CH418836A - Drehender Energieumwandler und seine Verwendung für einen Antrieb - Google Patents

Description

  Drehender     Energieumwandler    und seine Verwendung für     einen        Antrieb       Die     Erfindung    bezieht sich auf einen     Energie-          umwandler,    der einen Druck in eine Drehbewegung  umsetzt oder umgekehrt, wobei     als    Druckmedium ein  flüssiges oder gasförmiges Medium Verwendung  findet.  



  Solche Energieumformungen, die auf dem     Zentri-          fugalprinzip    beruhen, sind bereits bekannt; sie zeigen  jedoch den Nachteil, dass sie für ein einwandfreies  Arbeiten ausserordentlich hohe     Umlaufsgeschwindig-          keiten    erfordern. Man kennt weiterhin z. B.

   Flüssig  keitspumpen oder Gebläse, die entweder durch das       Ineinandergreifen    von     Zahnrädern    arbeiten, wobei       gegebenenfalls    die Zahnzahl ausserordentlich weit  gehend verringert werden kann, oder solche, die eine       Exzentervorrichtung    verwenden; alle diese umlaufen  den Energiewandler haben den Nachteil, dass sie in  hohem Masse der gegenseitigen Reibung ihrer beweg  lichen Teile untereinander bzw. mit den feststehenden  Teilen, insbesondere an den hochbeanspruchten Stel  len, unterworfen sind, ganz abgesehen von der inne  ren Reibung der Flüssigkeit, alles Faktoren, die den  Wirkungsgrad fühlbar verringern.  



  Die Erfindung setzt sich zum Ziel, all diese Un  zulänglichkeiten dadurch zu vermeiden, dass bei  einem drehenden     Energieumwandler,    der ein flüssi  ges oder gasförmiges Medium verwendet, um eine  Drehbewegung in Druck oder Druck in eine Dreh  bewegung     umzuwandeln,    ein Hauptrotor, der einen  oder mehrere Satelliten trägt, deren jeder in einer ent  sprechenden     Ausnehmung    des Hauptrotors unterge  bracht ist und sich um eine in     bezug    auf den Haupt  rotor feststehende Achse dreht, verwendet ist, wobei  jeder dieser Satelliten mit einer oder mehreren     Aus-          nehmungen    versehen ist, in die Trennwände, welche  in bezug zur Rotationsachse des Hauptrotors radial  angebracht sind,

   mehr oder weniger eingreifen. Die         Satelliten    können entweder synchronisiert sein oder  sich frei drehen. Eine besondere Verwendung des er  findungsgemässen     Energieumwandlers    für einen An  trieb, insbesondere für     Kraftfahrzeuge,    ist dadurch       gekennzeichnet,    dass ein drehender     Energieumwand-          ler    direkt mit dem Motor gekoppelt ist und dessen  kinetische Energie über ein Druckmedium in Druck  umwandelt, wobei dieser Druck durch einen oder  mehrere     Energieumwandler,    die auf Antriebsräder  wirken, wieder in eine Drehbewegung umgewandelt  wird.  



  Im folgenden sollen einige Beispiele für Ausfüh  rungsformen eines     Energieumwandlers    gemäss der  Erfindung sowie     ihre    praktische Verwendung an  hand der Zeichnungen beschrieben werden.     In    diesen  zeigt:

         Fig.    1 einen     Energieumwandler    gemäss der Er  findung in Draufsicht und teilweise waagrecht ge  schnitten,       Fig.    2 einen     Vertikalschnitt    des     Energieumwand-          lers    gemäss     Fig.    1, von vorne gesehen,       Fig.3    eine andere Ausführungsform für einen  Energiewandler gemäss der Erfindung, in Draufsicht  und teilweise waagrecht geschnitten, und       Fig.    4 ein Beispiel für die Verwendung von Ener  giewandlern gemäss der Erfindung bei einem     Kraft-          fahrzeug,    in rein schematischer Darstellung,

   von un  ten gesehen, die Räder waagrecht geschnitten.  



  Der in     Fig.    1 dargestellte     Energieumwandler    be  steht aus einem Gehäuse 1, in dessen     Innerem    um  eine Mittelachse 11 sich der Hauptrotor 2 dreht. Der  vorzugsweise     zylindrisch    geformte Hauptrotor 2 ist  mit zwei     Satelliten    3, 4 ausgestattet, die in entspre  chenden     Ausnehmungen    des Rotors 2 untergebracht  sind und um die Achsen 12 und 13 umlaufen kön  nen. Die Achsen 12 und 13     sind    bezüglich des Rotors      2 fest angeordnet. Die Durchmesser der     Satelliten    3,  4 sind -genau     halb    so gross wie der Durchmesser der  Innenwand des Gehäuses 1.

   Läuft der Rotor bei  spielsweise in dem durch den Pfeil angegebenen  Drehsinn x und drehen sich dabei die     Satelliten    3, 4  jeweils um ihre Achsen 12, 13 in dem durch die       Pfeile    y, y' angegebenen     Sinn    mit einer Umlaufge  schwindigkeit, die doppelt so gross ist wie die des  Hauptrotors 2, dann bewegt sich jeder Punkt des       Umfanges    des horizontalen Mittelschnittes gemäss der  Regel von La     Hyre    auf einer Geraden, die durch die  Mittelachse des Gehäuses läuft, d. h. auf einem  Durchmesser dieses Gehäuses.

   Das Gehäuse ist mit  vier Trennwänden 7, 8, 9, 10 versehen, die jeweils bis  zur Mantelfläche des zylindrischen Hauptrotors rei  chen und so nahe an diese     herangeführt    sind, dass sie  eine ausreichende Dichtigkeit gewährleisten. Diese  Trennwände unterteilen den Innenraum des Gehäu  ses in die Kammern oder     Teilräume   <I>a, b, c, d.</I> Die  Trennwände 7, 8, 9, 10 greifen jeweils im entspre  chenden     Augenblick    in die     Ausnehmungen   <I>i, j, k, l</I>  der     Satelliten    3 und 4 ein.

   Die Aussenflächen dieser  Trennwände 7, 8, 9, 10 sind als Ebenen ausgebildet,  in deren gedachte Verlängerung die Mittelachse des  Gehäuses fallen würde, so dass entsprechend dem  Gesetz von La     Hyre    die Kanten der     Hohlräume   <I>i, j,</I>  <I>k, l</I> sich längs dieser Wände einesteils dicht anliegend,  andernteils jedoch reibungslos bewegen.  



  Der Hauptrotor hat vorzugsweise     zylindrische     Form. Die     Satelliten    können entweder     zylindrische     Form oder     Kugelform    haben. Es ist jedoch auch mög  lich, für die     Satelliten    jede andere gekrümmte oder  prismatische Form vorzusehen, wobei die Längskan  ten der Prismen selbstverständlich parallel zu den  Achsen 12 bzw. 13 verlaufen müssen; in diesem Falle  ist natürlich vorausgesetzt, dass die Form der Innen  wand des Gehäuses entsprechend ausgebildet ist.  



  Die     Zuführung    des     flüssigen    oder gasförmigen  Mediums, das     zur    Erzeugung des Druckes dient, er  folgt beispielsweise durch die Mittelachse 11, die zu  diesem Zwecke mit einer     konzentrischen        Bohrung     versehen ist und anderseits durch angenähert radial  verlaufende Kanäle 5, 6 mit den Kammern<I>a, b, c, d</I>  in Verbindung steht; das Medium     fliesst    dann in der  durch die Pfeile angedeuteten Richtung.

   Die Kam  mern<I>a, b, c, d</I> verlässt das Medium durch die Aus  gangsöffnungen<I>e, j, g, h.</I> Um das einwandfreie Ar  beiten der Vorrichtung zu gewährleisten und jede  Reibung zwischen den     Satelliten    3, 4 und den ent  sprechenden Wänden der Kammern während des  Umlaufes zu vermeiden, sind die     Satelliten    synchro  nisiert, und zwar in irgendeiner beliebigen Weise, bei  spielsweise durch ein Getriebe, wie es in     Fig.    2 dar  gestellt ist.

   Dieses ist durch ein zentrales und fest mit  dem Gehäuse 1 verbundenes     Ritzel    16 gebildet, um  welches über zwei frei laufende     Ritzel    17, 18 die auf  den Drehachsen 12, 13 der     Satelliten    3 und 4 befe  stigten     Ritzel    19, 20 umlaufen. Das Getriebe ist so  bemessen, dass das gewünschte     übersetzungsverhält-          nis    1:2 zwischen der Winkelgeschwindigkeit des    Hauptrotors und der der     Satelliten    erzielt wird.

   In       Fig.    2 ist die     Trennwand    7 im Längsschnitt gezeigt,       während    der Satellit 3 in     achsialem    Sinne geschnitten  ist. Der     Satellit    4 ist in Ansicht von vorne gezeigt,  weshalb die mit ihm im     Eingriff    befindliche Trenn  wand 9 nicht sichtbar ist. Sie ist durch gestrichelte  Linien angedeutet.  



  Die beschriebene     Vorrichtung    wirkt     folgender-          massen:    Wenn der Hauptrotor 2 in dem durch den  Pfeil x     angegebenen        Drehsinn    umläuft und die Satel  liten 3, 4 um die Achsen 12, 13 sich im Sinne der  Pfeile y, y' drehen, so wird das Volumen der Kam  mern a und e grösser und bewirkt auf diese Weise den       Eintritt    des Druckmediums, das einerseits infolge der  Zentrifugalkraft in den Eintrittskanälen 5, 6, ander  seits auf     Grund    des in den genannten Kammern ent  stehenden Vakuums in diese hereingebracht wird.

    Gleichzeitig verringert sich das Volumen der Kam  mern<I>b</I> und<I>d,</I> wobei das Medium durch die Aus  trittsöffnungen     f,   <I>h</I> hinausgedrückt wird. Auf diese  Weise ergibt sich eine Umsetzung der Drehbewegung  der Mittelachse 11 in einen Druck des durch die Vor  richtung strömenden Mediums. Man könnte selbst  verständlich die gleiche Wirkung erzielen, wenn das  Medium durch die Öffnungen e,     f,   <I>g, h</I> in die Kam  mern eingebracht und durch die Kanäle 5, 6 hinaus  gedrückt würde, vorausgesetzt, dass man für das Ein  bringen des Mediums auf die Wirkung der Zentrifu  galkräfte verzichtet.  



       Selbstverständlich    kann man diese Vorgänge um  kehren. Man erhält dann eine Umsetzung des im Me  dium herrschenden Druckes in Rotationsarbeit, wo  bei die hydraulische bzw. pneumatische Energie des  über die Kanäle 5, 6 bzw. die Öffnungen e,     f,   <I>g, h</I>  eintretenden Mediums bei seinem Durchgang durch  den Energiewandler in eine Drehbewegung umge  formt     wird.     



  Eine andere     Ausführungsform    für den Erfin  dungsgedanken zeigt     Fig.    3, bei der jeder der Satelli  ten     mit    vier     Ausnehmungen    versehen ist, während die  Zahl der die     einzelnen    Kammern trennenden Wände  bzw. dementsprechend die Zahl dieser Kammern  selbst auf acht erhöht ist. Die verschiedenen Teile  dieser Vorrichtung sind     mit    den gleichen Kennzeichen  bezeichnet wie die entsprechenden Teile in     Fig.    1,  lediglich unterschieden von diesen durch einen oder  erforderlichenfalls zwei beigefügte Striche ('     bzw.    ").

    Die Arbeitsweise dieses     Energiewandlers    ist grund  sätzlich die gleiche wie die der in     Fig.    1 gezeigten Vor  richtung, so dass es sich erübrigt, ihre Beschreibung  zu wiederholen. Der Vorteil dieser     Ausführungsform     beruht im     wesentlichen    darauf, dass in diesem Falle  das System selbst synchronisiert wird und keines be  sonderen Organes wie eines Getriebes zu seiner Syn  chronisation bedarf. Zudem ist die     Druckcharakteri-          stik    wesentlich     ausgeglichener;    Totpunkte sind keine  vorhanden.  



  Ein Verwendungsbeispiel für die     Erfindung    ist in       Fig.    4 dargestellt, die in streng schematischer Weise  von unten gesehen ein hydraulisches System zeigt, das      gleichzeitig den Antrieb, die Bremsung sowie einen  Differentialeffekt und einen automatischen Steuer  effekt für ein Kraftfahrzeug ermöglicht. In dieser  Figur ist der Komplex Motor-Kompressor mit A be  zeichnet.

   Er     enthält    einen Motor, der nach jedem  beliebigen, geeigneten Prinzip arbeiten kann, bei  spielsweise einen Drehkolbenmotor sowie einen mit  diesem Motor gekuppelten     umlaufenden        Energie-          wandler.    Dieser Energiewandler ist ein Kompressor,  der beispielsweise durch eine Turbine gebildet werden  kann, vorausgesetzt, dass der Motor mit ausreichen  der Geschwindigkeit umläuft oder aber vorzugsweise  durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung, wie sie  beispielsweise weiter oben beschrieben wurde.

   Der  Kompressor des Komplexes Motor-Kompressor A ist  über die Leitung B mit einem Behälter C verbunden,  der so ausgebildet ist, dass er die Funktion eines       Windkessels    übernehmen kann und dementsprechend  nur teilweise mit der der Energieübertragung dienen  den Flüssigkeit gefüllt ist. Diese Flüssigkeit kann bei  spielsweise Öl sein.  



  Im folgenden Beschreibungstext sind gleichartige  und einander entsprechende Organe mit den gleichen  Buchstaben bezeichnet und unter sich durch als     In-          dices    beigefügte Zahlen unterschieden.  



  Der Antrieb der vier Räder     R1    bis R4 erfolgt als  Einzelantrieb für jedes Rad. Zu diesem Zwecke ist  jedes der Räder     R1    bis R4 mit einem umlaufenden       Energiewandler        F1    bis F4 versehen, der vorzugsweise  als Umwandler gemäss der Erfindung ausgebildet ist.

    In dem gewählten Beispiel wird angenommen, dass  jeweils das Gehäuse einer Vorrichtung gemäss der       Fig.    3 fest mit jedem Rad verbunden ist, während der  Hauptrotor am Rahmen des Wagens befestigt ist, und  zwar über die     Federungsglieder    Hl bis H4, und zwar  so, dass er keinerlei Drehbewegung ausführen kann;  mit anderen Worten übernimmt also der Hauptrotor  der Vorrichtung gemäss 3 nunmehr die Rolle eines       Stators,    wobei die Funktionen des Gehäuses und des  Hauptrotors vertauscht werden.

   In     Fig.    4 sind die Ge  häuse der verschiedenen Energiewandler     symbolisch     als Trommeln     f    101,     f    201,     f    301,<I>f</I> 401 schematisch  im Schnitt dargestellt, während die Scheiben     f    102,       f   <I>202,</I>     f        302,f   <I>402</I> in gleicher Weise symbolisch die       Statoren    darstellen, die die Rollen der Hauptrotoren  in den Vorrichtungen gemäss der     Fig.    3 übernehmen.

    Die Satelliten sind durch gestrichelte Linien angedeu  tet und mit den Zeichen     f    103,     f    104,     f        203,f   <I>204,</I>       f    303,     f    304,     f    403,     f    404 versehen.  



  Die Energiewandler     F1    bis F4 sind jeweils     direkt     mit dem Behälter C über die Zuleitungen D1 bis D4  verbunden. Nachdem die Flüssigkeit die     Energie-          wandler        F1    bis F4 durchlaufen hat,     wird    sie in den  Kompressor des Komplexes A über die     Rücklauflei-          tungen        G1    bis G4 zurückgeleitet.

   Diese     Rücklauflei-          tungen    sind jede     mit    einem ausreichend langen, fle  xiblen Rohrstück versehen, das während der     Fahrt     den vier Rädern die erforderlichen Schwingungen und  Verlagerungen gegeneinander und gegenüber dem  Rahmen ermöglicht. Im Gegensatz zu den Zuleitun-    gen     sind    die Rückleitungen     G1    bis G4 nicht als direkte  Verbindung zwischen den Antriebsorganen     F1    bis  F4 der Räder und der Anordnung<I>ABC</I> ausgebildet.

    Die Leitungen jeder Seite sind     viehmehr    jeweils mit  einander verbunden und enden in einer Vorrichtung  K, wobei die gemeinsame Einmündung der Leitungen  G1, G3 links, die der Leitungen G2, G4 rechts an  der genannten Vorrichtung K angeordnet ist. Die Vor  richtung K stellt eine Art von Steuerventil dar, in dem  sich ein     segmentförmiges    Ventilstück befindet, das in  geeigneter Weise an die durch das Lenkrad gesteuer  ten Lenkvorrichtungen angekuppelt ist.

   Dieses Seg  ment bewegt sich in Abhängigkeit der Lenkvorgänge  und entsprechend der gewünschten Richtungsände  rung, wobei es die beiden Einmündungen des     Lei-          tungssystemes    G1, G3 einerseits, G2, G4 anderseits  mehr oder weniger     öffnet    oder schliesst, wodurch  sich die Wirkung des in der Flüssigkeit herrschenden  Druckes auf die Antriebsorgane der den Aussenkreis  beschreibenden Räder erhöht, während sich die glei  che Wirkung bei den den Innenkreis beschreibenden  Rädern verringert. Auf diese Weise wird der Lenk  vorgang vereinfacht, da eine fast automatische Len  kung durch die verschieden grosse Umlaufzahl der  Räder erzielt wird, wobei zugleich das klassische  Differentialgetriebe ersetzt wird.

   Der Ausgang der  Vorrichtung K führt über die zentrale Rückleitung L  bis zur Eingangsöffnung M des zum Antriebskomplex  A gehörenden Kompressors.  



  Die Eintrittsöffnung M des Antriebskompressors  ist mit einer nach Art eines     3-Weg    Hahnes ausgebil  deten Vorrichtung versehen, die gleichzeitig zur Ge  schwindigkeitsregelung, zum     übergang    auf Vor- bzw.       Rückwärtsfahrt    sowie zum Bremsen dient. Wenn  diese Vorrichtung völlig geschlossen ist, ist der Flüs  sigkeitsumlauf unterbrochen, und die Antriebsvor  richtungen der einzelnen Räder     wirken        als    Bremsen.  Ihr Öffnen im einen oder anderen Sinne vertauscht  die Rolle des Vorlauf- und     Rücklaufteiles    der Rohr  anlage. Der -Grad ihrer Öffnung dient zur Geschwin  digkeitsregelung.  



  Die auf die Lenkung, auf die Geschwindigkeit,  auf die Bremsung wirkenden bzw. die Differential  wirkung hervorrufenden Organe sind sämtlich in der  Rückleitung angeordnet. Unabhängig von den mit       Hilfe    dieser Organe durchgeführten Vorgängen läuft  der Motor mit gleichbleibender Geschwindigkeit wei  ter. Ein Getriebe mit veränderbaren Gangschaltun  gen ist nicht erforderlich.  



  Des weiteren ist eine hydraulische Federung Hl  bis H4 vorgesehen. Die Elemente dieser Federung  hängen ihrerseits ebenfalls mit der     Rücklaufleitung     zusammen. Auf diese Weise erhält man eine automa  tische Anpassung dieser Federung an die Lenkung  des Wagens, da ja der Druck in diesen Leitungen je  nach der Stellung des Steuersegmentes K steigt oder  fällt.  



  Selbstverständlich stellen die oben beschriebenen  Ausführungsmöglichkeiten für den Erfindungsgedan  ken nur Beispiele dar, die andere Möglichkeiten für      seine Durchführung nicht     ausschliessen.    Es ist ferner  selbstverständlich, dass die zuvor     beschriebene    Ver  wendungsmöglichkeit für den     Erfindungsgegenstand     gleichfalls nur als nicht einschränkendes Beispiel dar  gestellt     ist    und dass die Erfindung auch     zahllose    an  dere Verwendungsmöglichkeiten auf den verschieden  sten Gebieten bietet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Drehender Energieumwandler, der ein flüssiges oder gasförmiges Medium verwendet, um eine Dreh bewegung in Druck oder Druck in eine Drehbewe gung umzuwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptrotor, der einen oder mehrere Satelliten trägt, deren jeder in einer entsprechenden Ausnehmung des Hauptrotors untergebracht ist und sich um eine in Be zug auf den Hauptrotor feststehende Achse dreht, verwendet ist, wobei jeder dieser Satelliten mit einer oder mehreren Ausnehmungen versehen ist, in die Trennwände,

   welche in Bezug zur Rotationsachse des Hauptrotors radial angebracht sind, mehr oder weni ger eingreifen. II. Verwendung des Energieumwandlers gemäss Patentanspruch I für einen Antrieb, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehender Energieumwandler direkt mit dem Motor gekoppelt ist und dessen kinetische Energie über ein Druckmedium in Druck umwandelt, wobei dieser Druck durch einen oder mehrere Energieumwandler, die auf Antriebsräder wirken, wieder in eine Dreh bewegung umgewandelt wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Energieumwandler nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Satelliten sphärisch, zylindrisch oder prismatisch ausgebildet sind. 2. Energieumwandler nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Sa- telliten der Hälfte des Innendurchmessers seines Ge häuses entspricht.

   3. Energieumwandler nach Patentanspruch I und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Satelliten einerseits und der Hauptrotor anderseits so synchronisiert sind, dass die Satelliten eine doppelt so grosse Winkelgeschwindigkeit wie der Hauptrotor haben.

   4. Energieumwandler nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung zwischen den Satelliten und dem Hauptrotor durch ein Zahnradgetriebe mit einem in bezug auf das Gehäuse starren Zentralzahnrad er folgt, um welches mittels zweier freier Zwischenzahn räder zwei mit den drehenden Achsen der Satelliten starr verbundene Zahnräder kreisen.

   S. Energieumwandler nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der in den Satelliten angebrachten Aus- nehmungen und die Zahl der in sie eingreifenden Trennwände so gewählt ist, dass immer ein wirk samer Eingriffspunkt vorhanden ist, so dass das Dreh system selbstsynchronisierend ist.

   6. Energieumwandler nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Me diums durch die Hohlwelle des Hauptrotors erfolgt, die mit dem Inneren des Energieumwandlers durch vorgesehene Radialkanäle verbunden ist. 7. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem drehenden, mit dem Motor gekoppelten Energieumwandler und dem oder den drehenden Umwandlern, welche die Räder antreiben, ein als Luftkammer wirkender Behälter angebracht ist. B.

   Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass jeder treibende Energieum- wandler über eine separate Zuführungsleitung direkt mit dem Zentralbehälter verbunden ist. 9. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse von jedem drehen den, treibenden Energieumwandler starr mit dem ihm entsprechenden Rad verbunden ist, während der Mit telteil, der die Satelliten trägt, so angeordnet ist, dass er in Bezug auf das Gehäuse nicht dreht. 10.

   Verwendung nach Patentanspruch II, für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückleitungen der Energieumwandler mit einem Steuerorgan verbunden sind, das, je nach der Len kung, in den Leitungen der einen Seite des Fahrzeu-. ges in Bezug auf die Leitungen der anderen Seite den Druck verändert und so die Winkelgeschwindigkeit der Räder der äusseren Seite einer Kurve im Hinblick auf die Räder der inneren Seite erhöht. 11.

   Verwendung nach Patentanspruch II, für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung des mit dem Motor gekoppelten Energieumwandlers mit einem Ventil versehen ist, das durch den Lenker des Fahrzeuges betätigbar ist und zur Regulierung der Geschwindigkeit und zum Bremsen der Räder dient.