DE1480101B1 - Aus Freiflugkolbenbrennkraftmaschine und Hydraulikpumpe eines hydrostatischen Getriebes bestehender Antriebsblock - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen aus Freiflugkolben- jungt, wobei an dem flachen Boden des spitzbogenbrennkraftmaschine und Hydraulikpumpe eines hydro- förmigen Körpers ein Kolben angebracht ist, auf den statischen Getriebes bestehenden Antriebsblock, ins- einerseits der in diesem Raum herrschende Druck besondere für Kraftfahrzeuge, bei dem der Freiflug- und andererseits eine elastische Einrichtung (Feder) kolben der doppeltwirkenden Freiflugkolbenbrenn- 5 wirkt.

kraftmaschine mit dem oder den Tauchkolben der In den Zeichnungen ist ein in der nachfolgenden

Hydraulikpumpe verbunden ist, durch die ein die Beschreibung näher erläuterter, aus Freiflugkolben-Triebräder antreibender hydrostatischer Motor mit brennkraftmaschine und Hydraulikpumpe bestehen-Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist, wobei an dem der Antriebsblock nach der Erfindung dargestellt.
Zylinder oder an die Zylinder der Hydraulikpumpe io F i g. 1 zeigt schematisch einen Antriebsblock nach vor einem Saugventil bzw. hinter einem Druckventil der Erfindung, dessen Hydraulikpumpe im Axialje eine Dämpfungskammer sowie zwischen dem schnitt dargestellt ist, wobei der linke Teil dieses Saug- und Druckventil eine Abzweigkammer ange- Schnitts der Schnittlinie Ia-Ia und der rechte Teil schlossen ist und die Abzweigkammer durch eine aus der Schnittlinie I b-1 b der F i g. 2 entspricht;
Gummi oder einem anderen Elastomer gebildete 15 Fig. 2 ist ein Radialschnitt längs der Linie II-II Membran, die vor einem Ventil angeordnet ist, in der F i g. 1;

zwei Räume aufgeteilt ist und der eine Raum an den F i g. 3 ist eine Arbeitskennlinie des Antriebs-

Zylinder der Hydraulikpumpe angeschlossen ist, so- blocks.

wie der andere Raum mittels des Ventils am Ende Der Antriebsblock enthält eine Brennkrafteines jeden Saughubs der Hydraulikpumpe an eine ao maschine A und eine Hydraulikpumpe mit zwei Druckgasquelle mit veränderbarem Druck anschließ- gegenüberliegenden Pumpeneinheiten, deren jede bar ist, wodurch bei jedem Arbeitshub der Hydraulik- durch einen Zylinder 1 und einen Tauchkolben 2 pumpe der erste Bruchteil der von dieser geförderten gebildet wird, wobei jede Pumpeneinheit ein Saug-Druckflüssigkeit dem ersten Raum zugeführt wird, ventil 3 und ein Druckventil 4 enthält. Die Hydraulikbis sich die Drücke beiderseits des Druckventils aus- 25 pumpe wird durch die Brennkraftmaschine A in der gleichen, wonach erst der zweite Bruchteil der Druck- noch zu erläuternden Weise angetrieben,
flüssigkeit über das Druckventil zum hydrostatischen Die Hydraulikpumpe speist einen hydrostatischen

Motor gefördert wird, so daß die zum hydrostatischen Motor B, mit welchen sie durch eine Leitung 5 verMotor geförderte Druckflüssigkeitsmenge abhängig bunden ist, wobei seine Saugseite mit dem Auslaß von dem veränderbaren Druck der Druckgasquelle 30 des hydrostatischen Motors B durch eine Leitung 6 stufenlos steuerbar ist. verbunden ist, gegebenenfalls unter Zwischenschal-

Ein derartiger Antriebsblock ist bekannt (franzö- tung eines Vorratsbehälters 7. Der hydrostatische sische Patentschrift 1 350 753). Bei dieser Anlage ist Motor ist mit den nicht dargestellten Triebrädern des die Abzweigkammer in einem Zylinder untergebracht; Fahrzeugs gekuppelt.

die Membran ist als in diesem Zylinder bewegbarer 35 Zwei Dämpfungskammern C und D zum Dämpfen Kolben ausgebildet. Es ist jedoch sehr schwierig, eine der Schwingungen sind vor dem Saugventil 3 bzw. vollkommene Abdichtung zwischen den beiden Ab- hinter dem Druckventil 4 angeschlossen,
teilungen der Abzweigkammer zu gewährleisten, da Eine Abzweigkammer E ist an jeden Zylinder 1

der Kolben eine sehr hohe Zahl von Hüben pro zwischen den Ventilen 3 und 4 angeschlossen.
Minute ausführen muß. Ein Austausch zwischen dem 40 Die Dämpfungskammern C und D sowie die Ab-Gas und der Flüssigkeit muß jedoch unbedingt ver- zweigkammer E sind sternförmig um die geomemieden werden. irische Achse eines jeden Zylinders 1 (s. F i g. 2) und

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in axialer Richtung des Zylinders 1 gesehen vorzugs-Antriebsblock der eingangs beschriebenen Art so aus- weise auf der gleichen Höhe wie dieser angeordnet, zubilden, daß die mit einer als Kolben ausgebildeten 45 wie dies deutlich in F i g. 1 ersichtlich ist.
Membran verbundenen Nachteile vermieden werden. J_ede Dämpfungskammer C und D weist eine

Die Aufgabe ist dadurch gelöst, daß in der Mem- Glocke 8 und einen Fußteil 9 auf, zwischen welchen bran ein gelochtes Rohr angeordnet ist und die eine Membran 10 eingespannt ist, deren Verformun-Membran an ihrem Boden das Ventil trägt, das mit gen in beiden Richtungen durch starre gelochte einem zwischen dem zweiten Raum und dem An- 50 Schalen 11 oder 12 begrenzt werden. In den Zeichschluß zur Druckgasquelle mit veränderbarem Druck nungen sind die Bezugszeichen der die Dämpfungsangeordneten Sitz zusammenwirkt. kammern C und D betreffenden Teile mit den Buch-

Die erfindungsgemäß ausgebildete Membran läßt stäben c bzw. d versehen. An jedem Fußteil 9 ist ein nunmehr keinen Austausch zwischen dem Gas und mit dem Saugventil 3 oder Druckventil 4 zusammender Flüssigkeit zu. 55 wirkender Ventilsitz 13 angelegt, wobei die Ventil-

Es ist zwar grundsätzlich bekannt, bei Hydraulik- sitze 13 c und 13 d natürlich eine verschiedene Lage speichern eine elastische Trennwand vorzusehen haben. Die Abzweigkammer E besitzt eine äußere (Zeitschrift »Konstruktion«, 9. Jahrgang, 1957, Glocke 14.

Heft 8, S. 294 bis 299), jedoch ist die elastische In jeder Glocke 8 c wird durch eine Leitung 37

Trennwand in den bekannten Fällen lediglich als 60 ein dem mittleren Ansaugedruck entsprechender Dämpfungsorgan ohne steuernde Funktionen ver- Gasdruck erzeugt, während jede Glocke 8 d durch wendet. Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfm- eine Leitung 38 unter einen dem mittleren Förderdungsgemäßen Antriebsblocks kann darin bestehen, druck entsprechenden Gasdruck gesetzt wird,
daß an dem freien Ende des Rohrs ein Spitzbogen- Wie aus Fig. 2 hervorgeht, können die dem

förmiger Körper befestigt ist, der einen flachen Bo- 65 gleichen Zylinder 1 der Hydraulikpumpe zugeordden am Boden der Membran aufweist und sich in neten Glocken 8 c, 8 d und 14 an ein und demselben Richtung zur den Zylinder der Hydraulikpumpe mit Block 15 mit Hilfe von Muttern 16 oder 17 so bedem ersten Raum verbindenden Öffnung hin ver- festigt werden, daß ihre Achsen einen Winkel von

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etwa 120° in der gleichen zu der Achse des ent- trägt an jedem Ende eine Stange, welche den Tauchsprechenden Zylinders 1 senkrechten Ebene mitein- kolben 2 für die Hydraulikpumpe bildet, von welcher ander bilden, wobei der Zylinder in dem Block 15 jeder Zylinder 1 in einem mit dem Zylinder 30 fest ausgearbeitet ist. Dieser kann schließlich Anschlüsse verbundenen Block 15 ausgebildet ist. Die Ausbilde, 18 d für die Leitungen 6 und 5 aufweisen. 5 dung ist so getroffen, daß das durch den Zylinder 30,

Außer der Glocke 14 weist jede Abzweigkammer E die beiden Blocks 15 und die mit diesen fest verbuneinen beweglichen oder verformbaren Teil auf, denen Teile gebildete Gehäuse in axialer Richtung welcher das Innere der Glocke in zwei Räume 19 und frei um eine Gleichgewichtsstellung schwingen kann, 20 unterteilt, wobei der Raum 19 an den entsprechen- wobei ihm bei jedem Takt der Brennkraftmaschine den Zylinder 1 zwischen dem Saug- und Druckventil 3 io eine Bewegung erteilt wird, welche zu der Bewegung und 4 angeschlossen ist, während der Raum 20 am der durch den Freifiugkolben 29 und die Tauch-Ende eines jeden Saughubes des Tauchkolbens 2 mit kolben 2 gebildeten Anordnung gegensinnig ist, woeiner Druckgasquelle S mit veränderlichem Druck bei die Bewegungen des Gehäuses und der Kolben verbunden wird, welcher vorzugsweise zu dem von zu ihren Massen umgekehrt proportional sind. Das der Brennkraftmaschine A entwickelten Drehmoment 15 Verhältnis der Masse des Gehäuses zu der der Kolproportional ist. ben beträgt größenordnungsmäßig 20:1.

Jedenfalls wird bei jedem Arbeitshub ein erster Damit sich das Gehäuse in der angegebenen Weise

Teil der von dem Tauchkolben 2 verdrängten Flüs- frei bewegen kann, kann es durch parallele Lenker

sigkeit dem ersten Raum 19 zugeführt, wodurch der 31 an vom Fahrgestell getragenen Achsen 32 aufge-

bewegliche oder verformbare Teil verschoben oder 20 hängt werden. Wenn diese Lenker 31 beiderseits des

verformt wird, so daß dann das in dem zweiten beweglichen Gehäuses angeordnet sind (wie in F i g. 1

Raum 20 eingeschlossene Gas verdichtet wird, bis dargestellt), bleibt das Gehäuse auf dem größten Teil

sich die Drücke beiderseits des Druckventils 4 das seiner Oberfläche frei, so daß an ihm große Kühl-

Gleichgewicht halten, und erst danach wird ein rippen 33 angebracht werden können. Die Kühlung

zweiter Teil der Flüssigkeit über das Druckventil ge- 25 wird übrigens durch die Bewegungen des Gehäuses

fördert. Hierdurch wird das Übertragungsverhältnis, in der Luft verbessert.

welches von den gegenseitigen Werten dieser Teile In F i g. 1 ist die Gassteuerung der Brennkraft- und somit von dem Druck der Druckgasquelle 5 ab- maschine A schematisch durch die Einlaßleitungen hängt, dem Widerstandsmoment angepaßt. Bei dem 34 und Auslaßleitungen 35 dargestellt, deren entnächsten Saughub wird die durch die Verdichtung 30 sprechende Öffnungen durch den Freiflugkolben 29 des Gases des Raumes 20 aufgespeicherte Energie gesteuert werden. Diese öffnungen können für beide durch Entspannung wieder an den Tauchkolben 2 Seiten der Brennkraftmaschine die gleichen sein, sie abgegeben. können jedoch auch, wie dargestellt, voneinander ge-

Der zwischen den Räumen 19 und 20 angeordnete trennt sein, wenn sie z. B eine gewisse Schräglage erbewegliche oder verformbare Teil wird durch eine 35 halten sollen, um die Führung der Gasströme zu befingerförmige Membran 21 aus Gummi oder einem günstigen und die Temperatur des Zylinders an anderen Elastomer gebildet, in welche ein starres ge- dieser Stelle herabzusetzen. Die Brennstoffzuführung lochtes Rohr 22 eingesteckt ist, wobei die Membran und die etwaige Zündanlage sind nicht dargestellt an ihrem Boden ein Ventil 23 trägt, welches mit und können eine beliebige für Freiflugkolbenbrenneinem an dem Boden der Glocke 14 befestigten Sitz 40 kraftmaschinen benutzte Bauart aufweisen. Der Frei-24 zusammenwirkt, welcher zwischen dem Raum 20 flugkolben 29 und die Tauchkolben 2 sind voll aus- und der Druckgasquelle S angeordnet ist. Das Ventil gezogen in ihrer Stellung an einem Hubende darge-

23 kann die Form eines Druckknopfs haben, welcher stellt. Die Stellung am anderen Hubende wurde schemit seiner Basis in dem Boden der Membran21 ein- matisch auf der linken Seite der Fig 1 strichpunkgespannt ist. Wie in F i g. 1 und 2 dargestellt, können 45 tiert dargestellt, wobei von der gleichzeitigen Bewedie Membran 21 und das Rohr 22 zwischen der gung des beweglichen Gehäuses abgesehen wurde. Glocke 14 und dem Block 15 mittels der Mutter 17 Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt das festgezogen werden. bewegliche Gehäuse natürlich auf jeder Seite die

Um das Volumen des Raumes 19 und hierdurch sternförmig angeordneten Dämpfungskammern C die Zusammendrückbarkeit des ölraums möglichst 50 und D und Abzweigkammer E. Die Leitungen 5 weitgehend zu verringern, kann an dem freien Ende und 6 müssen einen nachgiebigen Teil enthalten, des Rohrs 22 z. B. durch Bördeln ein spitzbogenför- welcher die Ausschläge des Gehäuses ermöglicht, miger Körper 25 befestigt werden, welcher an der Beim Einbau des Antriebsblockes in ein Kraftfahr-Stelle des Bodens der Membran einen flachen Boden zeug wird zweckmäßig der in F i g. 1 dargestellte Anaufweist und sich in Richtung auf eine öffnung 26 55 triebsblock so angeordnet, daß die Achse des Zylinverjüngt, welche den Zylinder 1 mit dem Raum 19 ders 30 der größten Trägheitsachse des Fahrzeuges verbindet. An dem flachen Boden des spitzbogenför- entspricht, d. h. der Längsachse des Fahrzeugs, migen Körpers ist ein Kolben 27 vorgesehen, welcher Nachstehend sind die Arbeitsweisen und die Vorunter der Einwirkung einer Feder 28 den Boden der teile des Antriebsblockes erläutert, wobei zu bemer-Membran 21 in dem Sinn der Schließung des Sitzes 60 ken ist, daß die Arbeitsweise von der üblichen Frei-

24 durch das Ventil 23 zurückzudrücken sucht, so daß flugkolbenbrennkraftmaschinen ziemlich verschieden das Ventil geschlossen wird, sobald der Druck des ist.

Öls in dem Raum 19 gleich dem des Gases in dem Bei den üblichen Freiflugkolbenbrennkraftmaschi-

Raum 20 ist. nen führt nämlich die gewünschte Abgleichung im

Schließlich ist die doppeltwirkende Brennkraft- 65 allgemeinen zur Benutzung von zwei in dem gleichen maschine A mit einem einzigen Freiflugkolben 29 ver- Zylinder gegenläufigen Kolben, welche sich unter der sehen, welcher in einem Zylinder 30 mit doppeltem Einwirkung von zwei Kräften bewegen, nämlich der Zylinderkopf 36 arbeitet. Dieser Freiflugkolben 29 Explosionskraft sowie einer elastischen Rückholkraft,

welche die Verdichtungsenergie liefern kann. Dies ist nur für Freiflugkolbenbrennkraftmaschinen mit fast konstanter Geschwindigkeit zweckmäßig, da dann die veränderliche Belastung durch Einspritzung einer mehr oder weniger großen Brennstoffmenge ausgeglichen wird.

Bei der verwendeten Freiflugkolbenbrennkraftmaschine schwingt dagegen der Freiflugkolben 29 ständig zwischen zwei genau symmetrischen und gleichzeitig veränderlichen Kräften, wobei der Freiflugkolben stets auf einer seiner Seiten die Energie der Verbrennung empfängt, während seine andere Seite die Verdichtung des Brennstoffgemisches oder der Luft vornimmt und der den Freiflugkolben verlängernde Tauchkolben 2 eine identische hydraulische Arbeit bei jedem halben Doppelhub liefert.

Bei einer mechanischen Untersuchung der Arbeitsweise stellt man fest, daß man bei konstantem Kolbenhub die Zahl der Doppelhübe in der Minute beträchtlich verändern kann, wobei jedem Betriebszu- _ao stand eine genau bestimmte Leistung entspricht.

Die für eine Freiflugkolbenbrennkraftmaschine mit einer Bohrung von 85 mm und einen Hub von 75 mm angestellte Berechnung zeigt z. B. daß bei einem Gewicht der beweglichen Kolben von 1,250 kg die Zahl der Doppelhübe für eine Leistung 0 etwa 2600 beträgt, während sie auf 3600 für 20 hydraulisch abgenommene PS, auf 4200 für 40PS und auf 4600 für 60 PS übergeht.

Bei Einbau dieses Antriebsblockes in ein Fahrzeug, dessen hydrostatischer Motor B 2600 Doppelhübe bei Vollast bei 95 km/h erfordert, sieht man, daß für alle Geschwindigkeiten unter 95 km/h auf die Triebräder eine Leistung übertragen werden kann, welche zwischen 0 und 60 PS schwanken kann (mit der Einschränkung, daß das Haftvermögen bei sehr kleiner Geschwindigkeit praktisch nicht die Ausnutzung der ganzen verfügbaren Leistung ermöglicht). Oberhalb von 95 km/h kann man nicht die zwischen 0 PS und der Mindestleistung, welche der Volllast bei der entsprechenden Zahl der Doppelhübe entspricht, liegenden Leistungen ausnutzen. Dies geht aus F i g. 3 klar hervor.

Bei α sieht man die gestrichelte Kurve, welche die Beziehung zwischen der Zahl der Doppelhübe JV in der Minute und der von der Brennkraftmaschine gelieferten Leistung P in PS darstellt, was einer Kennlinie eines derartigen Motors entspricht.

Die vollausgezogene Kurve b zeigt die Leistung, welche erforderlich ist, um bei einem bestimmten Wagen eine bestimmte Geschwindigkeit V in km/h aufrechtzuerhalten.

Die der Geschwindigkeit von 120 km/h entsprechende OrdinateA-A' schneidet die Kurvet in H und die Kurve b in M. Wie man sieht, beträgt bei 120 km/h die Zahl der Doppelhübe bei Vollast 3295, und die Zahl der PS bei diesem Betriebszustand beträgt 12. Hieraus ergibt sich, daß bei 120 km/h alle zwischen 12 und 60 PS liegenden Leistungen benutzt werden können. Ebenso können bei 140 km/h alle zwischen 26 und 60 PS liegenden Leistungen benutzt werden.

Da es wesentlich ist, daß bei jeder Geschwindigkeit diese ohne Beschleunigung oder Verzögerung aufrechterhalten werden kann, ist es unbedingt erforderlich, daß die Kurve α die Kurve b in der ganzen möglichen Benutzungszone des Wagens nicht schneidet.

Die Erfindung erfordert zur Umwandlung der Bewegung keine Kurbelwellen, Pleuelstangen usw. Sie gestattet, mit einem Gestehungspreis, welcher erheblich niedriger als der der üblichen Motor-Kupplung-Wechselgetriebeanordnungen ist, einen selbsttätigen Betrieb für beliebige Bedingungen zu erhalten, wobei der Fahrer nur die in der Brennkraftmaschine A aufgewandte Leistung verändert, wobei er keine weiteren Manöver auszuführen hat, wenn sich das Straßenprofil oder die Fahrtbedingungen verändern. Der Antriebsblock ist sehr gedrängt und gestattet, den üblicherweise für die Brennkraftmaschine und seine Zubehörteile vorgesehenen Platz zu verkleinern. Schließlich vermeidet die Beweglichkeit des Gehäuses die üblichen Rückwirkungen auf die Karosserie des Fahrzeugs und erhöht den Komfort der Passagiere durch Abschwächung der Rüttelungen und Geräusche.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Aus Freiflugkolbenbrennkraftmaschine und f Hydraulikpumpe eines hydrostatischen Getriebes bestehender Antriebsblock, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem der Freiflugkolben der doppeltwirkenden Freiflugkolbenbrennkraftmaschine mit dem oder den Tauchkolben der Hydraulikpumpe verbunden ist, durch die ein die Triebräder antreibender hydrostatischer Motor mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist, wobei an dem Zylinder oder an die Zylinder der Hydraulikpumpe vor einem Saugventil bzw. hinter einem Druckventil je eine Dämpfungskammer sowie zwischen dem Saug- und Druckventil eine Abzweigkammer angeschlossen ist und die Abzweigkammer durch eine aus Gummi oder einem anderen Elastomer gebildete Membran, die vor einem Ventil angeordnet ist, in zwei Räume aufgeteilt ist und der eine Raum an den Zylinder der Hydraulikpumpe angeschlossen ist sowie der andere Raum mittels des Ventils am Ende eines jeden Saughubs der Hydraulikpumpe an eine Druckgasquelle mit veränderbarem Druck anschließbar ist, wodurch bei jedem Arbeitshub der Hydraulikpumpe der erste Bruchteil der von dieser geförderten Druckflüssigkeit dem ersten Raum zugeführt wird, bis sich die Drücke beiderseits des Druckventils ausgleichen, wonach erst der zweite Bruchteil der Druckflüssigkeit über das Druckventil zum hydrostatischen Motor gefördert wird, so daß die zum hydrostatischen Motor geförderte Druckflüssigkeitsmenge abhängig von dem veränderbaren Druck der Druckgasquelle stufenlos steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Membran (21) ein gelochtes Rohr (22) angeordnet ist und die Membran (21) an ihrem Boden das Ventil (23) trägt, das mit einem zwischen dem zweiten Raum (20) und dem Anschluß zur Druckgasquelle (S) mit veränderbarem Druck angeordneten Sitz (24) zusammenwirkt.

2. Antriebsblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem freien Ende des Rohrs (22) ein spitzbogenförmiger Körper (25) befestigt ist, der einen flachen Boden am Boden der Membran (21) aufweist und sich in Richtung zur den Zylinder (1) der Hydraulikpumpe mit dem ersten Raum (19) verbindenden Öffnung (26) hin ver-

jungt, wobei an dem flachen Boden des spitzbogenförmigen Körpers ein Kolben (27) angebracht ist, auf den einerseits der in diesem Raum (19) herrschende Druck und andererseits eine elastische Einrichtung (Feder 28) wirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen