Vorrichtung zur selbsttätigen Ermittlung des jeweils den besten Wirkungsgrad ergebenden Übersetzungsverhältnisses eines mit einem Brennkraftmotor gekuppelten Getriebes. Es sind schon verschiedene Versuche be hannt, das Übersetzungsverhältnis, speziell bei Kraftfahrzeugen, selbsttätig einzustellen. So wurde versucht, die Schaltung der Gänge selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl der treibenden Welle oder auch von der Grösse des Drehmomentes der angetriebenen Welle durchzuführen. Wieder andere Ver suche wurden gemacht, um durch verschie dene Apparaturen die Drehzahl der treiben den Welle konstant zu halten.
Auch liegen bereits Vorrichtungen vor, bei denen nur etwa die ersten zwei Gänge selbsttätig in Abhän gigkeit von der Drehzahl der treibenden Welle gesteuert werden, während der Augen blick des Durchschaltens des direkten. Gangas noch dem Bemessen des Fahrers überlassen wird.
Alle bisherigen Vorrichtungen haben den Nachteil, dass sie mit der Schaltung nicht in allen Fällen den besten Wirkungsgrad er zielen.. Obschon sich die nachfolgenden Aus führungen hauptsächlich auf die Verhältnisse beim Antrieb eines Fahrzeuges beziehen, sol len sie auch für viele andere ähnliche An triebe auf verschiedenen Gebieten der Tech nik Geltung haben.
Ausschlaggebend für das richtige Wählen des Übersetzungsverhältnisses ist letzten En des der Wirkungsgrad des Kraftantriebes in jedem Augenblicke. Der Wirkungsgrad eines Explosionsmotors ist bei einer verlangten Effektivleistung abhängig von dem Füllungs grad, der Drehzahl und dem Zeitpunkt der Zündung. Zu jeder Effektivleistung gehört eine günstigste Kombination dieser drei Fak toren.
Sollen daher die Fahrverhältnisse so gestaltet werden, dass der Antriebsmotor ge zwungen ist, bei jeder momentan verlangten Leistung mit bestem Wirkungsgrad zu arbei ten, so muss jeder Stellung des Leistungs- regelorganes des Antriebsmotors eindeutig eine ganz bestimmte Drehzahl, ein bestimm- ter Füllungsgrad und eine bestimmte Vor zündung zugeordnet sein, gleichgültig, wie gross der momentan zu überwindende Fahr widerstand ist. Um dies zu erreichen, muss das Übersetzungsverhältnis in jedem Augen blicke der momentanen Last so angepasst wer den, dass der Antriebsmotor jene Drehzahl beibehalten kann, die der gewählten Stel lung des Leistungsregelorganes bezüglich Er reichung des besten Wirkungsgrades ent spricht.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selbsttätigen Ermittlung des jeweils den besten Wirkungsgrad er gebenden Übersetzungsverhältnisses eines mit einem Brennkraftmotor gekuppelten Getrie bes, also eine Vorrichtung, die dasjenige Übersetzungsverhältnis ermittelt, bei wel chem der Antriebsmotor den für die jeweilige Leistung und das gegebene Getriebe günstig sten Betriebszustand annimmt.
Vorteilhaft für eine wirtschaftliche Rege lung ist, wenn das Getriebe nicht nur einen untersynchronen, sondern auch einen über synchronen Gang der angetriebenen Welle ermöglicht.
Zur Erreichung, dieses Ziels sind gemäss der Erfindung zwei Mechanismen vorgesehen, von denen der eine in Abhängigkeit von der Drehzahl der angetriebenen Welle und der andere in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungsregelorganes des Motors bewegt wird, wobei diese Mechanismen jenes Über setzungsverhältnis ermitteln, das bei der je weils vorhandenen Leistung des Motors ge mäss der Motorcharakteristik für das gege bene Getriebe die -wirtschaftlichste Drehzahl der Motorwelle ergibt.
Die genannten Mechanismen können das Übersetzungsverhältnis nur anzeigen oder sie können es auch selbsttätig einstellen. Das letztere wird vor allem dann der Fall sein können, wenn ein stufenloses Übersetzungs getriebe vorliegt.
Die Erfindung sei an Hand von in der Zeichnung enthaltenen Kurvenbildern und schematisch dargestellten Ausführungsbei spielen erläutert. Fig. 1 zeigt im Kurvenbild die indizierte Leistung eines Brennkraftmotors in Abhän gigkeit von seiner Drehzahl für verschiedene Füllungsgrade; Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur selbsttätigen Einstel lung oder Anzeige des wirtschaftlichsten Übersetzungsverhältnisses; Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer andern Vorrichtung zur selbsttätigen Anzeige des wirtschaftlichsten Übersetzungs verhältnisses; die Fig. 4, 5 und 6 zeigen eine Einzelheit einer weiteren Vorrichtung, Fig. 7 diese Vorrichtung in ihrer Gesamt heit und Fig. 8 eine Motorcharakteristik ähnlich Fig. 1.
In Fig. 1 bedeutet Li die indizierte Lei stung des Brennkraftmotors, n1 seine Dreh zahl und f den Füllungsgrad. Die Grösse der indizierten Leistung Li bei einem gewissen Füllungsgrad f in Abhängigkeit von der Drehzahl n1 ist durch die geraden Linien 0-A, <I>0-B</I> und<I>0-C</I> dargestellt, wobei 0-t1. dem Füllungsgrad f = 1 und 0-13 dem Füllungsgrad f = 1/2 entspricht.
Zeich net man in dieses Kurvenbild die Linien glei cher Effektivleistung des Motors (stets bei günstigst eingestellter Vorzündung) ein, so erhält man die Kurven a-a, b-b, c-c, d-d usw. Die tiefsten Punkte 1, 2, .3, 4_ die ser Kurven ergeben die günstigsten Betriebs verhältnisse hinsichtlich Drehzahl n, und Füllungsgrad f für die verlangte Effektiv leistung.
Wenn daher bei verschiedenen Ef fektivleistungen stets der beste Wirkungs grad erzielt werden soll, muss beispielsweise bei einer Motorcharakteristik nach Fig. 1 der Füllungsgrad<I>f</I> und die Drehzahl<I>n,</I> jeweils nach der gestrichelten Linie 1-2-3-4-A. ein gestellt werden. Das kann durch rich tige Wahl des Übersetzungsverhältnisses er reicht werden. Dieses richtige Übersetzlings- v erhiltnis wird beispielsweise durch nach stehend beschriebene Vorrichtung selbsttätig eingestellt bezw. angezeigt.
In Fig. 2 stellt 11 einen Fliehkraftregler dar, dessen Drehzahl gleich oder proportional der Drehzahl n2 der angetriebenen Welle ist. Der Regler 11 verschiebt den Kontakt teil 12 mit zunehmender Drehzahl nach links, wobei er über eine Kontaktbahn 22-22 auf der Kontaktplatte 13 gleitet. Die Kontakt- platte 13 wird in Abhängigkeit von der Stel lung des Regelorganes des Brennkraftmotors, nämlich des Gashebels 27 bewegt. Sie ist in gegeneinander isolierte Stücke 14, 15, 16, 17, 18 und 19 geteilt, wobei das Stück 14 dem ersten Gang, das Stück 15 dem zweiten Gang usw. zugeordnet ist.
Der Stromkreis führt vom Stromsammler 20 über den Kontaktteil 12, das von diesem Kontaktteil gerade be rührte Kontaktstück über die Leitung 21 und das zu diesem Stück gehörige Auslöserelais 26 und ist über die Erde oder Masse ge schlossen. Das Relais 26 löst den hier als unwesentlich nicht weiter beschriebenen Schaltmechanismus zur Schaltung des zu gehörigen Ganges aus oder zeigt optisch den Gang an, der von Hand zu schalten ist. Bei elektrischen Getrieben kann durch die Kon taktstücke 14 bis 19 direkt die erforderliche Erregung zur Erreichung eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses eingestellt werden.
Solange die Stellung des Gashebels 27 unverändert beibehalten wird, ändert sich auch die Lage der Kontaktplatte 13 nicht. Es wird somit der Kontaktteil 12 bei Än- derung der Drehzahl n2 der angetriebenen Welle längs der Bahn 22-22 gleiten. Die Kontaktstücke 14, 15 usw. sind nun längs dieser Bahn 22-22 so verteilt, dass die dazu gehörigen Übersetzungsverhältnisse Ü sich umgekehrt proportional zu den Drehzahlen n, der angetriebenen Welle ändern, so dass also das Produkt n2 ü stets gleich einer kon stanten Grösse ist.
Diese Konstante ist gleich der Drehzahl n1 der treibenden Welle, weil n2 . ü = n2 . nl/n2 = n1 ist. Das heisst, wenn das Übersetzungsverhältnis tatsächlich in die ser Weise eingestellt wird, bleibt die An triebsdrehzahl n, konstant, solange gleich zeitig auch der Füllungsgrad, das heisst die Stellung des Hebels 27 konstant gehalten wird. Dabei ist angenommen, dass die Über setzungsstufen ganz eng aufeinander folgen; ist das Getriebe grobstufig, so schwankt der Wert der Antriebsdrehzahl in einem ge wissen Bereich um den bei Getrieben mit stetiger Übersetzungsänderung erhaltenen konstanten Wert n1.
Eine Änderung der Last bewirkt somit nur eine Änderung der Dreh zahl n_ der angetriebenen Welle und des Übersetzungsverhältnisses zwischen treiben der und angetriebener Welle. Die Drehzahl der treibenden Welle, der Füllungsgrad und somit die Effektivleistung des Antriebs motors bleiben dabei konstant.
Die Verhältnisse auf der Bahn 22-22 sollen beispielsweise dem Punkte 1 der Fig. 1 entsprechen. Will man nun eine Effektiv leistung haben, die der Kurve b-b in Fig. 1 entspricht, so gibt Punkt 2 die wirtschaft lichsten Verhältnisse für Erreichung dieser Leistung, das heisst es muss gegenüber dem Punkt 1 sowohl der Füllungsgrad f, als auch die Drehzahl n1 entsprechend erhöht werden. Der erforderliche Füllungsgrad wird durch weiteres Herunterdrücken des Hebels 27 er reicht. Dadurch wird aber gleichzeitig die Kontaktplatte 13 heruntergeschoben, so dass jetzt die Bahn 23-23 vom Kontaktteil 12 bestrichen wird.
Längs dieser Bahn sind die Kontaktstücke 14 bis 19 wieder so verteilt, dass das Produkt n2 <I>. i'</I> s wieder gleich einer Konstanten ist, die durch die neue erfor derliche Drehzahl n1 im Punkte 2 (Fig. 1) gegeben ist. Auf gleiche Art lassen sich alle dazwischenliegenden Verteilungen der Kon taktstücke ermitteln.
Von Punkt 2 bis Punkt 3 der Fig. 1 er hält man die wirtschaftlichsten Verhältnisse, wenn nur der Füllungsgrad vergrössert wird, die Drehzahl n:, aber konstant gehalten wird. Bei Punkt 3 erhält der Motor bereits volle Füllung. Die Kontaktplatte ist dann soweit heruntergeschoben, dass der Kontaktteil 12 längs der Bahn 24-24 gleitet.
Da sich die Drehzahl n1 hier nicht mehr geändert hat, ist die Verteilung der Kontaktstücke längs der Bahn 24-24 gleich wie längs der Bahn 23-23, Von Punkt 3 bis zum Punkt A der Fig. 1 wird die Effektivleistung des Brennkraft- n iotors nur noch dadurch verändert, class die Drehzahl ii, erhöht wird, während der Fiil- lungsgrad f unverändert auf dem Höchstwert bleibt, weil bei weiterem Herunterdrücken des Gashebels 27 die Stellung der Vergaser klappe 29 etwa infolge eines (nicht gezeich neten) Anschlages nicht mehr verändert wer den kann.
Die weitere Bewegung des Hebels <B>27</B> gegenüber der Vergaserklappe ist bei- spielsweise durch eine Feder 30 ermöglicht. Hingegen verschiebt sich die Kontaktplatte 13 weiter nach unten. Es entspricht beispiels weise die Kontaktbahn 35-95 (Fig. 2) drin .Punkte 4 in Fig. 1. Die Verteilung der Kon taktstücke wird auch hier wieder wie früher so ermittelt, dass das Produkt n2 . ü konstant bleibt, wobei die neue Konstante durch die in Punkt 4 erforderliche Drehzahl n1 gegeben ist.
So werden auch alle übrigen Punkte bis zum Punkt -.-l festgelegt.
Erfolgt die Schaltung (los Getriebes wie vorstehend angegeben, so entspricht jeder Stellung des Gashebels 27 (bei genügend feinstufig schaltbarem Getriebe) eine be stimmte Drehzahl n, und ein bestimmter Fül lungsgrad f des Brennkraftmotors. Wenn die Vorzündung ausserdem von der Stellung des, Regelorganes \?.7 in feste Abhängigkeit ge bracht ist, ist damit selbsttätig der jeweils giünstigste Betriebszustand erzielt.
Bei der beschriebenen Vorrichtung ist zweckmässig noch eine Einrichtung (nicht, ge zeichnet) vorgesehen, welche die Verbindung zwischen dem Gashebel 27 und der Vergaser klappe 29 willkürlich zu unterbrechen und wieder herzustellen gestattet. Ist diese Ver bindung unterbrochen, so bewirkt ein Nieder- drücken des Hebels <B>?7</B> nur ein Verschieben der Kontaktplatte 13 nach unten, während die Vergaserklappe \29 in. der Leerlaufstel lung bleibt.
Die Verschiebung der Platte 13 nach unten führt eine Vergrösserung des Übersetzungsverhältnisses herbei. Diese Ein richtung: gestattet daher in ideal einfacher Weise eine Abbremsung der angetriebenen Welle durch den Motor unier blosser Be- tätigung des Hebels 27. Mit diesem Hebel wird also zum Beispiel bei einem Kraftfahr zeug die gesamte Leistungs- und Geschwin digkeitsregelung einschliesslich der Abbrem sung beherrscht.
Es ist nicht nötig, dass die Einstellung bezw. Anzeige des richtigen Übersetzungs verhältnisses elektrisch erfolgt. In Fig. 3 ist eine Vorrichtung schematisch dargestellt, die das wirtschaftlichste Übersetzungsverhältnis rein mechanisch anzeigt, um darnach die Ein stellung von Hand zu gestatten. Hierbei ist eine Walze 31 angeordnet, die in Abhängig keit von der Stellung des Gashebels 27 ver- dreht, wird und mit deren Oberfläche ein Tastorgan 32, z. B. ein Arm mit einer Rolle zusammenwirkt, der drehbar an der Stange 33 sitzt.
Das Tastorgan wird in der Achs richtung der Walze vom Fliehkraftregler 11 in Abhängigkeit von der Drehzahl 7i., der angetriebenen Welle verstellt und durch eine Feder 34 an die Walze angedrückt. Mit dem Tastorgan 32 ist ein Zeiger 35 starr gekup pelt, der vor einer Skala<B>36</B> spielt, die an der Stange 33 festsitzt.
Je nach Ausschlag des Zieglers 11 bezw. der Stellung des Gashebels 27 liegt das Tast organ 32 an verschiedenen Stellen der Wal- zenoberfläclie an. Die Oberfläche der Walze 31 ist nun so gestaltet, dass der Ausschlag winkel des Zeigers 35 ein Mass für die Än derung des für jede Drehzahl n, und jeden Füllungsgrad f nach der Motorcharakteristik (Fig. 1) ermittelten günstigsten Überset zungsverhältnisses ist.
Der wirtschaftlichste Wert des Übersetzungsverhältnisses ist also < ruf der Skala <B>30</B> unmittelbar ablesbar und glas Getriebe kann darnach von Hand einge stellt werden.
Ein Getriebe, das in dieser Weise ge- sch.#iltct wird, \virlit als.vollkommenes Frei- lanfigeiriebe, da die Drehzahl n, des An- iriebsmotor:
s auf Leerlaufdrehzahl zurück (lebt, wenn der Gashebel 27 in seine Leer- laufstellung zurückgebracht wird, während die Drehzahl der angetriebenen Welle da durch nicht beeinflusst wird, Aus Fig. 2 geht hervor, dass die Kontakt stücke 14-19 ganz unregelmässige Formen aufweisen.
Wenn man die Anordnung so trifft, dass die Verschiebung des Kontaktteils 1.2 proportional der Änderung der Drehzahl n_ der angetriebenen Welle und die Verschie bung der Kontaktplatte 13 proportional der Änderung der Drehzahl n1 der treibenden Welle erfolgt (das .ist ja nach dem Vorher gehenden möglich, dass jeder Stellung des Gashebels eine durch die Motorcharakteristik genau bestimmte Antriebsleistung und An triebsdrehzahl nl entspricht), so lösen sich die unregelmässig geformten Kontaktstücke in Streifen auf, die gegen den Ursprung konver gieren.
Um dies klar zu machen, sei ein Über setzungsgetriebe angenommen, das nur die Übersetzungsverhältnisse n1/n2 1, 2 und 3 aufweist. In diesem Falle er gibt sich eine Kontaktplatte gemäss Fig. 4, worin die voll gezeichneten Linien 41 die Isolierstreifen und die strichpunktierten Li nien 42 die Mittellinien der den vorgenannten Übersetzungsverhältnissen zugeordneten Kon taktstücke bedeuten. Die Linien 42 sind nichts anderes als die graphische Darstellung der Funktion n, <I>=</I> ü . n. in einem System mit den Achsen n, und n_, worin sie eine vom Ursprung 0 ausgehende Gerade darstellt.
In diesem Falle ist die Verschiebung des (hier nicht gezeichneten) Kontaktteils bezw. der Kontaktplatte im Sinne der Fig. 2 in beiden Achsrichtungen proportional zu der Än derung der Drehzahl n1 bezw: n2.
Wählt man dagegen diese Verschiebun gen nicht den Änderungen der Drehzahlen selbst, sondern deren Logarithmen propor tional, so erhält man eine Kontaktplatte nach Fig. 5, da die Beziehung nunmehr durch die Gleichung log n,, = log il -i- log n_ gegeben ist, die in einem Koordinatensystem mit logarithmischer Teilung durch gegen die beiden Achsen um 45 geneigte, zueinander parallele Linien 43 dargestellt ist, falls der Massstab für log n, und log n, gleich ge- wählt wird; bei ungleichem Massstab ändert sich nur der Neigungswinkel. Die Isolier streifen sind in Fig. 5 weggelassen..
Bei einer Verwendung, wie in der Vorrichtung nach Fig. 2, müsste die Kontaktplatte nach Fig. 5 in der Vertikalrichtung in Abhängigkeit von log n, und der (nicht gezeichnete) Kontakt teil horizontal in Abhängigkeit von log n_ verschoben werden. Durch die Tatsache, dass die Geraden 43 parallel verlaufen, ergibt sich jedoch eine weitere Vereinfachungsmöglichkeit, indem an Stelle der Bewegung in den beiden Achs richtungen die Projektion dieser Bewegungen auf eine zu den Linien 43 senkrecht stehende Gerade verwendet wird.
Die sich dabei er gebende Kontaktplatte 44 zeigt Fig. 6, in der wieder die Linien 43 als Mittellinien von Kontaktstücken erscheinen, die durch Isolier streifen 46 voneinander getrennt sind. Diese Kontaktplatte 44 besitzt also lauter recht eckige, durch die Linien 43 als Mittellinien gekennzeichnete Kontaktstücke 49 und wird von einer Stange 47 in Abhängigkeit vom Werte log n, hin- und herbewegt, während der Kontaktteil 12 an einer Stange 48 sitzt, die in Abhängigkeit vom Werte log n., hin- und herbewegt wird, so dass sich die beiden Be wegungen gegenseitig summieren und auf heben können.
Es ist klar, dass durch weil; gehende Unterteilung in schmale Stücke eine feinstufige Regelung des Übersetzungsver- hältnisses, soweit dies eben das Übersetzungs- getriebe zulässt, erzielbar ist.
Man hat es daher in der Hand, z. B. bei elektrischen feinstufigen Getrieben, das Über setzungsverhältnis durch eine konstruktiv ganz einfache Vorrichtung einstellen zu las sen, bei welcher jedem Kontaktstück die dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis ent sprechende Erregung zugeordnet ist.
Die Fig. 7 zeigt eine solche Vorrichtung. Dabei ist eine Kontaktplatte 44' ähnlich jener nach Fig. 6 verwendet und demzufolge muss die Steuerung der Platte 44' und des Schleifkontaktteils 12 in Abhängigkeit vom Wert log- n1 bezw. log % erfolgen. Die hier- zu dienlichen Mechanismen seien vorerst be schrieben.
Der Gashebel 51 verschiebt zunächst (las Gestänge 52 des Vergasers des Antriebs motors 80. Der durch den Ansatz. 5 3 ver längerte Gashebel 51 trägt an seineirr Ende einen Zapfen 54. Die Charakteristik des An triebsmotors sei durch Fig. 8 gegeben, in der die Kurve l-2-3-4-5-6 die erforderliche Regelkurve nach bestem Wirkungsgrad ana log Fig. 1 darstellt. Der Zapfen 54 nimmt bei den diesen Punkten 1 bis 6 entsprechenden Füllungen die Stellungen 1' bis 6' in Fig. 7 an, indem er sich in dem Schlitze 55 der. Kulisse 56 verschiebt.
Dabei dreht sich die Kulisse 56 um ihren Lagerpunkt 5 7 und die Stange 47, die durch Verschiebung des auf ihr angebrachten Zapfens 59 in dem Schlitz. 60 der Kulisse 56 bewegt wird und die Kon taktplatte 44' trägt, führt eine Längsverschie bung aus. Der Führungsschlitz 55 in der Kulisse 56 ist so bemessen, (lass diese Längs verschiebung dem Werte log 7a, proportional ist, wie es für die richtige Betätigung der Kontaktplatte 44 nach Fig. 6 vorausgesetzt war.
Auf ähnliche Weise kann auch die Stange 48 von einer mit der Drehzahl n, angetrie benen Welle in Abhängigkeit vom Werte log n:= unter Vermittlung eines Fliehkraft. reglers durch rein mechanische Mittel bewegt -werden. Die Stange kann jedoch auch von der angetriebenen Welle auf teilweise hydrau lischem Wege angetrieben werden, wie nach stehend gezeigt ist.
Auf der mit der Drehzahl -n_ umlaufen den Welle 61 ist ein Exzenter 62 aufgekeilt, so dass die am Exzenterring 63 sitzende Pleuelstange 64 und der Pumpenkolben 65 bei jeder Umdrehung der Welle einen Hub ausführen. Durch die Wirkung der beiden Rückschlagventile 66 und 66' wird aus dem Pumpensumpf 67 fortdauernd Flüssigkeit in den Pumpenzylinder 68 und über die Leitung 69 in einen zweiten Zylinder 71 gefördert.
In diesem Steuerzylinder ist ein gegen die Wirkung der Feder 72 längsverschiebbarer Kolben 73 angeordnet, der die Stange 48 mit dem Kontaktteil l2 trägt. .Längs der Zylin derwand sind Öffnungen 75 verschiedener Grösse angebracht, deren Durchtrittsfläche in irgend einer Weise, z. B. durch kleine Schrauben (iiiclit dargestellt), verztndert wer den kann.
Die durch den Pumpenkolben 65 in den Steuerzylinder gepresste Flüssigkeit wird nun den Kolben 73 soweit nach rechts verschieben, bis gerade die bei der vorhan denen Drehzahl ra_ geförderte Flüssigkeits menge durch die von dem Pumpenkolben frei gegebenen Öffnungen in den Pumpensumpf (i 7 zurückströmen kann. Durch entsprechende Wahl, Anordnung und Einstellung der freien Austrittsöffnungen 75 gelingt es so, dem Kontaktteil 12 die erforderliche, in Abhän gigkeit vom Werte log ia_ erfolgende Bewe gung zu erteilen.
Um. die Funktion dieses Mechanismus jederzeit korrigieren zii können, kann vom Raum zwischen den beiden Pumpenventilen 66 und 66' eine Umgehungsleitung 77 mit einer verstellbaren Drossel 78 abgezweigt sein, durch die ein gewisser Teil der von der Pumpe geförderten Flüssigkeitsmenge in den Pumpensumpf 67 zurückgefördert wird.
Da die Verschiebung der Kolbenstange 48 ein ganz bestimmtes Mass für die Grösse der Dreh zahl n= und damit bei Fahrzeugen auch ein kIass für die Fahrgeschwindigkeit ist, kann man die Verschiebung des Steuerkolbens 73 auf ein (nicht gezeichnetes) Anzeigeinstru ment übertragen, dessen Zeigerskala zum Beispiel in km/Std. geeicht ist. Bringt man daneben ein normales Tachometer (nicht ge zeichnet) an, so müssen diese beiden Instru mente stets gleiche Fahrgeschwindigkeit an zeigen. Man kann auch diese beiden Instru mente in eines vereinigen, bei dem sich die beiden Zeiger genau decken müssen, solange alles in Ordnung ist.
Wenn aber beispiels weise durch Ausarbeiten des Pumpenkolbens oder durch Verändern der Zähigkeit der Flüssigkeit bei grösseren Temperaturunter schieden die Einstellung des Kontaktteils 12 nicht mehr genau erfolgt, so werden sich die Zeiger nicht mehr decken. Man braucht dann aber nur die Drossel 78 so zu verstellen, bis sich die Zeiger wieder decken. Der Mecha nismus ist dann wieder in Ordnung.
Nach Fig. 7 treibt also der Brennkraft- motor 80 über die mit der Drehzahl n1 lau fende Welle 81 ein elektrisches Übersetzungs getriebe 82 jener Art an, das aus einem Mo torgenerator besteht und so wirkt, dass die Änderung des Übersetzungsverhältnisses vom untersynchronen Lauf über den Gleichlauf zum übersynchronen Lauf der angetriebenen. Welle 61 ausschliesslich durch Änderung der Felderregung des Motorteils von einem posi tiven Mindestwert über Null zu einem nega tiven Wert erfolgt. Ein solches Getriebe ist in dem Schweizer Patent Nr. 187203 be schrieben. Diese Veränderung der Erregung wird durch die Kontaktplatte 44' bezw. den Kontaktteil 12 bewirkt.
Die einzelnen Kontaktstücke der Platte 44' sind über Widerstände 85 verbunden. Nur das Stück 86, das der Erregung Null entspricht, hat keine leitende Verbindung;. Das erste und letzte Kontaktstück sind über die Leitungen 87 und 87' mit den Schleif ringen 88 und 88' des elektrischen Getriebes verbunden. Ferner gehen von diesen Schleif ringen Leitungen 89 und 89' zu Kontakt schienen 90 und 90', auf denen eine auf der Stange 48 sitzende Bürste 91 schleift, die über die Leitung 92 mit dem einen Pol 93 der Batterie 96 verbunden ist. Der Pol 93' ist wieder mit Kontaktschienen 94 und 94' verbunden, auf denen die auf der Stange 48 sitzenden Bürsten 95 und 95' schleifen.
Hier aus ergibt sich folgende Wirkungsweise: Solange der Kontaktteil 12 auf den Kon taktstücken rechts vom Nullkontaktstück 86 der Kontaktplatte 44' steht, besteht folgender geschlossener Stromkreis: Klemme 93', Schiene 94', Bürste 95', Kontaktteil 12, even tuell Widerstand 85, Leitung 87', Schleif ring 88', Erregerwicklung des Motorteils des Getriebes, Schleifring 88, Leitung 89', Bürste 91, Leitung 92, Klemme 93.
Bei einer Re lativbewegung des Kontaktteils 12 zur Kon taktplatte 44'- nach links wird der Strom durch Zuschaltung von Widerständen 85 immer geringer, bei Anlagen am Kontaktstück 86 wird er gleich Null und bei überschreiten dieses Kontaktstückes nach links kehrt sich die Stromrichtung um, da jetzt der folgende Stromkreis besteht: Klemme 93', Schiene 94, Bürste 95, Kontaktteil 12, eventuell Wider stand 85, Leitung 87, Schleifring 88, ' Er regerwicklung, Schleifring 88', Leitung 89, Schiene 90, Bürste 91, Leitung 92, Klemme 93.
Der erstgenannte Stromkreis entspricht dem untersynchronen und der zweitgenannte dem übersynchronen Lauf der angetriebenen Welle 61.
Mit einer solchen Vorrichtung, deren Ein zelelemente natürlich weitestgehend ver ändert werden können, kann das Über- setzunasverhältnis eines elektrischen Über- setzungsg;etriebes also durch blosse Betäti gung des Leistungsregelorganes (Gaspedal) unter Anpassung an den jeweiligen Fahr widerstand so geändert werden, dass der Mo tor immer mit dem besten Wirkungsgrad läuft.
Device for the automatic determination of the transmission ratio, which results in the best efficiency in each case, of a transmission coupled to an internal combustion engine. Various attempts have been made to automatically adjust the transmission ratio, especially in motor vehicles. Attempts have been made to shift the gears automatically depending on the speed of the driving shaft or the magnitude of the torque of the driven shaft. Still other attempts were made to keep the speed of the driving shaft constant by means of various devices.
Devices are also already available in which only about the first two gears are automatically controlled as a function of the speed of the driving shaft, during the moment of switching through the direct. Gangas is still left to the dimensioning of the driver.
All previous devices have the disadvantage that they do not achieve the best efficiency in all cases with the circuit .. Although the following statements mainly relate to the conditions when driving a vehicle, they should len for many other similar drives on different areas of technology apply.
The decisive factor for the correct selection of the transmission ratio is ultimately the efficiency of the power drive at every moment. The efficiency of an explosion engine is dependent on the required effective power on the degree of filling, the speed and the time of ignition. Every effective service requires a favorable combination of these three factors.
Therefore, if the driving conditions are to be designed in such a way that the drive motor is forced to work with the best efficiency with every momentarily required power, each position of the power control element of the drive motor must clearly have a specific speed, a specific filling level and a be assigned certain pre-ignition, regardless of how great the driving resistance to be overcome at the moment. In order to achieve this, the transmission ratio must be adjusted to the current load in every moment so that the drive motor can maintain the speed that corresponds to the selected position of the power control element with regard to achieving the best efficiency.
The present invention relates to a device for automatically determining the best efficiency in each case he giving gear ratio of a gear coupled with an internal combustion engine, ie a device that determines the gear ratio at wel chem the drive motor most favorable for the respective performance and the given gear Operating state assumes.
It is advantageous for an economical Rege development if the transmission enables not only a subsynchronous but also an over synchronous gear of the driven shaft.
To achieve this goal, two mechanisms are provided according to the invention, one of which is moved as a function of the speed of the driven shaft and the other as a function of the position of the power control element of the motor, these mechanisms determining the transmission ratio that is in the current power of the motor according to the motor characteristics for the given gearbox results in the most economical speed of the motor shaft.
The mechanisms mentioned can only display the transmission ratio or they can also set it automatically. The latter will especially be the case if there is a continuously variable transmission.
The invention will be explained with reference to the graphs contained in the drawing and schematically shown Ausführungsbei play. Fig. 1 shows in the graph the indicated power of an internal combustion engine as a function of its speed for different degrees of filling; Fig. 2 is a schematic representation of a device for automatic adjustment or display of the most economical gear ratio; Fig. 3 is a schematic representation of another device for automatically displaying the most economical translation ratio; FIGS. 4, 5 and 6 show a detail of a further device, FIG. 7 shows this device in its entirety, and FIG. 8 shows an engine characteristic similar to FIG.
In Fig. 1, Li means the indicated performance of the internal combustion engine, n1 its speed and f the degree of filling. The size of the indicated power Li at a certain degree of filling f as a function of the speed n1 is shown by the straight lines 0-A, <I> 0-B </I> and <I> 0-C </I>, where 0-t1. the degree of filling f = 1 and 0-13 corresponds to the degree of filling f = 1/2.
If you draw the lines of the same effective power of the engine in this graph (always with the most favorable pre-ignition setting), you get the curves aa, bb, cc, dd etc. The lowest points 1, 2, .3, 4_ of these curves result in the most favorable operating conditions in terms of speed n and degree of filling f for the required effective power.
If, therefore, the best efficiency is always to be achieved with different effective powers, the degree of filling <I> f </I> and the speed <I> n, </I> must each follow the dashed line for an engine characteristic according to FIG Line 1-2-3-4-A. to be set. This can be achieved by choosing the right gear ratio. This correct Übersetzlings- v ratio is automatically set respectively, for example by the device described below. displayed.
In Fig. 2, 11 represents a centrifugal governor, the speed of which is equal to or proportional to the speed n2 of the driven shaft. The controller 11 moves the contact part 12 with increasing speed to the left, sliding over a contact track 22-22 on the contact plate 13. The contact plate 13 is moved as a function of the position of the regulating element of the internal combustion engine, namely the gas lever 27. It is divided into mutually insulated pieces 14, 15, 16, 17, 18 and 19, with piece 14 being assigned to the first course, piece 15 to the second course, and so on.
The circuit leads from the current collector 20 via the contact part 12, the contact piece just touched by this contact part via the line 21 and the trip relay 26 belonging to this piece and is connected to the earth or ground. The relay 26 triggers the switching mechanism, not further described here as being insignificant, for switching the associated gear or optically indicates the gear that is to be switched manually. In the case of electrical transmissions, the necessary excitation to achieve a certain gear ratio can be set directly through the con tact pieces 14 to 19.
As long as the position of the gas lever 27 is maintained unchanged, the position of the contact plate 13 does not change either. The contact part 12 will thus slide along the path 22-22 when the speed n2 of the driven shaft changes. The contact pieces 14, 15 etc. are now distributed along this path 22-22 so that the associated gear ratios Ü change inversely proportional to the speeds n, of the driven shaft, so that the product n2 ü always equals a constant value is.
This constant is equal to the speed n1 of the driving shaft because n2. ü = n2. nl / n2 = n1. That is, if the gear ratio is actually set in this way, the drive speed n remains constant as long as the degree of filling, that is, the position of the lever 27 is kept constant at the same time. It is assumed that the translation stages follow one another very closely; If the transmission is coarse, the value of the drive speed fluctuates in a certain range around the constant value n1 obtained in transmissions with a constant gear ratio change.
A change in the load thus only changes the speed n_ of the driven shaft and the transmission ratio between the drive and the driven shaft. The speed of the driving shaft, the degree of filling and thus the effective power of the drive motor remain constant.
The relationships on the path 22-22 should correspond to point 1 of FIG. 1, for example. If you want to have an effective power that corresponds to curve bb in Fig. 1, then point 2 gives the most economical conditions for achieving this power, that is, it must be compared to point 1, both the degree of filling f, and the speed n1 accordingly increase. The required degree of filling is achieved by further depressing the lever 27. As a result, however, the contact plate 13 is pushed down at the same time, so that the contact part 12 now brushes the web 23-23.
The contact pieces 14 to 19 are again distributed along this path in such a way that the product n2 <I>. i '</I> s is again equal to a constant that is given by the new neces sary speed n1 at point 2 (Fig. 1). All intervening distributions of the contact pieces can be determined in the same way.
From point 2 to point 3 of FIG. 1, the most economical conditions are maintained if only the degree of filling is increased, but the speed n: is kept constant. At point 3 the engine is already fully charged. The contact plate is then pushed down so far that the contact part 12 slides along the track 24-24.
Since the speed n1 has no longer changed here, the distribution of the contact pieces along the path 24-24 is the same as along the path 23-23. From point 3 to point A of FIG. 1, the effective power of the internal combustion engine becomes only changed by the fact that the speed ii is increased, while the degree of filling f remains unchanged at the maximum value, because if the throttle lever 27 is further depressed, the position of the carburetor flap 29 no longer changes as a result of a stop (not shown) can be.
The further movement of the lever 27 relative to the carburetor flap is made possible by a spring 30, for example. In contrast, the contact plate 13 moves further down. For example, it corresponds to the contact track 35-95 (Fig. 2) in it. Points 4 in Fig. 1. The distribution of the contact pieces is again determined here as before so that the product n2. ü remains constant, the new constant being given by the speed n1 required in point 4.
All other points up to point -.- l are determined in this way.
If the gearshift takes place (loose gearbox as indicated above, then each position of the throttle lever 27 (with a sufficiently finely adjustable gearbox) corresponds to a certain speed n, and a certain degree of filling f of the internal combustion engine. If the pre-ignition also depends on the position of the control element \ ? .7 is brought into a fixed relationship, the most favorable operating status is automatically achieved.
In the device described, a device (not, ge draws) is expediently provided, which allows the connection between the throttle lever 27 and the carburetor flap 29 to be arbitrarily interrupted and restored. If this connection is interrupted, pressing the lever <B>? 7 </B> only causes the contact plate 13 to be shifted downwards, while the carburetor flap 29 remains in the idle position.
The shifting of the plate 13 downward leads to an increase in the transmission ratio. This device: therefore allows the driven shaft to be braked by the motor in an ideally simple manner simply by actuating the lever 27. With this lever, for example in a motor vehicle, the entire power and speed regulation including the braking is controlled .
It is not necessary that the setting or The correct transmission ratio is displayed electrically. In Fig. 3 a device is shown schematically, which shows the most economical gear ratio purely mechanically, in order to then allow the setting by hand. Here, a roller 31 is arranged, which rotates as a function of the position of the gas lever 27, and with the surface of which a sensing element 32, for. B. an arm cooperates with a roller which is rotatably seated on the rod 33.
The sensing element is adjusted in the axial direction of the roller by the governor 11 depending on the speed 7i., The driven shaft and pressed by a spring 34 against the roller. A pointer 35 is rigidly coupled to the feeler element 32 and plays in front of a scale 36 which is stuck on the rod 33.
Depending on the rash of the bricklayer 11 respectively. the position of the throttle lever 27, the feeler member 32 rests at various points on the roller surface. The surface of the roller 31 is designed so that the deflection angle of the pointer 35 is a measure of the change in the most favorable gear ratio determined for each speed n and each degree of filling f according to the engine characteristic (FIG. 1).
The most economical value of the transmission ratio can therefore be read directly from the scale <B> 30 </B> and the glass gear can then be set by hand.
A gear that is operated in this way, \ virlit as a perfect free-running gear, because the speed n, of the drive motor:
s back to idle speed (lives when the throttle lever 27 is returned to its idle position, while the speed of the driven shaft is not influenced by it. From Fig. 2 it can be seen that the contact pieces 14-19 have very irregular shapes.
If the arrangement is made such that the displacement of the contact part 1.2 is proportional to the change in the speed n_ of the driven shaft and the displacement of the contact plate 13 is proportional to the change in the speed n1 of the driving shaft (this is possible after the above, that each position of the throttle lever corresponds to a drive power and drive speed nl precisely determined by the engine characteristics), the irregularly shaped contact pieces dissolve into strips that converge towards the origin.
In order to make this clear, a transmission gear is assumed that only has the gear ratios n1 / n2 1, 2 and 3. In this case, he is a contact plate according to FIG. 4, wherein the solid lines 41, the insulating strips and the dash-dotted lines 42 mean the center lines of the aforementioned gear ratios associated contact pieces Kon. The lines 42 are nothing other than the graphic representation of the function n, <I> = </I> ü. n. in a system with the axes n, and n_, in which it represents a straight line starting from the origin 0.
In this case, the displacement of the contact part (not shown here) is respectively. the contact plate in the sense of FIG. 2 in both axial directions proportional to the change in speed n1 or n2.
If, on the other hand, one chooses these shifts not to the changes in the rotational speeds themselves, but to their logarithms proportionally, one obtains a contact plate according to FIG which is represented in a coordinate system with logarithmic division by lines 43 inclined at 45 to the two axes and parallel to one another, if the same scale for log n and log n is chosen; if the scale is not the same, only the angle of inclination changes. The insulating strips are omitted in Fig. 5 ..
When used as in the device according to FIG. 2, the contact plate according to FIG. 5 would have to be displaced in the vertical direction as a function of log n, and the contact (not shown) would have to be displaced horizontally as a function of log n_. The fact that the straight lines 43 run parallel, however, results in a further possibility of simplification in that, instead of the movement in the two axial directions, the projection of these movements onto a straight line perpendicular to the lines 43 is used.
The resulting contact plate 44 is shown in FIG. 6, in which the lines 43 appear again as center lines of contact pieces that are separated from one another by insulating strips 46. This contact plate 44 has nothing but rectangular contact pieces 49, marked as center lines by the lines 43, and is moved back and forth by a rod 47 depending on the value log n, while the contact part 12 sits on a rod 48 which is dependent on the Values log n., Is moved back and forth so that the two movements can add up and cancel each other out.
It is clear that by because; subdivision into narrow pieces, a fine-grained regulation of the gear ratio can be achieved, as far as the gear ratio allows.
It is therefore in your hand, e.g. B. in electrical fine-stage transmissions, the transmission ratio set over by a structurally very simple device to las sen, in which each contact piece is assigned the corresponding gear ratio ent speaking excitation.
Fig. 7 shows such a device. In this case, a contact plate 44 'similar to that according to FIG. 6 is used and accordingly the control of the plate 44' and the sliding contact part 12 must be as a function of the value log-n1 or. log%. The mechanisms that can be used for this purpose are first described.
The throttle lever 51 first moves (read linkage 52 of the carburetor of the drive motor 80. The extended by the approach. 5 3 extended throttle lever 51 carries a pin 54 at its end. The characteristics of the drive motor is given by Fig. 8, in which the Curve I-2-3-4-5-6 represents the required control curve for the best efficiency analogous to Fig. 1. The pin 54 assumes the positions 1 'to 6' in Fig. 7 for the fillings corresponding to these points 1 to 6 by sliding in the slot 55 of the gate 56.
The gate 56 rotates about its bearing point 5 7 and the rod 47, which is moved by displacement of the pin 59 attached to it in the slot. 60 of the link 56 is moved and the con tact plate 44 'carries a longitudinal displacement from. The guide slot 55 in the link 56 is dimensioned so (let this longitudinal displacement be proportional to the value log 7a, as was assumed for the correct actuation of the contact plate 44 according to FIG.
In a similar way, the rod 48 can also be driven by a shaft driven at the speed n, depending on the values log n: = with the mediation of a centrifugal force. controller can be moved by purely mechanical means. However, the rod can also be driven by the driven shaft in a partially hydrau lic way, as shown below.
An eccentric 62 is keyed onto the shaft 61 rotating at the speed -n_, so that the connecting rod 64, which is seated on the eccentric ring 63, and the pump piston 65 execute a stroke with each revolution of the shaft. As a result of the action of the two check valves 66 and 66 ′, liquid is continuously conveyed from the pump sump 67 into the pump cylinder 68 and via the line 69 into a second cylinder 71.
In this control cylinder there is arranged a piston 73 which is longitudinally displaceable against the action of the spring 72 and which carries the rod 48 with the contact part 12. .Long the Zylin derwand openings 75 of different sizes are attached, the passage area in some way, for. B. by small screws (iiiclit shown), changed who can.
The liquid pressed into the control cylinder by the pump piston 65 will now move the piston 73 to the right until the amount of liquid delivered at the existing speed ra_ can flow back through the openings released by the pump piston into the pump sump (i 7 Corresponding choice, arrangement and setting of the free outlet openings 75 thus succeed in giving the contact part 12 the necessary movement, which takes place as a function of the values log ia_.
Around. To be able to correct the function of this mechanism at any time, a bypass line 77 with an adjustable throttle 78 can be branched off from the space between the two pump valves 66 and 66 ', through which a certain part of the amount of liquid pumped by the pump is returned to the pump sump 67.
Since the displacement of the piston rod 48 is a very specific measure for the size of the speed n = and thus also a kIass for the driving speed in vehicles, the displacement of the control piston 73 can be transferred to a (not shown) display instrument whose pointer scale is for Example in km / h is calibrated. If you attach a normal speedometer (not shown) next to it, these two instruments must always show the same driving speed. You can also combine these two instruments into one in which the two pointers must exactly match, as long as everything is in order.
But if, for example, by working out the pump piston or by changing the viscosity of the liquid at higher temperature differences, the setting of the contact part 12 is no longer accurate, the pointers will no longer coincide. You then only need to adjust the throttle 78 until the pointers coincide again. The mechanism is then ok again.
According to FIG. 7, the internal combustion engine 80 drives via the shaft 81 running at the speed n1 an electrical transmission gear 82 of the type that consists of a motor generator and acts in such a way that the change in the gear ratio from the subsynchronous run via the Synchronization with the oversynchronous operation of the driven. Wave 61 takes place exclusively by changing the field excitation of the motor part from a positive minimum value above zero to a negative value. Such a transmission is described in Swiss Patent No. 187203 be. This change in excitation is BEZW by the contact plate 44. the contact part 12 causes.
The individual contact pieces of the plate 44 ′ are connected via resistors 85. Only the piece 86, which corresponds to the excitation zero, has no conductive connection. The first and last contact pieces are connected via lines 87 and 87 'to the slip rings 88 and 88' of the electric transmission. Also go from these slip rings lines 89 and 89 'to contact rails 90 and 90', on which a brush 91 sitting on the rod 48 grinds, which is connected to one pole 93 of the battery 96 via the line 92. The pole 93 'is again connected to contact rails 94 and 94', on which the brushes 95 and 95 'sitting on the rod 48 slide.
This results in the following mode of action: As long as the contact part 12 is on the contact pieces to the right of the zero contact piece 86 of the contact plate 44 ', the following closed circuit exists: Terminal 93', rail 94 ', brush 95', contact part 12, possibly resistor 85, Line 87 ', slip ring 88', excitation winding of the motor part of the gearbox, slip ring 88, line 89 ', brush 91, line 92, terminal 93.
With a relative movement of the contact part 12 to the contact plate 44'- to the left, the current is always lower by switching on resistors 85, with systems on the contact piece 86 it is zero and when this contact piece is exceeded to the left, the current direction is reversed because now The following circuit consists: Terminal 93 ', rail 94, brush 95, contact part 12, possibly resistance was 85, line 87, slip ring 88,' He energizing winding, slip ring 88 ', line 89, bar 90, brush 91, line 92, clamp 93.
The first-mentioned circuit corresponds to the subsynchronous and the second to the oversynchronous running of the driven shaft 61.
With such a device, the individual elements of which can of course be changed as far as possible, the transmission ratio of an electrical transmission gear can be changed by simply operating the power control element (accelerator pedal) while adapting to the respective driving resistance so that the The engine always runs with the best efficiency.