Periodenzeit jedes Taktimpulses stellt die Einschaltzeit der Leistungsregelung dar. Je größer dieses Ver- · -J, hältnis ist, und zwar bis zu 100 $, desto näher ist der Zeitverhältnis-Leistungssteuerschalter einem Kurzschluß, welcher eine maximale Einspeisung der gesamten zur Verfügung stehenden Leistung von der aus Batterie 44 und Drehzahlgeber 28 bestehenden Anordnung zu dem Drehmomentgeber 28 (Motorbetrieb), bewirkt. Wenn jedoch die Äusschaltzeit den Wert 100 fo erreicht, wird umgekehrt der Schalter 100 zu einem offenen Stromkreis, welcher alle elektrische Leistungszufuhr zu dem Drehmomentgeber 28 blockiert.
Der variable Zeitimpulsgeber 104 wird durch mehrere Signale ,gesteuert, wie nachfolgend noch näher erläutert ist. Die haupt-
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sächliche Steuereingangsgröße kommt jedoch von einer Bedienungsperson und verläuft durch ein Geschwindigkeits/Beschleunigungs-Steuerelement bzw. Fußpedal 106 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Stellung des Fußpedals 106 gegenüber einer Bodenplatte in einer Steuerkabine legt die Abschaltzeitimpulslänge des variablen Impulsgebers 104 elektrisch fest.
Ein Betriebsart-Umschalter 108 wird durch die Einstellung des Fußpedals 106 beeinflußt. Beispielsweise bewirken die oberen Stellungen des Fußpedals 106, daß der Betriebsart-Umschalter auf eine "regenerative" Betriebsart für eins Drehmomentgeber-Feldlogikschaltung 110 und andere Drehmomentgeber-Steuerungen gebracht wird und in wirksamer Weise einen variablen Bremseffekt schafft, während die unteren Stellungen des Fußpedals 106 die Motorbetriebsart gemäß Fig. 2 einstellen. Zusammenfassend stellt die mittlere Stellung des Fußpedals 106 einen Abschaltzustand für das System dar. Die oberen Stellungen erzeugen eine regenerative Betriebsart von variabler Wirkung. Die unteren Stellungen ergeben eine Motorbetriebsart von variabler Leistungsübertragung von der aus Batterie 44, Drehzahlgeber 22 und Regler bestehenden Kombination. Die äußerste untere "bodennahe" Stellung des Fußpedals 106 kann verwendet werden, um den Schalter 100 kurzzuschließen und alle zur Verfügung stehende Leistung dem Motor zuzuführen, beispielsweise zum Überholen oder für andere Notfälle.
Gemäß Fig. 3 ist das stark vereinfachte Blockschaltbild nach Fig. 2 im wesentlichen wiederholt, jedoch ist eine regenerative Betriebsart dargestellt, durch welche Leistung von der Abtriebswelle 18 in Form einer unerwünschten Fahrgeschwindigkeit oder einer überschüssigen Leistung von dem Primärantrieb auf den Drehmomentgeber 28 (Generatorbetrieb) gegeben wird, um die Batterie 44 aufzuladen oder eine elektrische Bremswirkung zu erreichen, je nach Wunsch. Das Fußpedal 106 steuert die Betriebsart, d.h. Beschleunigung, Verlangsamung, Freilauf oder dergleichen, sowie die Größe der periodischen Einschaltzeit, welche durch den Schalter 100 erzielt wird. Wie angegeben, ist die gezeigte Betriebs art "regenerativ", wobei der Drehmomentgeber 28 und Beine FeIdlogikschaltung 110 veranlaßt werden, ala Generator zu wirken,
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der durch die Abtriebswelle 18 angetrieben wird, und wobei der Schalter 100 veranlaßt wird, eine elektrische Ladung in die Speicherbatterie 44 oder elektrische Verbraucher wie bei einer dynamischen Bremsbetriebsart gemäß einem Tastzeitzyklus einzuspeisen, der in erster Linie durch die Hauptsteuerung bestimmt ist. ■
Der Taktimpulsgeber 102 sowie der variable Zeitimpulsgeber 104, von denen der letztere durch das Fußpedal 106 gesteuert wird, steuern wiederum die periodische Tastzeit der elektrischen Kopplung des Drehmomentgebers 28 mit der Batterie. Bei dieser Betriebsart wird jedoch ein Teil der von dem Drehmomentgeber zur Verfugung stehenden Leistung längs einer Sammelleitung 112 kurzschlußmäßig zurückgeführt. Dieses Merkmal der Erfindung er- ä gibt, wie nachfolgend erläutert wird, ein dynamisches Energieoder Stromspeicherphänomen in der Induktivität des Drehmomentgenerators 28/irgendwo in der Schaltung, das verwendet wird, um eine die Batteriespannung übersteigende Spannung zu erzeugen und auf diese Weise eine direkte Batterieladung' von dem Drehmomentgeber 28 (Generatorbetrieb) zu erzielen. Bei dieser Betriebeart kann eine elektromagnetische Bremsung wunschgemäß automatisch erzielt werden, wje dies durch die Anordnung des Fußpedals 106 bestimmt ist. Die Zusammenwirkung der Generator- und Motoreffekte des Drehzahlgebers 22 sowie des Drehmomentgebers 28 werden nachfolgend voneinander unterschieden und erläutert.
Die Darstellung d.er Schaltung nach Pig. 4 ist in wesentlichem f Umfang schematisch, umfaßt jedoch gestrichelte Umrandungen, um bestimmte Hauptbestandteile zu zeigen, von denen einige zu-
Teilweise
mindesy den durch Blöcke dargestellten Baueinheiten der vorangehenden Figuren entsprechen. Obwohl gleiche Bezugsziffern verwendet sind, um eine gewisse Ähnlichkeit der Gesamtfunktion anzuzeigen, beziehen sich die Elemente des besonderen gewählten Beispiels nach I1Xg. 4 nicht notwendigerweise in voller Gleichartigkeit auf diejenigen nach den vorangehenden Figuren. Ferner sind Besonderheiten, welche in einigen der Figuren gezeigt sind, lediglich beispielsweise und lediglich für den Zweck der. erläuternden Besehreibung gedacht. Diese Besonderheiten werden
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in jedem Pall "datgeboten, um zu zeigen, was für am günstigsten gehalten wird und die Beschreibung der Erfindung am meisten erleichtert. Aufbaumäßige Einzelheiten oder betriebsmäßige Gesichtspunkte der Anordnung sind nicht in mehr Einzelheiten dargestellt, als dies für ein fundamentales Verständnis der Erfindung für erforderlich gehalten wird.
Der Schalter 100 umfaßt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Leistung übertragenden gesteuerten Siliziumgleichrichter (nachfolgend GSG) 114, dessen Anode mit dem Betriebsartumschalter 108 über eine Leitung 116 und über eine Leitung 117 sowie eine Diode 118 mit einem positiven Anschluß 120 der Batterie 44 verbunden ist. Der negative Anschluß der Batterie 44 ist mit einer Erdleitung 122 verbunden. Die Anode eines kommutierenden GSG Ί24 und ein Anschluß eines kommutierenden Kondensators 126 sind ebenfalls mit der Leitung 117 verbunden. Die Kathode des GSG 124 sowie der andere Anschluß des kommutierenden Kondensators 126 sind durch eine Parallelschaltung aus einer reihengeschalteten "V. Blockierdiode 128 sowie einer kommutierenden linearen Drossel und einer kommutierenden sättigbaren Drossel 132 verbunden. Der gleiche Anschluß des Kondensators 126 ist auch mit der Erdleitung 122 durch eine reihengesohaltete Drossel 134 mit einer Blockierdiode 136 verbunden.
Ein Synchronisierimpulsgenerator 138 ist innerhalb der Blockbegrenzung des Schalters 100 veranschaulicht und umfaßt einen Impulstransformator 140, dessen Primärwicklung durch eine Diode 142 nebengeschlossen und in Reihe mit einer Diode 144 sowie einem Widerstand 164 parallel an dem GSG 114 liegt. Die Sekundärwicklung ist mit umgekehrter Polung zwischen die Erdleitung 122 sowie eine Synchronisationssignal-Ausgangsleitung 148 geschaltet. Parallel zu dem GSG 114 ist ein mittels Fußpedal betätigtes Übersteuerungsrelais 152 angeordnet.
Eine Blockierdiode 150 liegt zwischen der Kathode des GSG !Η sowie/ GSG 124. Eine Aussperrschaltung 154 liegt parallel zu dem Kommutierungs kondensat or 126 und verhindert einen Betrieb des Taktimpulsgebers 102 sowie des variablen Zeitimpulsgebers 104, wenn
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immer die Spannung an dem Kondensator 126 geringer als eine bestimmte Größe ist.
Der Betriebsartumschalter 108 ist bei dem vorliegenden Auafüh-■ rungsbeispiel ein gekoppelter Schalter bestehend aus einer Gruppe, von vier elektromagnetisch betätigten Umschaltern 156, 158, 160, 162. In der "Antriebs-Betriebsart" koppelt der Schalter 156 die Anode des GSG 114 mit dem Batterieanschluß 120. In der "regenerativen" Betriebsart erfolgt eine Kopplung mit der Feldwicklung des Drehmomentgebers 28. In ähnlicher Weise verbindet der Umschalter 158 die Kathode des GSG 114 entweder mit der "Feldwicklung des Drehmomentgebers 28 oder - über die Sammelleitung 112 - mit der Erdleitung 122. Der Timschalter 160 schaltet in der "Antriebs"-Betriebsart über einen Nebenschlußwiderstand 163 teilweise einen Ankerstrom-Pühlwiderstand 164 kurz, um die Empfindlichkeit einer bilateralen Überstrom-Anzeigeschaltung 166 während des "Antriebs-Vorgangs" zu reduzieren, Der Umschalter 162 verbindet den programmierenden Wicklungsatrom mit einem Handantriebswähler 168 zur auswahlmäßigen Bestimmung des RichtungsSinnes des Drehmomentes oder erzeugten Stromes in Zuordnung mit dem Drehmomentgeber 28 gegenüber einer nach "vorwärts" oder "rückwärts" gerichteten Fahrzeuggeschwindigkeit. Eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 170 für den Betriebsartumschalter 108 ist eine Wicklung 172, die durch eine Diode 174 nebengeschlossen ist. Ein Anachluß ist mit der Erdsammelleitung 122 verbunden, der andere Anschluß liegt über eine Leitung 176 an dem Fußpedal 106. |
Die Sammelleitung zu der Feldwicklung des Drehmomentgebers iat auch mit der Kathode einer Rücklaufdiode 177 verbunden, deren ■ Anode zu der Erdsammelleitung 122 zurückgeführt ist.
Der Handantriebswähler 168 weist einen im wesentlichen üblichen Aufbau auf und besteht aus einer von Hand betätigten gekoppelten Gruppe von drei Schaltern 178, 180, 182. D@r Schalter 178 ist tin Teil des Zündstromkreises, während dia Schalter 180, 182 Betätigungsströme durch eine F©ldlog±ksohaXtung 184 leiten, welche ProgrammierwickXungen 186, 188 von Relais programmiert j die den
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Drehmomentgeber 28 steuern. Die drei möglichen Stellungen oder Zustände des Handantriebswählers 168 sind mit "Vorwärts", "Neutral" und "Rückwärts" bezeichnet. Jede der Programmierungswicklung ist durch eine Diode 190, 192 nebengeschlossen und weist einen zu der Erdsammelleitung 122 zurückgeführten Anschluß auf, während die Stromquelle für die Wicklungen die B+ Leitung 194 ist.
Die Pngrammierungswieklung 186 betätigt magnetisch ein gekoppeltes Paar von Schaltern 196, 198, welche in einem Zustand gezeigt sind, bei dem kein Betätigungsstrom in der Wicklung 186 fließt. Der Schalter 196 steuert die Richtung des Kraftstromes (Antrieb oder regenerativ) durch die Drehmomentgeber-Feldwicklung 200, während der Schalter 198 die Betätigung der zusammenwirkenden gegensinnigen Programmierungswicklung 188 steuert. In ähnlicher Weise betätigt die letztere Wicklung einen Schalter 202, welcher zusammen mit dem Schalter 196 die Stromrichtung in dem Drehmomentgeberfeld steuert, sowie ferner einen Schalter 204, welcher funktionsmäßig symmetrisch mit dem Schalter 198 angeordnet ist und die Betätigung der gegensinnigen Programmiererwicklung 186 steuert.
Ein anderer Teil der Feldlogikschaltung ist eine Nullstrom-Ausfallwicklung 206, 208 in Zuordnung zu der Programmierwicklung 186 bzw. 188. Die Ausfallwicklungen steuern auch die Betätigung ihrer entsprechenden gekoppelten Schalterpaare und wirken im Sinne einer Festhaltung derselben in ihrem "Einachalf'-Zustand, so lange wie Strom in der Ausfallwicklung fließt, um eine Betriebsartschaltung auszuschließen, während starke Drehmomentströme fließen.
Der Drehmomentgeber 28 umfaßt ferner einen Anker 210, welcher bei dem vorliegenden Beispiel mit der Feldwicklung 200 seriengeschaltet ist.
Eine "Zünd"-Steuerung 212 iat mit der Batterie 44 in folgender Weise gekoppelt:
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Eine Betätigungswicklung 214, welche durch eine Diode 216 nebengeschlossen wird, ist an einem Anschluß mit der Erdsammelleitung 122 und an dem anderen Anschluß mit einem Abgriff 218 an der Batterie 44 über ein Kraftstrom-Überlast-Ausschaltrelais 220, ein Überdrehzahl-Überspannungs-Ausfallrelais 222, den Handwählschalter 178 und einen Tas-fc-Zündschalter 224 verbunden. Einmal energiebeaufschlagt schließt die Zündsteuerung den Schalter 178 durch einen Schalter 226 kurz, um auf diese Weise dessen Kontaktierungsfunktion fortzuführen, selbst wenn der Schalter 178 von seiner anfänglichen "neutral"-Stellung wegbewegt wird. Das Relais 220 spricht auf einen Strom- oder Temperaturfühler 227 an, während das Relais 222 auf eine übermäßige Batteriespannung anspricht, wie sie durch die Anschlüsse einer Fühlwicklung 229 wahrgenommen werden. Stromempfindliche Sicherungen 231, 233, 235 können gemäß üblichen Sicherheitserwägungen zum Schutz der Schaltung verwendet werden. .
Primärkontakte eines Zündsteuerrelais umfassen einen Schalter 228, welcher den "Batterieanschluß 120 mit dem Schalter 100 verbindet, und einen Schalter 230, welcher den Abgriff 218 mit;'der unteren Spannungs-B+ Leitung 194 verbindet, um Betriebsenergie zu den verschiedenen elektronischen und anderen Steuerschaltungen des Systems zu führen. Eine Blockierpufferdiode 232 kann in die Leitung 194 eingesetzt sein, und eine Filterkapazität 234 kann von dort mit Erde verbunden sein. Der Taktimpulsgenerator 102 erzeugt eine im wesentlichen konstante Frequenz aufweisende Reihe von Impulsen, in einem freilaufenden Betriebszustand, solange die Aussperrschaltung 154 sowie der Schalter 230 die Anlegung einer Betriebs-B+ Spannung, vorzugsweise in der Größenordnung von 24 Volt an die Leitung 194 ermöglichen. Ein-Kondensator 236 wirkt als Störfilter, während eine RC-Schaltung bestehend aus einem Widerstand 238 sowie einem Kondensator 240 die Frequenz der Taktgebung bestimmt, welche bei praktischen Ausführungsbeispielen vorzugsweise 1 KHz beträgt, und zwar infolge auslegungsmäßiger Überlegung und Beschränkungen einschließlich der GSG 124, 114. Ein Widerstand 242 strebt danach, die Taktgeberfrequenz zu stabilisieren, insbesondere gegen Schwankungen der Umgebungstemperatur.
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Ein Einverbindungstransistor 244 wirkt Eigangs-RC-Schaltung aus dem Widerstand 238/240 als Relaxationsoszillator, dessen Ausgangssignal einen Transistor 246 treibt, der wiederum einen PNP-Transistor 248 in den Einschaltzustand auslöst, um einem Impulstransformator 250 über einen Begrenzerwiderstand 252 Energie zuzuführen. Ein Dämpfungswiderstand 254 strebt nach einer Unterdrückung jeglicher Schwingung, welche durch die verteilte Kapezität und Streuinduktivität in Zuordnung zu dem Impulstransformator 250 hervorgerufen wird. Die Sekundärwicklung des Transformators 250 ist durch einen Anschluß mit der Torelektrode des kommutierenden G-SG- 124 verbunden, während der andere Anschluß mit der Kathode des GSG- 124 verbunden ist. Der Aus gangs impuls schaltet den GSG- 124 ein, und eine (nicht mit Bezugsziffer versehene) Diode parallel zu der Impulstransfor— mator-Ausgangswicklung absorbiert die induktive "Schlag"-Energie, während sichergestellt wird, daß keine schädliche negative Spannung von dem G-SG zu der Kathodenschaltung entsteht.
Der variable Zeitimpulsgenerator 104 kann in ähnlicher Weise wie der auf konstanter Frequenz arbeitende Taktimpulsgeber 102 ausgebildet sein, mit der Ausnahme, daß die Frequenz des Zeitimpulsgenerators 104 vorzugsweise über ein wirksames etwa 18;1-Band variierbar ist und eine periodische Einschaltzeit für den GSG-114 von annähernd 5 bis 90 fo ermöglicht. Das System ist jedoch in der Lage, den Zündwinkel auf den Wert Null zu verzögern, wobei eine dem Wert Null entsprechende Energieübertragungsfähigkeit und ein stetig variabler Bewegungszyklus über den Bereich von Null bis Eins geschaffen werden.
Die Zeitjustierung, bei welcher der variable Impulsgeber 104 einen Impuls liefert, um den GSG 114 zurück in den Einschaltzustan<\. zu bringen, wird durch Veränderung der Impedanz eines Transistor"· 256 erreicht, durch welchen ein Zeitgeber-Kondensator 258 geladen wird. Ein getrennter Nebenschlußweg zur Entladung oder begrenzten Ladung des Zeitgeberkondensators 258 verläuft über einen Transistor 260. In jedem Fall wird, wenn die kritische Emitterspannung für einen Einverbindungstransistor 262 an dem
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Kondensator 258 erreicht ist, dieser ausgelöst, wobei in der beschriebenen Weise in Verbindung mit dem eine konstante Frequenz aufweisenden Taktgeber 102 ein Impuls zu der Torelektrode des -GrSG. 114 über einen Impulstransformator 264 übertragen wird, der durch einen PHP -Transistor 266 beaufschlagt ist, welcher wiederum durch einen Transistorverstärker 268 gezündet wird, der in Kaskadenanordnung zwischen dem Einverbindungstransistor 262 sowie dem PHP-Trans is tor 266 liegt. Die G-röße der kritischen Spannung zum Triggern des Einverbindungstransistors 262 wird durch dessen eigene Charakteristik bestimmt, die als Abstandsverhältnis bezeichnet wird. Die Impedanz in dem Entladungsweg für den Kondensator 248 durch den Transistor 256 wird durch das Kommando eines von der" Bedienungsperson zu betätigenden Pedals | 270 in der Geschwindigkeits/Beschleunigungshalbsteuerung 106 Taestimmt. Ein Potentiometer 272 wird durch Auslenkung des Pedals 270 gesteuert. Der Mittelpunkt des Potentiometers 272 ist bei diesem Beispiel mit der B+ Sammelleitung 194 verbunden, während die äußersten Anschlüsse symmetrisch mit der Erdsammelleitung 122 über einen Widerstand 274 bzw. 276 verbunden sind. Demgemäß ist, je weiter der Potentiometerschleifer von seinem Mittelpunkt ausgelenkt ist, desto größer die Impedanz in dem Kreis des Transistors 256 und somit desto kleiner die Periode für den Kondensator 258, um sieh auf seinen kritischen Wert aufzuladen.
In ähnlicher Weise beeinflußt der Transistor 260 auch die Ladung i des Zeitgeberkondensators 258. Dessen Wirkung ist entgegengesetzt derjenigen des Transistors 256 insofern, als der Translator 260 eine Entladung des Kondensators 258 anstrebt, wobei auf diese Weise die Zündung des Einverbindungstransistors 262 verzögert wird. Bei diesem Beispiel sind drei Eingangseignalquellen zu der Steuerelektrode des Transistors 260 verlaufend vorgesehen, welche dessen Leitfähigkeit zu steigern und den Zeitgeberkondensator 258 zu entladen suchen. Die erste dieser Quellen stellt das Synchronisationssignal von dem Impulstransformator 140 dar, welches über eine·Blockierdiode 278 und einen empfindlichen Steuerwider3tand 280 zugeführt wird. Das Synchronisationaaignal
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tritt zu jeder Zeit auf, wenn der GSG- 114 "wegkommutiert" wird und reicht vorzugsweise aus, um eine im wesentlichen vollständige Entladung des Kondensators 258 hervorzurufen.
Ein zweites Steuersignal wird von einem Überspannungs-Signalvergleicher 282 zugeführt. Ein drittes Signal ist ein Überstromsigpal von einer Überstrom-Anzeigeschaltung 166. Beide oder jedes dieser Signale werden auf der Basis des Transistors 260 eingeprägt.
Die Überspannungs-Anzeigesehaltung umfaßt im wesentlichen einen Differentialverstärkertransistor 286, dessen eine Basis mit dem Ausgangsanschluß des Ankers 210 und dessen andere mit dem Batterieanschluß 218 gekoppelt ist.
In ähnlicher Weise umfaßt ein bilateraler Überstromdetektor einen Differentialverstärker 288, dessen Basis parallel zu dem Fühlwiderstand 164 liegt.
Zusätzliche Kontakte mit digitalem Charakter werden in Abhängigkeit von der Auslenkung oder Stellung des Pedals 270 betätigt. Ein Schalter 290 verbindet die B+ Sammelleitung 194 mit der Betriebsartbetätigungseinrichtung 170, wenn immer bei dem vorliegenden Beispiel das Pedal 270 um mehr als die Hälfte niedergedrückt wird. Ein Schalter 292 schließt die Basis zum Emitterkreis des Transistors 256 kurz, wenn das Pedal sich in der Mittelstellung, nämlioh der Betriebsnrt-Änderungsstellung befindet. Ein Schalter 294 schließt das Übersteuerungsrelais 152, um eine hundertprozentige periodische Stromansteuerung in der Antriebsbetriebsart herzustellen, wenn das Pedal niedergedrückt ist, jedesmal beim Überholen eines Anderen, um eine maximale Motorausgangsleistung zu erreichen.
Im Betrieb entspricht die Grundstellung des Pedals. 270 einer regenerativen Betriebsart mit einer maximalen Stromaneteuerung. Jedoch liegt anfänglich keine Leistungsabgabe zu dem Schalter
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100 vor, der kommutierende Kondensator 162 ist nicht aufgeladen, und die Ausschließungssclialtung 154 schließt eine Schwingung des Taktimpulsgebers 102 und des variablen Zeitimpulsgebers 104 aus. Wenn die Bedienungsperson das Pedal 270 zu der Mittelstellung niederdrückt, schließt der Schalter 290 und aktiviert den Betriebsartumschalter 108 zur Umkehrung des Zustandes der Schalter 156, 158, 160, 162 von der gezeigten "regenerativen" Betriebsart zu der "Antriebs"-Betriebsart. Der Schalter 290 kann lediglich diese Betätigungsschaltung vollenden, wenn ein Schalter 296, betätigt durch die Programmierwicklung 186, und dessen Nullstrom-Ausfallwicklung 206 geschlossen sind, d.h., wenn kein Stromfluß in den Schaltungen mit gesteuertem Siliziumgleichrichter und dem Drehmomentgeber 28 vorliegt. |
Wenn der Schalter 100 seinen Zustand wechselt, wird Energie an dem Schalter 100 verfügbar, und die Ausschlußschaltung ermöglicht, daß der Taktimpulsgeber 102 und der variable Zeitimpulsgeber schwingen. Wenn das Pedal 270 weiter niedergedrückt wird, so wird das Signal von dem Potentiometer 272 zu dem Transistor 256 negativer, und der Impulsgeber zündet gegenüber dem Zeitimpuls früher, wobei auf.diese Weise die Abschaltzeit verkürzt wird, was eine Steigerung der periodischen Stromansteuerung des gesteuerten Siliziumgleichriohters und die Übertragung von Leistung zu dem Drehmomentgeber 28 bedingt.
Wenn das Pedal 27Q durch die Mittelstellung läuft, wechselt . * der Umschalter 162 auf "Antrieb", der Schalter 202 wird aktiviert, und das System wird in der Antri-.bsbetriebsart verriegelt, solange Strom in der Leistungsschaltung fließt. Die Verriegelung kann durch einen normalerweise offenen Hilfsschalterkontakt 298 und einen normalerweise geschlossenen Schalterkontakt 300 bewerkstelligt werden, welche beide durch die Programmierungswicklung 188 betätigt werden.
Wenn die Bedienungsperson das Pedal 270 freigibt, sinkt die an den Drehmomentgeber 28 abgegebene Kraft auf Null, Bei auf Null
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eingestelltem Drehmomentgeberstrom schnappt die Programmierwicklung 188 in ihren Abschaltzustand und ermöglicht dem Betriebsartumschalter 108 sowie den Schaltern der Programmierwicklung 186 zu schließen, wobei auf diese Weise die Polung der Drehmomentgeber-Feldwicklung umgekehrt und eine Regenerierung eingeleitet werden. Wenn einmal die Programmierwicfklung ■*_. 186 betätigt ist, wird diese über ihre Stromwicklung 206 verriegelt. Der Schalter 296 sowie ein normalerweise geschlossener Schalter 302, ebenfalls betätigt durch die Programmierwicklung 186, stellen sicher, daß der Betriebsartumschalter 108 in seiner "reger- · nerativen" Stellung bleibt und kein Signal an dem "Antriebs"-Teil des Potentiometers 272 zur Verfügung steht.
Der Schalter 292 schließt einen Beschleunigungskondensator 304 in der Basisschaltung des Transistors 256 jedesmal dann kurz, wenn das Pedal 270 durch den Mittelpunkt des Potentiometers 272 verläuft, um sicherzustellen, daß der Kraftfluß mit geringer glatter Zunahme ansteigt, so daß Diskontinuitäten beim Drehmomentaufbau und jede schädliche Stoßbelastung der mechanischen Systeme vermieden werden.
Wie vorstehend erläutert wurde, erfolgt eine Entladung des Zeitgeberkondensators 258 durch den Transistor 260 mittels dea Synchronisationssignal3 an der Leitung 148 jedesmal dann, wenn der G-SG 114 abgeschaltet wird. Dies stellt sicher, daß der GSG 114 über genau die Zeit abgeschaltet bleibt, die durch die Bedienungsperson festgelegt wird. Dies steigert auch die Zuverlässigkeit der Betriebsweise durch Startzeitgebung lediglich nachdem der GSG 114 abgeschaltet wurde und ermöglicht/periodische Stromansteuerung, die 100 $ erreicht. Auf diese Weise wird der variable Zeitimpulsgenerator 104 an den Taktimpulsgeber 102 gekoppelt, und die Zählzeit des variablen Zeitimpulsgebers 104 wird eingeleitet, wenn der GSG 114 abgeschaltet wird. Wenn die Zählzeit kurz ist, d.h. die durch den PNP-Transistor 256 dargebotene Impedanz niedrig ist, erfolgt eine erneute Einschaltung des GSG 114 zu einem früheren Zeitpunkt in dem Zyklus, und die periodische Stromansteuerung wird größer. Der umgekehrte Fall
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tritt ein, wenn die Zählzeit lang ist.
Bei einer Gesamtbetrachtung deB Zeitverhältnis-Leistungssteuer-· schalters 100 ergibt sich, daß der GSG 114 anfänglich eingeschaltet ist und der G-SG- '124 durch den Zeitsteuerimpuls eingeschaltet wird. Dies ergibt kurzzeitig später, daß beide GSG- abgeschaltet und der variable Zeitimpulsgeber 104 durch Entladung des Kondensators 258 zurückgestellt wird. Wenn der Kondensator
• ab
258 wieder geladen wird, erfolgt eine Impul^gabe, und der GSG 114 wird wiederum eingeschaltet, wobei er eingeschaltet bleibt, bis er wiederum durch das Auftreten des Zeitsteuerimpulses an dem Tor des kommutierenden GSG- 124 abgeschaltet wird.
Wenn Energie anfänglich durch Umschaltung des Betriebs'artum- '" schalters 108 auf "Antrieb" zugeführt wird, so wird der kommutierende Kondensator 126 durch das Drehmoment über die Drossel 134 sowie die Diode 136 geladen, wenn die Programmierwicklung 188 betätigt wird. Sobald der Kondensator 126 geladen ist, beginnen der Taktimpulsgeber 102 sowie der variable Zeitimpulsgeber' 104 zu schwingen, was eine Einschaltung des G-SG 114 durch einen Impuls von dem Impulstransformator 264 des variablen Zeitimpulsgebers 104 bedingt. Bei der Antriebsbetriebsart verläuft alsdann Energie von der Batterie 44 durch den Betriebsartumschalter 100 (dessen Umschalter 156, 158), den Schalter 202 in der Feldlogikschaltung 184, die Drehmomentgeber-Feldwicklung sowie den Verriegelungsschalter 196 in den Drehmomentgeber-Anker | 210. ' ■
In Intervallen von einer Millisekunde schaltet bei diesem auf Zeitsteuerimpulse von 1 KHz bezogenen Beispiel der die konstante Frequenz erzeugende Taktimpulsgeber 102 den kommuiierenden GSG 124 ein. Der Kondensator 126 entlädt sich durch den GSG- 124, die Drossel 130 sowie die Diode 128. Wenn diese IC-Kombination eine Schwingung von 180° ausgeführt hat, ist die Spannung an dem Kondensator 126 gleich der Versorgungsspannung. Die Spannung an der Sättigungsdrossel 132 treibt das Bauelement in die negative Sättigung. Sobald die Drossel gesättigt ist, wird die Spannung
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des Kondensators 126 den GSG-'s 114, 124 aufgeprägt, so daß diese durch eine Spannung negativ vorgespannt werden, die gleich der Versorgungsspannung ist. Dadurch werden beide GSG-'s (zu beachten ist, daß der Siliziumgleichrichter 124 schon abgeschaltet sein kann) abgeschaltet, so daß der Laststrom durch die Motordrossel fortgesetzt durch die Rücklaufdiode 177 zirkuliert. Der Kondensator 126 ist mit der Erdsammelleitung über die Diode 150 verbunden. Die Diode 177 "lädt" wieder auf die Versorgungsspannung auf. Nach der von der Bedienungsperson gesteuerten Zeitverzögerungsperiode schaltet der variable Zeitimpulsgeber den GSG 114 wieder ein, und es verläuft Energie von der Batterie zu dem Motor.
Der gleiche Zeitverhältnis-Leistungssteuerschalter 100 wird für die Antriebs- und Regenerierbetriebsart verwendet. Die periodische Stromansteuerung arbeitet in der gleichen Weise für jede Betriebsart und ist gemäß den vorangehenden Ausführungen so ausgebildet, daß sie beim vorliegenden Beispiel symmetrisch zu der Einstellung des Potentiometers 272 des Fußpedals 106 gegenüber dessen Mittelstellung arbeiten. In der Regenerierbetriebsart fließt indessen, wenn der GSG 114 eingeschaltet ist, der Generatorstrom unmittelbar durch die Sammelleitung 112 zurück zu dem Generator, wobei verhältnismäßig große Energiewerte in den Anker- und Feldinduktivitäten aufgebaut werden, was bedeutet, daß diese "aufgeladen" werden. Wenn danach der GSG 114^-geöffnet oder in die Ausschaltstellung kommutiert wird, so wird / auf diese Weise gespeicherte Energie in die Batterie 44 über die Diode 118 eingespeist. Ferner werden die Schaltungsparameter einschließlich der Induktivitäten und Zeitkonstanten innerhalb der Auslegungsperioden-Grenzen gewählt, wobei, je länger der Strom sich in der Generatorinduktivität aufbauen kann, desto größer die Energie pro Zyklu3 ist, dio in die Batterie eingespeist wird. Die Winkelgeschwindigkeit des Ankers ist ein wichtiger augenblicklicher Parameter. Der Stromanstieg in dem Anker ist eine Funktion desjen^n in dem Feld 200. Da somit beim vorliegenden Beispiel sich diese beiden in Reihe befinden, tritt ein regenerativer Exponentialeffekt auf, aus dem erfindungsgemäß ein beachtlicher Vorteil gezogen wird.
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Bei der Umschaltung auf die regenerative Betriebsart aktiviert ein Signal der Bedienungsperson von dem Pedal 106 die Schalter 196, 198, deaktiviert die Schalter 202, 204 und kehrt den Zustand des Betriebsartumschalters 108 um. Diese Änderungen treten auf, .wenn und sofern der "Antriebs"-Laststrom in der Nullstrom-Ausfallwicklung 208 auf Null abgefallen- ist, sowie ferner unter der Voraussetzung, daß der kommutierende Kondensator 126 geladen wird. Der GSG 114 verbindet das Drehmomentgeber-Feld bei gegenüber dessen-Anschluß in der Antriebs-Betriebsart umgekehrter Polung mit der Erdsammelleitung 122. Die Feldlogikschaltung 184 orientiert das Feld so, daß die gewünschte Polung der elektromotorischen Kraft des Zählers unbeschadet davon erhalten wird, ob das System sich in seiner Antriebs- oder Regenerativbetriebsart befindet. Die anfängliche Spannung an dem rotierenden "Ge- | nerator"-Anker wird durch die Wirkung von Rest-Rückkopplungs-(Tickler-) oder anderen permanenten I1Iu ß element en erreicht.
Der Stromfluß durch die Feldwicklung 200 über den GSG 114, wenn dieser eingeschaltet ist, bewirkt die gewünschte magnetische Energiespeicherung in der Feldwicklung 200. Wenn der GSG 114 abgeschaltet ist, muß die auf diese Weise gespeicherte Energie, wenn Gleichgewicht aufrechtzuerhalten ist, entladen werden. Demgemäß steigt die Spannung an den Drehmomentgeber-Induktivitäten auf einen höheren Wert als die Batteriespannung um den Wert des Spannungsabfalls an der Diode 118 an, wenn Strom in die Batterie eingespeist wird. Während dieses Teils des Zyklus wird der kommutierende Kondensator 126 fast augenblicklich erneut geladen, und das System ist zum nächsten Zyklus bereit.
Wie vorangehend erwähnt wurde, schließen die Kontakte des Umschalters 160 des Betriebsartumschalters 108 in wirksamer Weise einen Teil des Stromfühlerelementes 164 kurz, wenn sich das System in der Antriebsbetriebsart befindet. Der Zweck dieser Empfindlichkeitssteuerung liegt in der Steigerung des Pegels, bei welchem die Steuerfunktion des Überstromanzeigers 166 be-, ginnt, den Ausgangsatrom zu begrenzen. In der Antriebsbetriebsart wird der Grenzetrom so gewählt, daß er etwa den dreifachen Wert erreicht, während bei der regenerativen Betriebsart die
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- 28 Drehmomentgeber-Bemessung selbst als die Grenze gewählt wird.
Die Kontaktgeber der Feldlogik-Promgrammierwicklungen werden verriegelt, um eine Sicherheit gegenüber fehlerhaftem Betrieb sicherzustellen. Die Hilfskontakte 296, 302 und 298, 300 schliessen einen Betriebsartübergang aus, ausgenommen unter ruhigen Bedingungen. Der Signalvergleicher 282 wirkt rim Sinne einer Ausschließung eines Fehlgleichsgewichtzustandes des regenerierenden Drehmomentgebers durch Erzeugung einer höheren Spannung als diejenige der Kombination aus der Batterie 44 und der Diode 118, was einen Weglauf-Steuerzustand bewirken könnte.
Die Hauptfunktionen des Drehzahlgebers 22 (Fig. 1, 5) umfassen gemäß den vorangehenden Ausführungen die Darbietung eines Winkelgeschwindigkeits-Steuerreaktionsdrehmomentes an den Primärantrieb 2 über den Kraftteil-Getriebemechanismue und ferner die Ausnützung jedes dem Drehmomentgeber dargebotenen Drehmomentes zur Erzeugung und Lieferung elektrischer Energie an die Batteriesammelleitung oder, in einigen Fällen, an den Drehmomentgeber
Die Primärantriebsdrossel ist allgemein auf eine im wesentlichen feste Stellung eingestellt, um eine konstante Leistungsabgabe be1' einer konstanten Drehzahl sicherzustellen. Die Steuerungen für die Größe des abgegebenen Reaktionsdrehmomentes sowie die erzeugte elektrische Energie sind in einigen wichtigen Gesichtspunkten im wesentlichen identisch denjenigen des Drehmomentreglers 42, wie schon vorangehend erläuterte Jedoch schaltet bei der Gesamtfunktion der Drehzahlregler nicht zwischen der regenerativen Betriebsart und der MotorbetriebsQrt um. Daher ist die Betriebsartumschaltung nicht von dem Drehzahlregler umfaßt. Der Drehzahlgeber befindet sich stets, zumindest potentiell, in einer regenerativen Betriebsart.
Infolge der Getriebekinematik des Planetenträgerzahnrades wird die Winkelgeschwindigkeit des Drehzahlgebers 22 ein Maximum, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle 18 Null oder ein Minimum ist, und wird gleich Null oder ein Minimum, wenn diejenige der Antriebswelle 18 ein Maximum ist.
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Der Drehzahlregler 40 umfaßt beim vorliegenden Ausführungsbeiapiel einen elektronischen Bezugsdrehzahl-Signalgenerator, dessen Ausgangssignal mit demjenigen des Meßwertfühlers 36 verglichen wird, der mit der Abtriebswelle 18 gekoppelt ist. Das Differenzsignal wird alsdann in dem Drehzahlgeber 22 verwendet, um daß gewünschte Reaktionsdrehmoment zur Aufrechterhaltung der Drehzahl des Primärantriebs zu bewirken« Die Größe des Reaktionsdrehmomentes des Drehzahlgebers 22 ist durch die elektrische Last bestimmt, welche durch den rotierenden elektrischen Generator in dem Drehzahlgeber 22 bestimmt ist, und die wirksame elektrische Last wird durch einen, elektronischen Zeitverhältnis-Steuermodul gesteuert, welcher gemäß dem· vorangehenden Ausführungsbeispiel im wesentlichen ähnlich dem Zeitverhältnis-Leistungssteuerschalter 100 des Drehmomentreglers 42 sein kann. Wenn beispielsweise die Trimaran— Jj triebsdrehzahl danach strebt, abzufallen, wird die wirksame periodische Stromansteuerung des Drehzahlgeber-Leistungssteuermoduls vermindert, wobei auf diese Weise das Drehzahlgeber-Drehmoment und damit die von dem. Primärantrieb in Betracht gezogene Last vermindert werden, was zur Steigerung der Primärantriebsdrehzahl in korrigierender Weise beiträgt. Wenn andererseits die Primärantriebsdrehzahl steigt, so steigert der Drehzahlgeber-Leistungssteuermodul die elektrische Last an dem Drehzahlgeber 22 und damit wiederum an dem Primärantrieb. Die Primärantriebsdrehzahl vermindert sich dementsprechend bis ein minimaler oder verschwindender Fehler zwischen der elektrischen Bezugsgröße und dem an der Maschine angebrachten Meßwertfühler 36 vorliegt. ■ " '"
Pig. 5 zeigt ein Beispiel eines Drehzahlgebers 22, eines Drehzahlreglers 40 3owie deren strukturelle Beziehung gegenüber einer Batterie 44.
Der Drehzahlgeber 22, weloher beim vorliegenden Beispiel vermöge seiner Auslegung über einen Drehzahlbereich in einer Größenordnung von 1000 - 10 000 U/min arbeitet, kann vorzugsweise eine Wechselstrommaschine mit einer Feldwicklung 310 sowie einer dreiphasigen Ankerwicklung 312, 314, 316 sein, deren jeder Anschluß einem Vollwellenverdopplungsgleichrichterpaar 318 - 318' bzw.
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320 - 320' bzw. 322 - 322' zugeordnet ist. Die Diodenpaare stellen bei dem vorliegenden Beispiel eine dreiphasige Leistungsgleichrichterbrücke dar. Der resultierende kombinierte Strom durch eine Induktivität 324 enthält eine Welligkeit in der Größenordnung von 4 i° oder darunter und kann praktisch vernachlässigt werden. Eine Spannungsausgangsgröße im wesentlichen proportional zu der Drehzahlgeber-Winkelgeschwindigkeit wird erzeugt. Da das Reaktionsdrehmoment proportional dem Produkt des Ankerstromes und des Luftspaltflußes ist, kann das Reaktionsdrehmoment linear durch den Ankerstrom bestimmt werden, indem dafür gesorgt wird, daß das Drehzahlgeberfeld 310 in einem Sättigungszustand betrieben wird. Ferner vermindert das gesättigte Feld Änderungen in den Größen des Luftspaltflußes infolge durch Temperatur induzierter Feldwiderstandsänderungen sowie auch Änderungen in der Ankerreaktion, Luftspaltänderungen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung des Rotors gegenüber dem Stator und anderen derartigen einflußmäßigen Bedingungen.
Zwischen dem Drehzahlgeber-Generator und dessen Batterie befindet sich ein Zeitverhältnis-Leistungssteuermodul, welcher wiederum als im wesentlichen identisch mit dem Leistungssteuerschalter 100 des Drehmomentreglers 42 betrachtet werden kann, der in einer regenerativen Betriebsart arbeitet, die vorangehend in Einzelheiten beschrieben wurden. Ein gesteuerter GSG 326 wird durch einen kommutierenden GSG 328 abgeschaltet und danach wiederum durch einen gesteuerten verzögerten Impuls von einem variablen Zeitimpulsgeber 330 eingeschaltet. Die dazwischenliegende Verzögerung ist durch die Aufladungsgeschwindigkeit eines Zeitgeberkondensatora 332 in Festlegung durch die wirksame Impedanz einer PNP-Transistor-Schaltung 334 bestimmt. Der Betrieb der Impedanzschaltung wird wiederum durch das Fehlersignal von einer Vergleichsschaltung 336 gesteuert. Die letztere prüft die algebraische Differenz zwischen dem Signal von einer Bezugsgrößen-Standardeinheit 338 sowie einem Signal von dem an dem Primärantrieb angebrachten Meßwertfühler 36 in Kopplung zu ' dem Primärantrieb 2 und koppelt das resultierende Fehlersignal durch einen Verstärker 340 mit der Transistorschaltung 334, wobei auf diese Weise die Ausschaltperiode des GSG 326 verkürzt
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oder verlängert und die Kopplung von dem Generator zu der Batterie gesteigert oder vermindert werden, wobei wiederum die mechanische Last, welche durch den Drehmomentgeber des Primär- · antriebes 2 dargeboten wird, gesteigert oder vermindert wird.
Wie bei dem Beispiel mit dem Drehmomentregler wird auch der kommutierende G-SG 328 durch einen periodischen Impuls von vorzugsweise 1 KHz von dem Zeitimpulsgeber 342 eingeschaltet," und beide GSG 326, 328 werden durch eine kommutierende Schaltung 344 abgeschaltet. Ein Sychronisierimpuls, welcher in einer Impulstransformatorschaltung 346 erzeugt wird, stellt ά&η variablen Zeitimpulsgeber 330 jedesmal zurück, wenn die GSG abgeschaltet werden. " ■ ^.
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Wie bei der regenerativen Betriebsart des Drehmomentreglers 42 wird das Verfahren der induktiven Energiespeicherung zum Betrieb des Drehzahlgebers und Reglers nach I1Xg. 5 verwendet. Auf diese Weise werden leicht Spannungen von mehr als 200 Volt für die Ladung der Batterie 44 erzielt. Demgemäß kann die Batteriespannung in der Größenordnung von 200 Volt sein und einen Blei/ 1 Säure- oder Uickel/Kadmium-Charakter haben. Eine Batteriespannungs-Vergleichsschaltung 348 fühlt die gesamte Batteriespannung ab und kann bei dem vorliegenden Beispiel entweder eine oder beide von zwei zusätzlichen Steuerungen durchführen,
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wenn die Batteriespannung/übermäßig groß werden, was schädliche übermäßige Aufladungsgeschwindigkeiten des Speichers anzeigt. λ Durch Vergleich der durchschnittlichen Batteriespannung mit einer durch eine Zenerdiode 349 erzeugen Bezugsspannung an dem Transistorverstärker 350 sowie bei Inzeige einer Überschußladung wird ein GSG 352 eingeschaltet, um jeden Zyklus der Drehzahlgeber-Ausgangsenergie durch eine Verbraucherschaltung 354 nebenzuschließen.
Wenn-Ifex GSG 326 während jedes Zyklus leitet, wird das Potential einer'L'eistungs Sammelleitung 351 auf Erde gelegt, was eine Abschaltung des. GSG 352 bedingt. Daher dient der GSG 326 einer Doppelfunktion eines leistungs- und spannungspuffernden Schal-
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ters, während gleichzeitig eine zyklische-Kommutierung des GSG 352 bewirkt wird. Danach kann der Gleichrichter wiederum in jedem Zyklus durch das gleiche Steuersignal von dem Verstärker . 350 eingeschaltet werden, wenn der Zustand der Überlastung noch vorliegt.
Wenn die Überlastung der Batterie 44 über eine unerwünscht, lange Zeitperiode trotz der Verbraucherwirkung der Schaltung 354 anhält, wird für ein unter der Zenerbezugsspannung stehender Verstärker 360 eingeschaltet, was wiederum bewirkt, daß ein durch eine Schaltung 362 verstärktes Steuersignal einen Verstärker 364 einschaltet. Der Kollektorstrom des Verstärkers 364 wird von der Batterie 44 durch eine elektromechanische Drosselsteuerung 366 des Primärantriebes 2 gezogen. Beim Auftreten dieser Kette von Fällen kann der Primärantrieb beispielsweise in einen Leerlauf- oder Ruhezustand zurückgedrosselt werden. Die Periode dieses Leerlaufzustandes wird durch die Spannung an einem Zeitgeberkondensator 368 bestimmt, welcher mit der Steuerelektrode des durch die Zenerbezugsspannung beaufschlagten Verstärkers 360 verbunden ist. Die Ladungsgröße an dem Zeitgeberkondensator 368 fließt durch einen Zeitgeberwiderstand 370 und wird durch die Spannung an dem Abgriff 218 der Batterie 44 gesteuert. Wenn die Batteriespannung in schädlicher Weise hoch ist und über eine Periode diesen Zustand aufrechterhält, welche der RC-Zeit des Zeitgeberkondensators 368 sowie zugehörigen Widerstandes 370 entspricht, tritt die gezeigte Zustandsänderung des durch die Zenerbezugsspannung beaufschlagten Verstärkers 360 auf. Ferner setzt sich der Zustand des Verstärkers 360 fort, bis die an dem Zeitgeberkondensator 368 angesammelte Ladung bewirkt, daß dessen Spannung einen bestimmten kritischen Spannungswert annimmt und hierbei der Verstärker in seinen Ursprungs zustand zurückkehrt.
Eine ähnliche Steuerung kann auf Wunsch für die Primärantriebsdrossel vorgesehen sein, um die Maschinendrehzahl zu steigern, wenn die Batteriespannung über mehr als eine bestimmte Zeitperiode unerwünscht niedrig ist. Die (nicht gezeigte) Steuerschaltung kann ganz gleich der Schaltung 194 ausgebildet sein,
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miIr der Ausnahme, daß die Eingangsgröße im Hinblick auf die Anzeige -einer anomal niedrigen Batteriespannung ausgebildet ist und daß die Ausgangsgröße von einer Art ist, um die Drosaelsteilung zur Steigerung der Primärantriebsdrehzahl um eine bestimmte Größe zu verstellen.-
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Claims (36)

- 34 Pa t entansgrüche
1. Kraftubertragungseinrichtung zur Übertragung von Leistung von einem Primärantrieb zu einem Leistung aufnehmenden Element, gekennzeichnet durch einen mit dem Primärantrieb (2) zu kuppelnden Leistungsteiler (5, 6, >, 10, 12, H, 16) zur Aufnahme von Leistung hiervon mit einem Paar von Leistungsausgängen sowie zur Aufteilung der aufgenommenen Leistung zwischen den Leistungsausgängen, von denen einer zur dynamischen Kopplung auf das Leisking aufnehmende Bauelement (Rad 20) ausgebildet ist, um diesem Leistung aufnehmenden Bauelement variable Leistungsmengen innerhalb des seitens des Primärantriebes des bereitgestellten Leistungsbereiches zuzuführen, und einen mit dem anderen Ausgang des Leistungsteiler gekoppelten Leistungswandler (Drehmomentgeber 28), welcher mit dem Leistung aufnehmenden Bauelement zu kuppeln ist und von dem Leistungsteiler Leistung aufzunehmen sowie zu speichern vermag, welche die seitens des Leistung aufnehmenden Bauelementes erforderte Leistung übersteigt, sowie Leistung dem Leistung aufnehmenden Element zuzuführen, wenn dieses mehr Leistung erfordert, als dem Leistungsteiler seitens dos Primärantriebes zur Verfugung gestellt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungswandler zur Aufnahme und Speicherung von Leistung von dem Leistung aufnehmenden Bauelement ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungswandler zum Verbrauch eines Teils der Leistung ausgebildet ist, welche von/Leistung aufnehmenden Element erhalten wird.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durcb· einen Leistungsregler, welcher mit dem Primärantrieb (2) kuppelbar und zur Steuerung von dessen Leistungsabgabe ausgebildet ist, wobei der Leistungsregler zum Abfühlen eines bestimmten Betriebsparameters sowie zur Erzeugung einer Leistungsabgabesteuerung in Abhängigkeit hiervon sowie als Punktion hiervon
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ausgebildet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der seitens des Leistungsreglers abgefühlte Betriebsparameter die Höhe des in dem Leistungswandler gespeicherten Energiepegels ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der seitens des Leistungsreglers abgefühlte Betriebsparameter der Pegel der seitens des Primärantriebes. (2) an die Umgebung abgegebenen Verschmutzung ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet
durch einen Drehzahlgeber (22), welcher mit dem Primärantrieb % (2) dynamisch gekoppelt und zur Steuerung der Drehzahl sowie des abgegebenen Drehmomentes des Primärantriebes und ferner zur Aufnahme von Energie von dem Primärantrieb sowie zur Übertragung dieser Energie in unterschiedlicher Form ausgebildet ist, einen Drehzahlregler (40) mit Bauelementen zur Abführung der Leistungsabgabe des Primarantriebes sowie zur Steuerung der Leistungsabgabe des Drehzahlgebers, um die Leistungsabgabe des Primären— triebes im wesentlichen konstant zu halten, einen Energiespeicher (Batterie 44) zur Aufnahme und Speicherung von Energie von dem Drehzahlgeber, ein Leistungsaufnahmeelement, ein Leistungsübertragungselement zur Aufnähme von Leistung von dem Primärantrieb sowie zur Abgabe der Energie an das Leistungsaufnahmeelement, -g einen Drehmomentgeber (28), welcher mit dem Leistungsaufnahmeelement dynamisch gekoppelt und zur Aufnahme von Leistung von dem Leistungsaufnahmeelement sowie zur ι bertragung von Leistung zu dem Energie spei ehe iL^und .f erne_r zur JJbßrtragunjg von Leistung -
nar«i Bedarf des Leistung^sairfnahmeelemenfea von dem Energiespeicher zu dem Leistungsaufnahmeelement/ausge^, bildet iet. ■ " · ■■'■ , :-i
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, däß der Primärantrieb (2) in an sieh bekannter Welse eine Brentikräftmaechine umfaßt,
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- 56 -
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlgeber (22) einen elektrischen Generator umfa ßt.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-9» dadurch gekennzächnet, daß der Drehmomentgeber (28) einen elektrischen Motorgenerator umfaßt.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher in an sich bekannter Weise eine Batterie (44) umfaßt.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsaufnahmeelement zumindest ein Antriebsrad (20) an einem Fahrzeug umfaßt.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bremse (46) für den Drehzahlgeber (22) vorgesehen ist und ein Drehzahlregler (40) zur Betätigung der Bremse zwecks Anhalten des Drehzahlgebers vorgesehen ist, wenn das Antriebsrad (20) eine bestimmte Drehzahl erreicht.
14. Anordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch ein Drosselventil für den Primärantrieb (2) zur Steigerung der Leistungsabgabe des Primärantriebes, wenn das Antriebsrad (20) die bestimmte Drehzahl überschreitet.
15. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Motorgenerator ein permanentes Magnetfeld aufweist.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 15, gekennzeichnet durch einen Drehmomentregler (42) zur Aufnahme und Abstimmung des Leistungsbedarfs des Leistung3aufnahmeelementes sowie des Energiespeichers (Batterie 44), um den Leistungsübertragungszustand des Drehmomentgebers (28) zu regeln.
17. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach einem der Ansprü-
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ehe 1 - 16, gekennzeichnet durch" Abfühlen der Leistungsabgabe des Primärantriebes sowie Steuerung des Drehzahlgebers, um die Leistungsabgabe des Primärantriebes im wesentlichen konstant zu halten, Abfühlen des Leistungsbedarfs der Leistung aufnehmenden Bauelemente sowie des Energiespeichers'(Batterie 44), um die Richtung und Größe der durch den Drehmomentgeber verlaufenden Leistung festzulegen. ·
18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Sperrung der Leistung hinsichtlich eines Durchlaufens durch den Drehzahlgeber (22), wenn das Leistungsaufnahmeelement eine bestimmte Drehzahl erreicht.
19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Steigerung I der abgegebenen Leistung des Primärantriebes (2), wenn das Energieaufnahmeelement die bestimmte Drehzahl überläuft.
20. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-16 mit einem bestimmten, über die Zeit durchschnittlichen Leistungsbedarf, dadurch gekennzeichnet, daß die abgegebene mechanische Leistung des Primärantriebes (2) zumindest gleich dem durchschnittlichen Leistungsbedarf ist, daß ein Primärantrieb-Leistungs-Steuerelement mit dem'Primärantrieb (2) gekoppelt ist, um die augenblickliche Geschwindigkeit der mechanischen Leistungsabgabe desselben zu bestimmen, daß der elektrische Generator-Drehzahlgeber (22) zur Aufnahme der zugeführten mechanischen Leistung sowie zur Er- i zeugung elektrischer Leistung in Abhängigkeit hiervon ausgelegt ist, während ein. Reaktanzdrehmoment bestimmter Größe reflektiert wird, mechanische LeistungstedLelemente-in Kopplung mit dem Primärantrieb zur Aufnahme von dessen Leistungsabgabe und auswahlmäßiger Übertragung derselben auf den Drehzahlgeber (22) sowie die Antriebswelle (18), wobei eine gewünschte augenblickliche Größe des Leistungbedarfes auf die Abtriebswelle übertragen wird, während'die abgegebene Leistung des Primärantriebes, welche im Überschuß hierzu vorliegt, auf den Drehzahlgeber (22) übertragen wird, einen Primärantrieb-Leistungsabgabefühler zur Erzeugung eines für die Leistungsabgabe kennzeichnenden Meflsignals, wobei
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der elektrische Drehmomentgeber (28) in beiden Richtungen mit der Abtriebswelle gekuppelt ist, um eine auswahlmäßige Abgabe, bei Wirkung als Generator, und Lieferung, bei Wirkung als Motor, von mechanischer Energie hiervon bzw. hierzu zu erzielen, daß der Drehmomentregler (42) mit dtm Drehmomentgeber (28) und dem Speicher (Batterie 44) gekoppelt ist und ein Bedienungsperson-Eingabe-Steuersignal element (Fußpedal 106) umfaßt, um den Drehmomentgeber auswahlmäßig in einer Richtung als Ladegenerator mit dem Speicher zu verbinden, wenn die Abtriebswelle mehr Leistung als augenblicklich gewünscht überträgt, und umgekehrt den Speicher in einer Richtung mit dem Drehmomentgeber als Motor zu verbinden, wenn die Abtriebswelle weniger Leistung überträgt als augenblicklich erwünscht ist.
21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentregler (42) ein Zeitverhältnis-Stromansteuerungs-Leistungsfluß-Steuerelement (100) umfaßt, das zwisoten die Batterie (44) sowie den Drehmomentgeber (28) zwisehenkoppelbar ist und
zur Erzielung zumindest der letztgenannten Kopplung wiederholungsmäßig einen bestimmten Zyklus aufweist, dessen Periode zeitunterteilt ist, um eine Kopplung gegen die Isolation der Batterie und des Drehmomentgebera in einer Beanspruchungszyklus-Proportionsbeziehung zu erzielen, wobei die Größe de» Stromanschnittes im wesentlichen durch Signale gesteuert ist, die hieran durch das Bedienungsperson-Eingabe-Steuersignalelement (Fußfc pedal 106) eingeprägt wird.
22, Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentregler (42) ferner einen Betriebsartumschalter (108) in Kopplung zu dem Drehmomentgeber (28) sowie dem Leistungsfluß-Steuerelement (100) umfaßt und im wesentlichen auf die Bedienungsperson-Eingabe-Steueroignale zur Bestimmung der Motorbetriebsart gegenüber der regenerativen Betriebsart des Drehmomentgebers sowie auf die Richtung der elektrischen Energioströmung zwischen diesem sowie der Speicherbatterie (44) anspricht.
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' ■ ■ - 39 - .
23. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienungsperson-Eingabe-Steuersignalelement (Fußpedal 106) mit dem Zeitverhältnis-Leistungsfluß-Steuerelement (100) derart in Einwirkung steht, daß ein größerer Stromanschnitt erreicht wird, wenn der Bedarf seitens der Bedienungsperson für größere Leistungsabgabe an die Abtriebswelle (18) eingestellt wird, sowie ferner, wenn der Bedarf zu einer größeren von der Abtriebswelle abzunehmenden Leistung tendiert.
24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch-gekennzeichnet, daß das Bedienungsper-son-Eingabe-Steuersignalelement (3?ußpedal 106) einen Wandler zur Umwandlung der Bedienungsperson-Signale in Signale zur Steuerung des Kopplungs-Stromanschnittes umfaßt, daß der Wandler zur Erzeugung von elektrischen Ausgangsgrößen- I Stromanschnitt-Steuersignalen ausgebildet ist, welche in ihrer Amplitude symmetrisch um einen Überkreuzpunkt verteilt sind, der einer Hullsteuerzustand-Beziehung zwischen dem Bedarf für die Motorbetriebsart gegenüber dem Bedarf für die regenerative Betriebsart entspricht, wobei der Überkreuzungspunkt neben den Punkten für minimalen Bedarf und bei maximaler Auslenkung von dem maximalen Bedarf zur Kraftabgabe zwischen der Batterie sowie dem Drehmomentgeber liegt. '
25. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentgeber (28) Induktivitäten umfaßt und der Drehmomentregler (42) eine Stromsammelleitung umfaßt, die mit dem . g Drehmomentgeber sowie dem Zeitverhältnis-Leistungs-Stromansteuerelement (100) gekoppelt ist, und ein mit der Stromsammelleitung gekoppeltes Verbindungselement, welches durch das. Zeitverhältnis-Leistungs-Stromansteuerelement zur Rückkehr betätigt ist, während eines bestimmten Teiles jeder der ZyklusPerioden, wobei, seitens des Drehmomentgebers Strom erzeugt wird, der im wesentlichen direkt durch das Drehmomentgeber-Induktivitätsstrom Energiespeicherelement verläuft. ,
26. Anordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Teil jeder der Zyklusperioden vermöge entsprechender
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Auslegung des Zeitverhältnis-Leistungs-Stromansteuerungselementes im wesentlichen in der Zeit mit der Stromansteuerung der Zyklusperiode zusammenfällt.
27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitverhältnis-Leistungs-Stromansteuerungselement Bauelemente zur Herstellung einer Kopplung des erzeugten Stromes mit der Batterie (44) während eines Teiles jeder Zyklusperiode umfaßt, das im wesentlichen zeitlich mit dem Abschaltteil der Zyklusperiode zusammenfällt.
28. Anordnung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Stroman-
steuerungselemente in Kopplung mit dem Zeitverhältnis-Leistungs-Stromansteuerungselement mit einem Taktgeber (102) zur Erzeugung eines im wesentlichen konstanten, sich wiederholenden Taktsignals und einem variablen Zeitgeber (104) zur Erzeugung eines Stromansteuerungs-SteuerZeitgebersignals, welches steuerbar gegenüber dem festen Taktgebersignal variabel zu verzögern ist.
29. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitverhältnis-Leistungs-Steuerelement Bauelemente zur Erzielung des Stromanschnittes umfaßt, dessen Größe im wesentlichen proportional zu der Größe der Verzögerung zwischen dem festen Taktgebersignal und dem variablen Zeitgebersignal ist.
50. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitverhältnis-Leistungs-Stromansteuerungselement einen elektrisch gesteuerten Kraftstromschalter zur Steuerung im wesentlichen des gesamten Stromes zwischen der Batterie (44) sowie dem Drehmomentgeber (28) umfaßt, welcher im wesentlichen zumindest einmal während jedes Beanspruohungszyklus voll ein- und ausschaltbar ist, wobei der Kraftstromschalter einen Eingangsanschluß zur Aufnahme von Stromansteuerungszeitgebersignalen aufweist.
31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitverhältnis-Leistungs-Stromansteuerungselement eine Kommu-
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tierungssöhaltung zur Erzeugung eines periodischen Signals zwecks Kojnmutierung eines Einschalt- und Ausschalt zustandes des elektrisch gesteuerten Kraftstromschalters umfaßt, das in Bezug auf die wiederholt auftretenden festen Taktgebersignale um eine bestimmte Kommutierungszeit später auftritt.
32. Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der variable Zeitgeber Rückstellelemente in Kopplung mit der Kommutierungsschaltung umfaßt, um in Koinzidenz mit der Abschaltung des Schalters den Beginn jedes Stromabschaltintervalls des " periodischen Stromanschnittes zu bestimmen, demgegenüber das Stromanschnitt-Steuerzeitgebersignal des variablen Zeitgebers gesteuert variabel verzögert ist, um wiederum die Zeitlänge des Stromanschnittes: des. Stromanschnittzyklus zu bestimmen, wobei -1 der variable Zeitgecber mit dem Eingangsanschluß des elektrisch gesteuerten Kraftaferomschalters verbunden ist, um das Stromanschnittzyklus-Steuerzeitgebersignal des variablen Zeitgebers darauf einzuprägen-und den Schalter in seinen Einschaltzustand naoh der gesteuerten variablen Verzögerungszeit zurückzuführen, nachdem eine Abschaltung seitens der kommutierenden' Schaltung erfolgt ist. ■,:>■-■*l:·.·
33. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-32, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärantrieb (2) Steuerelemente zur Veränderung der Drehzahl sowie der Drehmomentabgabe aufweist und
daß der Drehmomentregler zur Betätigung des Steuerelementes I
des Primärantriebes ausgebildet ist, um die Energieabgabe des Primärantriebes in Abhängigkeit von einem bestimmten Energiebedarf des energieaufnehmenden Elementes zu verändern.
34. Anordnung nach Anspruch 33, gekennzeichnet durOh einen Fühler zur Ermittlung der Größe der in dem Energiespeicher gespeicherten Energie sowie ein Steuerelement zur Veränderung des Primärantriebs-Sfceuerelementes in Abhängigkeit von der in dem Energiespeicher gespeicherten Energie.
35. Anordnung nach Anapruch 33, dadurch gekennsseiohnet, daiß daa
Energieaufnahmelement zumindest ein Rad timfaßt und daß der
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Drehmomentregler zur Betätigung des Primärantriebs-Steuerelementea ausgebildet ist, um die Energieabgabe des Primärantriebes in Abhängigkeit von der Überschreitung einer bestimmten Drehzahl an dem Rad zu steigern.
36. Anordnung nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch ein zweites Energieaufnahmeelement gmr Aufnahme von Energie von dem Energiespeicher, wenn die gespeicherte Energie einen bestimmten Wert übersteigt.
Pur Pirma TRW INC.:
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