DE1476674C - Fahrzeugradantrieb - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeug- bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen

radantrieb, bei dem ein mit einer Nabe frei drehbar beschrieben.

auf einem feststehenden Achszapfen gelagertes Drei Ausführungsbeispiele des Fahrzeugradantrie-

Treibrad an seinem Umfang mehrere voneinander bes gemäß der Erfindung sind schematisch in der

getrennte elastische, radial aufweitbare Arbeitskam- 5 Zeichnung veranschaulicht und nachfolgend erläutert,

mern enthält, die über Kanäle an einen-mit der Nabe Es zeigt

verbundenen zentralen Verteiler angeschlossen sind F i g. 1 einen Aufrißquerschnitt des ersten Ausfüh- und jeweils hinter der durch den Raddrehpunkt ver- rungsbeispieles eines Fahrzeugradantriebes mit einem laufenden vertikalen Ebene über eine Einlaßsteuer- Viertakt-Wärmekrafttreibrad, bei dem ein Wärmeöffnung mit einer Gasquelle und nach Weiterdrehen io generator und ein Wärmeaustauscher die Heißgasum einen bestimmten Winkelbetrag mit einer Auslaß- quelle bilden,

steueröffnung in Verbindung kommen, so daß die Re^ Fig. 2 einen Aufrißquerschnitt des zweiten Aus,-

sultierende des zwischen dem Treibrad und der Fahr- führungsbeispiels eines Fahrzeugradantriebes mit

bahn wirksamen Druckes hinter der durch den Rad- einem Viertakt-Wärmekrafttreibrad, bei dem zwei

drehpunkt verlaufenden vertikalen Ebene liegt, wobei 15 Wärmeaustauscher und ein Wärmegenerator die

die Einlaß- und die Auslaßsteueröffnung in einem Heißgasquelle bilden,

winkelverstellbar auf dem Achszapfen angeordneten Fig. 3 einen Aufrißquerschnitt des dritten Aus-Ringschieber vorgesehen und über Kanäle an eine führungsbeispiels eines Fahrzeugradantriebes mit feststehende Gasquelle angeschlossen sind. einem Zweitakt-Wärmekrafttreibrad, bei dem ein

Es ist bereits ein Fahrzeugradantrieb mit als so einziger Wärmeaustauscher die Heißgasquelle bildet, Arbeitskammern wirkenden Luftkammern am Umfang welcher an einen gleichzeitig mehrere Treibräderverdes Treibrades bekanntgeworden, der bei sonst glei- sorgenden Wärifiegenerator angeschlossen ist.
chen Merkmalen keine Anordnung-der Einlaß- und Das Treibrad nach Fig. 1 besteht aus einem der Auslaßsteueröffnung in einem winkelverstellbar Treibring 1, auf dem elastische Arbeitskammern 2 auf dem Achszapfen befindlichen Ringschieber mit as mit Verbindungsöffnungen 3 angebracht sind, und entsprechendem Anschluß aufweist, sondern so auf- dieser Treibring 1 ist drehbar und gasdicht auf einem gebaut ist, daß der Verteiler durch den hohlen Achs- Ringschieber 4 gelagert, in dem eine Auslaßsteuerzapfen gebildet wird und die Einlaßsteueröffnung Öffnung 5 und eine Einlaßsteueröffnung 6 angeordnet sowie die Auslaßsteueröffnung im Achszapfen ange- sind. Die beim Zusammendrücken der elastischen ordnet sind, der zur Einstellung der Drehrichtung 30 Arbeitskammer 2 in der Stellung 13 hinausgedrückte des Rades verdrehbar gelagert ist. Dadurch, daß der Luft geht durch die Auslaßsteueröffnung 5 und durch Verteiler als hohler Achszapfen ausgebildet ist, das Rückschlagventil 7 in die sekundäre Kammer ergeben sich verschiedene Nachteile. Wegen der des Wärmeaustauschers 8 wo sie sich von den Ausgeforderten Festigkeit können die Steueröffnungen puff gasen erwärmt, und wird durch den Verbinnur klein ausgeführt sein. Aus diesem Grunde sind 35 dungskanal 16 in den Wärmegenerator 17 weiterhohe Drehzahlen des Treibrades nicht möglich, da geführt. In die derart zusammengedrückte und die Einlaßsteueröffnung mit der jeweiligen Kammer erwärmte Luft wird durch die Düse 11 Brennstoff nur eine äußerst kurze Zeit in Verbindung steht. Ein . eingespritzt, durch dessen Verbrennung in der Luft wesentlicher Nachteil dieser bekannten Ausgestaltung dieser die Wärme zugeführt wird. Das so entstanbesteht in der Schwierigkeit, Reparaturarbeiten an 40 dene heiße Arbeitsgas wird durch die Einlaßsteuerdiesem Antriebsaggregat durchzuführen. Öffnung 6 in die zusammengedrückte elastische

Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde bereits Arbeitskammer 2 in der Stellung 14 zugeführt, wo es vorgeschlagen, die Steueröffnungen in einem winkel- expandiert und diese auf einer ebenen Fahrbahn 22 verstellbar auf dem Achszapfen befindlichen Ring- erweitert, wodurch der Treibring 1 in Rotation verschieber anzuordnen. Dieser ist dabei zwischen dem 45 setzt wird und mechanische Arbeit leistet. Nach als fest mit der Radnabe verbundene Scheibe Beendigung der Berührung mit der Fahrbahn 22 ausgebildeten Verteiler und einem die zur Druck- erweitert sich die elastische Arbeitskammer 2 auf ihr luftquelle bzw. zu der Saugseite der Druck- ursprüngliches Volumen und kommt nachher in luftquelle führende Leitungen aufnehmenden, fest Berührung mit einer walzenförmigen drehbaren mit dem Achszapfen verbundenen Flansch ange- 5° Auslaß- und Einlaßstütze 23. Es erfolgt wieder ein ordnet. Zusammendrücken der elastischen Arbeitskammer 2

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei in der Stellung 18, und die Auspuffgase aus der

einem Fahrzeugradantrieb der eingangs genannten elastischen Arbeitskammer 2 in der Stellung 18 wer-

Art den Wirkungsgrad zu verbessern. den durch eine Auslaßsteueröffnung9 in die primäre

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch 55 Kammer des Wärmeaustauschers 8 geführt, in dem

gelöst, daß die feststehende Gasquelle eine Heißgas- sie· einen Teil ihrer Wärme an die zusammengedrückte

quelle ist, die Auslaßstcueröffnung mit den Arbeits- Luft in der sekundären Kammer übertragen, und

kammern jeweils erst unmittelbar vor der durch den treten endlich durch den Auslaßkanal 10 in die freie

Raddrehpunkt verlaufenden vertikalen Ebene in Ver- Atmosphäre aus. In der Stellung 19 ist die elastische

bindung gebracht-wird und in dem sich an die Aus- 60 Arbeitskammer 2 am meisten zusammencedrückt,

laßsteiieröfTnung anschließenden Kanal ein Rück- und bei darauffolgendem Ausdehnen wird in sie

schlagventil angebracht ist. durch die ninlaßsteueröfFniin«» 21 frische. Luft aus

in dcricniiTcn Arbeitskammer, die sich gerade vor der freien Atmosnhüre bis zur gänzlichen Ausdeh-

dem zum Treibrndzcntrum nächstgclcücnen Abschnitt nuni» in der Stellung 20 anuesaugt. Bei weiterem

der Fahrbahn bzw. des Bodens befindet, erfolgt 65 Drehen des Treibringes t uemeinsam mit den elasti-

d:i!>ei eine st;irke Komnression des Arbeitsloses, scheu Kammern 2 wiederholt sich der ganze Vor-

vo^für diis im Ausdrückkannl angeordnete Rück- pant»,

sclilagventil wesentlich ist. Vorteilhafte Weiter- Bei dem Viertakt-Trcibrad nach Fig. 1 wird

demnach die Wärme dem Arbeitsgas derart zugeführt, daß der Brennstoff direkt im Wärmegenerator 17 verbrannt wird, und die Wärme wird gleichzeitig mit den Auspuffgasen abgeführt. Es wird hier das Viertakt-Prinzip derart angewandt, daß jede elastisehe Arbeitskammer 2 zweimal in einer Umdrehung des Treibringes 1 zusammengedrückt wird. Dies wird durch Berührung des Treibringes 1 mit der Fahrbahn

22 und einer walzenförmigen, drehbaren Auslaß- und Einlaßstütze 23 erreicht. Die Stütze 23 könnte auch durch eine ebene Zusammendrück-Stütze z.B. in Form einer um eine senkrechte Achse drehbaren Scheibe u. ä. ersetzt werden.

Der Treibring 1 und die drehbare Auslaß- und Einlaßstütze 23 können gegenseitig mittels Zahnrädern verkoppelt und gegenseitig beliebig angeordnet werden, um die Zeit für das Ansaugen der Luft in die elastischen Arbeitskammern 2 zwischen der Auslaß-, und Einlaßstütze 23 und der Fahrbahn 22 zu verlängern und die elastischen Arbeitskammern 2 durch ao lang andauerndes Halten der heißen Gase zwischen der Fahrbahn 22 und der Auslaß- und Einlaßstütze

23 nicht zu stark zu erwärmen.- Die elastischen Wände der Arbeitskammem 2 sind an ihrer inneren Oberfläche mit einer Isolationsschicht versehen und ihre äußere Oberfläche ist möglichst groß gehalten, um ein gutes Abführen der Wärme in die umgebende Atmosphäre zu sichern.

Zwecks Sicherstellung der richtigen Funktion des Entleerens und Füllens der elastischen Arbeitskammern 2 wird der zeitliche Ablauf der Steuerung durch Änderung des Zeitpunktes und der Zeitdauer des öffnens der Einlaß- und Auslaßsteueröffnungen 6 und 21 bzw. 5 und 9 geändert. Dies geschieht dadurch, daß man den Ringschieber 4 relativ zur Fahrbahn 22 und zur Auslaß- und Einlaßstütze 23 verdreht und eventuell die Umfangslänge der Einlaß- und Auslaßöffnungen 6 und 21 bzw. 5 und 9 sowohl in Abhängigkeit von der Belastung des Treibrades als auch in Abhängigkeit von seiner Drehzahl ändert.

Das Ausführungsbeispiel des Treibrades nach F i g. 2 unterscheidet sich vom Beispiel nach F i g. 1 im wesentlichen dadurch, daß hier ein Hauptwärmeaustauscher 8' und ein Hilfswärmeaustauscher 8" die Wärmequelle bilden, die in den geschlossenen Kreis des Arbeitsgases und in den geschlossenen Kreis des getrennt von dem eigentlichen Treibrad angeordneten Wärmegenerators 17" eingeschaltet sind. Die durch den Wärmegenerator 17" produzierte Wärme wird mittels des wärmetragenden, gas- oder flüssigkeitsförmigen Stoffes durch -dbn Speisekanal 12 in den primären Raum des Häüptwärmeaustauschers 8' überführt, von wo der abgekühlte, wärmetragende Stoff mittels der Pumpe 24 durch die Rückrohrleitung 25 abgesaugt und in den Wärmeaenerator 17" zurückgedrückt wird. Der sekundäre Raum des Haupt-Wärmeaustauschers 8' ist gemeinsam mit dem sekundären Raum des Hilfswärmeaustauschers 8" und über die Auslaß- und Einlaßsteueröffnun? 5 bzw. 6 nacheinander mit allen elastischen Arbeitskammem 2 im .geschlossenen Kreis des Arbeitsaases eingeschaltet. Um insgesamt einen geschlossenen Kreisprozeß zu erhalten, ist der primäre Raum des Hilfswärmeaustauschers 8" mit der Auslaßsteueröffnung9' und der Einlaßsteueröffnung 2Γ verbunden. Der getrennt angeordnete Wärmeuenerator 17" kann als gemeinsame Wärmequelle für zwei oder auch mehrere selbständige Treibräder dienen.

Das dritte Ausführungsbeispiel, ein Zweitaki-Treibrad nach F i g. 3, besteht wieder aus dem Treibring 1, an dessen Umfang elastische Arbeitskammem 2 angeordnet sind, in die das Arbeitsgas durch die Verbindungsöffnungen 3 zu- und abgeführt wird.. Der Treibring 1 ist drehbar und gasdicht auf dem Ringschieber 4 gelagert, in dem wieder die Auslaßsteueröffnung 5 und die Einlaßsteueröffnung 6 angeordnet sind. In der Auslaßsteueröffnung 5 befindet sich das Rückschlagventil 7 vor der sekundären Kammer des Wärmeaustauschers 8'". Die Auslaßöffnung aus der sekundären Kammer des Wärmeaustauschers 8'". ist mit der Einlaßsteueröffnung 6 verbunden. Der primären Kammer des Wärmeaustauschers 8'" wird aus einem getrennt angeordneten Wärmegenerator 17' das heiße Arbeitsgas zugeführt. Dieser Wärmegenerator 17' besteht in diesem Falle aus einer Verbrennungskammer, in die die zur Verbrennung erforderliche Luft mittels einer Pumpe 24' zugeführt wird, und der Brennstoff wird in die Kammer mittels der Düse 11' eingespritzt. Däs~so~entstandene heiße~~Xrbeitsgas .wird in den primären Raum des Wärmeaustauschers 8'" durch den Speisekanal 12" zugeführt und geht nach seiner Abkühlung durch den Auslaßkanal 10' in die Atmosphäre ab. Der gemeinsame, getrennt angeordnete Wärmegenerator 17' kann mehrere selbständige Treibräder speisen, was in F i g. 3 durch noch einen weiteren Speisekanal 12' für die Zufuhr des Arbeitsgases zu einem zweiten, nicht eingezeichneten Treibrad dargestellt ist. Da es sich um ein Zweitakt-Treibrad handelt, ist hier lediglich eine einzige, ebene Kompressions- und Expansionsstütze in Form des Bodens oder der Fahrbahn 22 engeordnet. .

Die Funktion dieses Zweitakt-Treibrades nach Fig. 3 ist wie folgt: Beim Drehen des Treibringes 1 auf dem Ringschieber 4 kommen die elastischen Arbeitskammem 2 nacheinander in Berührung mit der Fahrbahn 22 und werden zusammengedrückt. In der elastischen Arbeitskammer 2 in der Stellung 13 geht soeben das Zusammendrücken des Arbeitsgases vor sich. Nach dem erforderlichen Zusammendrükken des Arbeitsgases wird die Verbindungsöffnung 3 mit der Auslaßsteueröffnung 5 verbunden. Bei wei_r terem Zusammendrücken der elastischen Arbeitskammern 2 wird das Arbeitsgas über das Rückschlagventil 7 in die sekundäre Kammer des "Wärmeaustauschers 8'" gedrückt, wo es sich erwärmt sowie sein Volumen vergrößert und bei weiterer Drehung des Treibringes 1 durch die Einlaßsteueröffnung 6 und die sich soeben öffnende Verbindungsöffnung 3 der am meisten zusammengedrückten Arbeitskammer 2 in der Stellung 14 zugeführt wird. Das heiße, zusammengedrückte Arbeitsgas wird in die elastische Arbeitskammer 2 auch beim Vergrößern ihres Volumens bis in die Stellung zugeführt, die in der F i g. 3 die Arbeitskammer 2 in der Stellung 15 einnimmt. Nach dem Einschließen des Gases in der Arbeitskammer 2 in der Stellung 15 erfolgt in der betreffenden Arbeitskammer 2 Expansion des Gases bis zum Erreichen des größten Volumens, wenn die elastische Arbeitskammer 2 die Berührung mit der Fahrbahn 22 verliert. Bei weiterer Drehung des Treibrini>es 1 bis wieder zur Berührung der elastischen Arbeitskammern 2 mit der Fahrbahn 22 ändert sieh das Volumen der Arbeitskammern 2 nicht, der Druck des Gases 'in den Arbeitskammem 2 erniedrigt sich jedoch durch F.inlluß seiner Abkühlung und Abfiili-

ren'der Wärme aus dem Arbeitsgas in die freie umgebende Atmosphäre.

Das Treibrad nach den Fig. 1 bis 3 kann mit Vorteil für den direkten Antrieb von Kraftfahrzeugen derart verwendet werden, daß der Treibring 1 geineinsam mit den elastischen Arbeitskammern 2 als Treibrad des Kraftfahrzeuges ausgebildet ist, wobei der Ringschieber 4 mit den Wärmeaustauschern 8 bzw. 8', 8", 8'" und eventuell mit den Wärmegeneratoren 17 bzw. 17', 17" einen Bestandteil der Treibachse, eventuell des Rahmens oder der Karosserie des Fahrzeuges bildet. Besonders bei der Anwendung in einem Kraftfahrzeug kann mit Vorteil die Möglichkeit der Anordnung eines einzigen gemeinsamen Speiszubehörs, d. h. des Wärmegenerators 17' bzw. 17" mit Pumpe 24 bzw. 24' für zwei oder auch mehrere Antriebseinheiten, die hier durch die nahe beieinander angebrachten Treibräder gebildet werden, ausgenutzt werden. Diese Anordnung bringt eine bedeutende Vereinfachung der Konstruktion ao und Ersparnis an Material und Gewicht, um so mehr, als durch diese" Verlegung der Krafterzeugung bis an den Umfang des Rades sämtliche Getriebe- und Transmissionsmechanismen vom Motor bis zu den Treibrädern fortfallen.

Claims (7)

1. ' Patentansprüche:

   1 Fahrzeugradantrieb, bei dem ein mit einer Nabe frei drehbar auf einem feststehenden Achszapfen gelagertes Treibrad an seinem Umfange mehrere voneinander getrennte, elastische, radial aufweitbare Arbeitskammern enthält, die über Kanäle an einen mit der Nabe verbundenen zentralen Verteiler angeschlossen sind und jeweils hinter der durch den Raddrehpunkt verlaufenden vertikalen Ebene über eine Einlaßsteueröffnung mit einer Gasquelle und nach Weiterdrehen um einen bestimmten Winkelbetrag mit einer Auslaßsteueröffnung in Verbindung kommen, so daß die Resultierende des zwischen dem Treibrad und der Fahrbahn wirksamen Druckes hinter der durch den Raddrehpunkt verlaufenden vertikalen Ebene liegt, wobei die Einlaß- und die Auslaßsteueröffnung in einem winkelverstellbar auf dem Achszapfen angeordneten Ringschieber vorgesehen und über Kanäle an eine feststehende Gasquelle angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Gasquelle eine Heißgasquelle (Wärmegenerator 17,17', 17") ist, die Auslaßsteueröffnung (5) mit den Arbeitsteammern (2) jeweils erst unmittelbar vor der durch den Raddrehpunkt verlaufenden vertikalen Ebene in Verbindung gebracht wird und in dem sich an -die Auslaßsteueröffnung (5) anschließenden Kanal ein Rückschlagventil (7) angebracht ist.
2. 2. Fahrzeugrad antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmegenerator (17) die unmittelbare Heißgasquelle bildet, wobei in dem Ringschieber (4) zusätzlich noch eine Auslaßsteueröffnung (9) für den Abgang des expandierten Arbeitsgases in die Atmosphäre und eine Einlaßsteueröffnung (21) für den Zugang des frischen Arbeitsgases angeordnet sind und in den Funktionskreis der rotierenden Arbeitskammern (2) zusätzlich eine Auslaß- und Einlaßstütze (23) eingreift.
3. 3. Fahrzeugradantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle einerseits durch einen Wärmegenerator (17) und andererseits durch den sekundären Raum eines Wärmeaustauschers (8) gebildet wird, dessen primärer Raum mit der zusätzlichen Auslaßsteueröffnung (9) und einem Auslaßkanal (lO)-jyertaunden ist. —==-__ ^
4. 4. Fahrzeugradantrieb*nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle einerseits durch den sekundären Raum eines Hauptwärmeaustauschers (8'), dessen primärer Raum in den geschlossenen Kreis eines getrennt angeordneten Wärmegenerators (17") eingeschaltet ist, und andererseits durch den sekundären Raum eines Hilfswärmeaustauschers (8") gebildet ist, dessen primärer Raum zwischen die Auslaßsteueröffnung (9') und die Einlaßsteueröffnung (21') in den geschlossenen Kreis des Arbeitsgases eingeschaltet ist, und daß in den Funktionskreis der rotierenden Arbeitskammern (2) zusätzlich eine Auslaß- und Einlaßstütze (23) eingreift.
5. 5. Fahrzeugradantrieb nach den Ansprüchen 2 und*4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaß-, und ¹EmIaBStUtZe (23) in Form einer drehbaren Walze ausgeführt ist.
6. 6. Fahrzeugradantrieb nach Anspruch 1, da-. durch gekennzeichnet, daß der sekundäre Raum eines Wärmeaustauschers (8'") die Heißgasquelle bildet, dessen primärer Raum über einen Speisekanal (12") mit einem getrennt angeordneten Wärmegenerator (17') und über einen Auslaßkanal (10') mit der Atmosphäre verbunden ist.
7. 7. Fahrzeugradantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßsteueröffnung (5; 9; 9') und die Einlaßsteueröffnung (6; 21; 21') mit veränderlicher Umfangslänge ausgeführt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen