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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsbegrenzung für Kraftfahrzeuge mit einem Vergasermotor, der eine die Kraftzufuhr steuernde, über ein Gestänge betätigbare Drosselklappe aufweist, und einem wenigstens zweigängigen, mittels eines Handhebels schaltbaren Wechselgetriebe, wobei eine auf eine gegebenenfalls einstellbare Mindestdrehzahl ansprechende Schaltanordnung mit einem Ausgang für einen in Abhängigkeit von der Zündimpulsfolge gesteuerten Strom vorgesehen ist.
Aus verschiedenen Gründen kann es erwünscht sein, die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges zu beschränken. Insbesondere im Stadtverkehr sind solche Fahrgeschwindigkeitsbegrenzungen für Personenbeförderungen, beispielsweise in Fussgängerzonen, erforderlich, wobei die Sicherheit gewährleistet sein muss, dass eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit nicht überschritten werden kann. Für überstellungsfahrten ausserhalb der Fussgängerzonen soll jedoch diese Geschwindigkeitsbegrenzung ausgeschaltet werden können, so dass das Fahrzeug wie jedes vergleichbare andere Fahrzeug benutzt werden kann.
Zu diesem Zweck ist eine Vorrichtung bekannt, die die Drosselklappenstellung beeinflusst. Dabei wird ein Fliehkraftregler von der Kurbelwelle des Motors angetrieben, welcher Fliehkraftregler über ein Gestänge od. dgl. auf die Drosselklappe einwirkt. Wird die Drosselklappe vom Fahrer des Fahrzeuges im Sinne einer Geschwindigkeitserhöhung betätigt, so wird die Drosselklappe, falls die Drehzahl des Motors die vorgegebene Höchstgeschwindigkeit überschreitet, über den drehzahlabhängig angetriebenen Fliehkraftregler zurückgestellt, so dass keine vermehrte Kraftstoffzufuhr und damit keine Geschwindigkeitserhöhung erfolgen kann.
Um eine wahlweise Begrenzung auf mehrere Höchstgeschwindigkeiten erreichen zu können, wird bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art das Übersetzungsverhältnis der Kurbelwellendrehzahl zur Drehzahl des Fliehkraftreglers geändert bzw. die Vorspannung der Rückstellfeder des Fliehkraftreglers variiert. Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen ist jedoch, dass die erforderliche, gegebenenfalls variierbare übersetzung der Kurbelwellendrehzahl einen vergleichsweise grossen konstruktiven Aufwand zur Folge hat. Ausserdem muss die Drosselklappe mit dem Fliehkraftregler durch ein eigenes mechanisches Gestänge verbunden werden. Der grosse konstruktive Aufwand bringt eine beachtliche Massenträgheit mit sich, die eine unerwünschte Verzögerung des Reglereingriffes verursacht.
Ein weiterer Nachteil muss darin gesehen werden, dass zur Umschaltung der höchsten Drehzahl im übersetzungsgetriebe zwischen Kurbelwelle und Fliehkraftregler keine einfache Fernbetätigung vorgesehen werden kann, so dass üblicherweise die Einstellung am Übersetzungsgetriebe selbst vorgenommen werden muss.
Es sind zwar bereits Schaltanordnungen bekanntgeworden, die einen in Abhängigkeit von der Zündimpulsfolge gesteuerten Strom an ihrem Ausgang bereitstellen, doch wurden diese aus elektronischen Schaltelementen bestehenden Schaltanordnungen nur zur Geschwindigkeitsmessung verwendet. Bei einer andern bekannten Schaltanordnung, die lediglich das Erreichen einer einstellbaren Höchstgeschwindigkeit anzeigen soll, wurde der Strom am Ausgang der Schaltanordnung erst bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl zur Verfügung gestellt, so dass mit Hilfe einer Warnlampe das Erreichen der eingestellten Höchstgeschwindigkeit signalisiert werden konnte.
Schliesslich ist eine Vorrichtung bekannt, bei der im Zuge des Gestänges zur Betätigung der Drosselklappe ein Elektromotor angeordnet ist, dessen Gehäuse mit dem vom Gaspedal kommenden Gestänge verbunden ist und von dessen Rotor die Bewegung der Drosselklappe abgeleitet wird. Dieser im Zuge des Gestänges angeordnete Elektromotor kann aber nur eingeschaltet werden, wenn die Betätigung der Drosselklappe über das Fusspedal ausgeschaltet ist. Es ergibt sich somit eine Automatik zur Regelung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges unabhängig von der Stellung des Fusspedals. Wird der elektrische Motor und damit die Automatik jedoch ausgeschaltet, so stellt sich über den selbstsperrenden Elektromotor eine starre Verbindung des Gestänges vor und nach dem Elektromotor ein, so dass keine Drehzahlbegrenzung bei abgeschalteter Automatik möglich ist.
Mit Hilfe der bekannten Vorrichtung kann zwar die Geschwindigkeit des Fahrzeuges auf einen bestimmten Wert selbsttätig geregelt werden, eine Sicherung, dass eine bestimmte Geschwindigkeit bei Betätigung des Fusspedals nicht überschritten wird, ist jedoch nicht gegeben.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Geschwindigkeitsbegrenzung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die die aufgezeigten Mängel nicht aufweist und mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine sichere Drehzahlbegrenzung bzw. Geschwindigkeitsbegrenzung gewährleistet.
Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass ein Drehmagnet im Zuge des Gestänges angeordnet ist, das einerseits an das die Magnetspulen tragende schwenkbare Gehäuse des Drehmagneten und anderseits an die mit dem Magnetanker drehfest verbundene, im Gehäuse drehbar gelagerte Drehmagnetwelle anschliesst, wobei das Gehäuse mit der Welle über eine gegen die Magnetkraft wirkende Feder gekuppelt ist, dass die Magnetspulen mit dem Ausgang der Schaltanordnung in Verbindung stehen und dass eine die Schaltbewegung des Handhebels auf den niedrigsten Getriebegang begrenzende mechanische Sperre vorgesehen ist.
Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen ist also bei der erfindungsgemässen Vorrichtung im Gestänge ein handelsüblicher Drehmagnet angeordnet, dessen beweglicher Anker nicht, wie bei Hubmagneten, verschoben, sondern verdreht wird. Dies geschieht dadurch, dass der Anker drehbar in einem Gehäuse gelagert ist, das die Felderregerspulen trägt. Bei einer Erregung der Magnetspulen wird der Anker, der selbstverständlich rotationsunsymmetrisch ausgebildet ist, in das Magnetfeld hineingezogen, so dass der wirksame Magnetfluss durch den Anker vergrössert bzw. der magnetische Luftspalt verringert wird.
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Eine Betätigung des Gestänges bewirkt daher zunächst lediglich ein Verdrehen des mit dem einen Gestängeteil verbundenen Drehmagnetteiles, also ein Verdrehen des Drehmagnetgehäuses oder des Drehmagnetankers. Beim Verdrehen des Magnetankers bzw. des Magnetgehäuses wird bei einer Ruhestromschaltung der jeweils andere Drehmagnetteil, also das Magnetgehäuse bzw. der Magnetanker auf Grund der herrschenden Magnetkräfte mitgenommen, so dass der mit diesem Drehmagnetteil verbundene, zur Drosselklappe führende Gestängeteil mitbewegt wird. Die von der Speisestromstärke abhängige Magnetkraft wirkt dabei gegen die zwischen dem Gehäuse und der Welle des Drehmagneten angeordnete Feder.
Bei einer Verringerung der Stromstärke auf Grund einer Erhöhung der mit der Drehzahl ansteigenden Zündimpulsfolge mittels der elektronischen Schaltanordnung sinkt daher die Magnetkraft und das Gleichgewicht zwischen der Magnetkraft und der Federkraft wird gestört. Die Feder bewirkt daher eine Verdrehung des Ankers gegenüber dem Drehmagnetgehäuse im Sinne eines Schliessens der Drosselklappe, bis das Gleichgewicht zwischen der Federkraft und der Magnetkraft wieder hergestellt ist. Eine Betätigung des Drosselklappengestänges über ein der Grenzdrehzahl entsprechendes Mass hat daher nicht die üblicherweise dieser Gestängebetätigung entsprechende Drosselklappenstellung, sondern eine lediglich der Grenzdrehzahl angepasste Drosselklappenstellung zur Folge.
Wird der Drehmagnet nicht in Ruhestromschaltung, sondern in Arbeitsstromschaltung betrieben, so bewirkt die Feder zwischen dem Gehäuse und dem Anker des Drehmagneten die normale Kupplung zwischen der Drehbewegung des Gehäuses und des Ankers. Die Schaltanordnung, die in einem solchen Fall beim Übersteigen der maximalen Drehzahl einen von der Stromstärke Null ansteigenden Strom für die Magnetspulen des Drehmagneten liefert, bewirkt somit eine der Federkraft entgegengerichtete Magnetkraft, die wieder eine Relativdrehung des Gehäuses gegenüber dem Anker des Drehmagneten im Sinne eines Zurückstellens der Drosselklappe verursacht.
Gegenüber der Arbeitsstromschaltung hat die Ruhestromschaltung jedoch den Vorteil, dass bei Ausfall der Schaltanordnung, also bei Ausfall des Speisestromes der Magneten, der Vergasermotor automatisch durch die als Rückstellfeder wirkende Feder zwischen der Welle und dem Gehäuse des Drehmagneten auf die Leerlaufdrehzahl zurückgeregelt wird und nicht durchgehen kann.
Um zu verhindern, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit trotz der Motordrehzahlbegrenzung über das eingestellte Mass erhöht werden kann, wird gleichzeitig mit der Drehzahlbegrenzung eine mechanische Sperre betätigt, die die Schaltbewegung des Handhebels auf den niedrigsten Getriebegang beschränkt. Soll die Geschwindigkeitsbegrenzung des Fahrzeuges aufgehoben werden, so muss die Ansprechgeschwindigkeit für die Schaltanordnung entsprechend der maximal zulässigen Motorhöchstdrehzahl hinaufgesetzt und die mechanische Sperre für den Handhebel ausgerückt werden.
Können an der Schaltanordnung nur zwei der gewünschten Drehzahlbegrenzung und der höchsten Motordrehzahl entsprechende Ansprechdrehzahlen eingestellt werden, was für den Normalfall eines Stadtfahrzeuges als ausreichend angesehen werden muss, so kann mit Sicherheit eine Umgehung der Geschwindigkeitsbegrenzung dadurch ausgeschaltet werden, dass mit der mechanischen Sperre der Umschalter für die Ansprechdrehzahl der Schaltanordnung betätigbar ist, da zugleich mit der Drehzahlbegrenzung die mechanische Sperre zwangsläufig eingeschaltet werden muss.
Ist dem Vergaser des Fahrzeugmotors eine Beschleunigungspumpe zugeordnet, so kann die Beschleunigungspumpe gemäss der Erfindung über einen am Drehmagnetgehäuse vorgesehenen Mitnehmer betätigt werden, so dass der Drehmagnet nicht mit dem beträchtlichen, zum Teil variablen Widerstand der Beschleunigungspumpe belastet wird. Nach der Erfindung wird also die Betätigung der Beschleunigungspumpe nicht von der Drosselklappenwelle, sondern vom Gehäuse des Drehmagneten abgeleitet, das vom Betätigungsgestänge für die Drosselklappe unmittelbar beeinflusst wird. Dadurch wird der Drehmagnet nur durch den konstanten Widerstand der Drosselklappe mit kleinem Massenträgheitsmoment belastet.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 einen Drehmagnet im Axialschnitt, Fig. 2 eine Schaltanordnung zur Speisung der Magnetspulen im Blockschaltbild und Fig. 3 ein Schaltschema für das zweigängige Wechselgetriebe.
Das mittels eines Fahrfusshebels betätigbare Gestänge für die Drosselklappe greift über einen Hebel--l-- an dem drehbar auf der Welle gelagerten Gehäuse-3--eines Drehmagneten an. Das Gehäuse --3-- des Drehmagneten trägt die Magnetspulen--4--, deren Magnetfeld auf den drehfest mit der Welle--2-- verbundenen Anker--5--einwirkt. Die Welle--2--ist drehbar in Lagern--6--gehalten, die von einer Konsole--7--getragen werden. Auf der Welle--2-ist ein Anschlusshebel-8-für das zur Drosselklappe weitergehende Gestänge drehfest gelagert.
Zwischen dem Gehäuse-3-und der Welle--2-ist eine Spiralfeder --9-- angeordnet, die gegen die Magnetkraft wirkt.
In Fig. 2 ist eine Schaltanordnung dargestellt, an deren Ausgang der in Abhängigkeit von der Zündimpulsfolge gesteuerte Speisestrom für die Magnetspulen--4--abgegriffen werden kann. Die Zündimpulse für den Vergasermotor des Kraftfahrzeuges werden von der Zündanlage des Motors abgegriffen und an den Eingang eines monostabilen Multivibrators--10--gelegt, den sie im Takt der Zündimpulsfolge anstossen. Dieser monostabile Multivibrator kippt nun bei jedem Zündimpuls in seine nicht stabile Schaltstellung und von
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dort wieder in seine stabile Schaltstellung, so dass ein Rechteck-Impuls --11-- entsteht, dessen Breite lediglich von den Widerstandswerten des Multivibrators abhängt und daher in einfacher Weise mittels eines Schalters --12-- verändert werden kann.
Die Rechteckimpulse die bei einer bestimmten Schalterstellung eine konstante Breite aufweisen, werden über einen Verstärker--13--einem Kondensator-14-und einer Diode --15-- zugeführt, die eine Umpolung des Rechteckimpulses-11-bewirken, so dass nunmehr ein positiver Rechteckimpuls--16--einem negativ aufgeladenen Kondensator-17--zugeführt werden kann. Das Laden des Kondensators --17-- über den Widerstand --18-- durch die Rechteckimpulse --16-- und das Entladen des Kondensators über den Widerstand--19--bewirkt am Kondensator --17-- eine dreieckförmige Spannung-20-, deren Mittelwert von der Rechteckimpulsfolge abhängt.
Steigt die Impulsfrequenz mit der Zündimpulsfolge an, so sinkt die Entladezeit des Kondensators --17-- und der Mittelwert der dreieckförmigen Spannung --20-- steigt an. Diese dreieckförmige Spannung --20-- wird über einen weiteren Verstärker --21-- einem Schmitt Trigger-22--zugeführt, der mit dem Drehmagnet --23-- in Verbindung steht.
Der Schmitt-Trigger kippt nun in seine eine Stellung, wenn der augenblickliche Spannungswert die dem Schmitt-Trigger eigene, gegebenenfalls einstellbare Ansprechspannung erreicht, und kippt wieder in seine Ausgangsstellung zurück, wenn die angelegte Spannung einen gewissen Wert unterschreitet, der üblicherweise etwas unterhalb der Ansprechspannung liegt, so dass Stromimpulse am Ausgang des Schmitt-Triggers erhalten werden, deren Breiten von der Grösse der an den Trigger gelegten Spannung abhängen.
Am Ausgang der Schaltanordnung erhält man also einen Strom, dessen Mittelwert dem Mittelwert der sägezahnartigen Spannung
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eine im wesentlichen starre Kupplung der einzelnen Gestängeteile, da die Feder --9-- zwischen dem Gehäuse --3-- und der Welle--2-des Drehmagneten mit voller Kraft wirken kann und das ganze Drehmoment vom Gehäuse auf die Welle überträgt. Steigt die Dreieckspannung über den Ansprechwert des Schmitt-Triggers an, wird also die eingestellte Grenzdrehzahl des Motors erreicht, so wird über den an den Drehmagneten gelieferten Strom die Bremskraft des Magnetfeldes auf den Magnetanker spürbar und der Anker gegen die Federkraft verdreht, bis Gleichgewicht zwischen der Federkraft und der Magnetkraft hergestellt ist.
Die dabei auftretende relative Drehung des Magnetankers gegenüber dem Magnetgehäuse bewirkt ein Rückstellen der Drosselklappe--24--um ein Mass, das die Einhaltung des Grenzdrehzahlbereiches sicherstellt. Die mit Hilfe des Umschalters--12--einstellbare Grenzdrehzahl für den Motor ist also für die Schaltanordnung die Mindestdrehzahl, auf die der Schmitt-Trigger gerade anspricht.
Da die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Geschwindigkeitsbegrenzung für Kraftfahrzeuge auf die Drehzahl des Motors anspricht, erfolgt auch ein Zurückstellen der Drosselklappe in Schliessrichtung, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht auf Grund einer Drosselklappenbetätigung durch das Gestänge, sondern durch einen verringerten Fahrwiderstand, z. B. auf Grund eines Gefälles, erhöht wird. In einem solchen Fall könnte es vorkommen, dass der Mittelwert der sägezahnförmigen Spannung so weit ansteigt, dass der Ansprechwert des Schmitt-Triggers dauernd überschritten wird. Dies hätte auf der Ausgangsseite der Schaltanordnung einen Dauerstrom zur Folge, der ein Rückdrehen des Magnetankers bis zur Schliessstellung der Drosselklappe verursachen würde.
Um bei jedem Drehwinkel des Drehmagneten einen Gleichgewichtszustand zwischen der Magnetkraft und der Federkraft erreichen zu können, kann entweder durch die Form der Magnetpole oder durch einen entsprechenden Verlauf der Federcharakteristik ein annähernd linearer Drehmomentverlauf über dem Drehwinkel erreicht werden.
Die beschriebene Arbeitsstromschaltung kann selbstverständlich durch eine entsprechende Ruhestromschaltung ersetzt werden, bei der die Kupplung zwischen dem Drehmagnetgehäuse und dem Magnetanker durch die Magnetkraft erfolgt und die Feder als Rückstellorgan wirkt, wenn bei steigender Drehzahl des Motors die Stromstärke in den Magnetspulen sinkt.
In Fig. 3 ist ein Schaltschema für den Handhebel eines zweigängigen Wechselgetriebes dargestellt. Wird die
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Umschalter --12-- nur zusammen mit der mechanischen Sperre --25-- betätigbar ist, da in einem solchen Fall automatisch mit der Drehzahlbegrenzung die Beschränkung auf den niedrigsten Getriebegang gegeben ist.
Ist, wie im dargestellten Fall, die Schaltanordnung nur auf zwei Grenzgeschwindigkeiten einstellbar, so wird vorteilhafterweise die höhere Grenzdrehzahl der höchsten zulässigen Motordrehzahl gleichgesetzt, was ein volles Ausfahren des Fahrzeuges ohne Geschwindigkeitsbegrenzung ermöglicht.
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Um nicht beim Vorhandensein einer Beschleunigungspumpe den Drehmagneten mit dem zum Teil variablen Widerstand der Beschleunigungspumpe belasten zu müssen, wird nach der Erfindung die Betätigung der Beschleunigungspumpe nicht von der Drosselklappenwelle, sondern von einem Mitnehmer --29-- am Gehäuse des Drehmagneten abgeleitet, so dass der Drehmagnet nur durch den konstanten Widerstand der Drosselklappe belastet wird und eine einwandfreie Drehzahlregelung über die Drosselklappe gewährleistet ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Geschwindigkeitsbegrenzung für Kraftfahrzeuge mit einem Vergasermotor, der eine die Kraftstoffzufuhr steuernde, über ein Gestänge betätigbare Drosselklappe aufweist, und einem wenigstens zweigängigen, mittels eines Handhebels schaltbaren Wechselgetriebe, wobei eine auf eine gegebenenfalls einstellbare Mindestdrehzahl ansprechende Schaltanordnung mit einem Ausgang für einen in Abhängigkeit von
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Drehmagnet (23) im Zuge des Gestänges angeordnet ist, das einerseits an das die Magnetspulen (4) tragende schwenkbare Gehäuse (3) des Drehmagneten und anderseits an die mit dem Magnetanker (5) drehfest verbundene, im Gehäuse drehbar gelagerte Drehmagnetwelle (2) anschliesst, wobei das Gehäuse (3) mit der Welle (2) über eine gegen die Magnetkraft wirkende Feder (9) gekuppelt ist, dass die Magnetspulen (4)
mit dem Ausgang der Schaltanordnung in Verbindung stehen und dass eine die Schaltbewegung des Handhebels auf den niedrigsten Getriebegang (26) begrenzende mechanische Sperre (25) vorgesehen ist.
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