DE1550673C3 - Hydrostatischer Antrieb mit Ener giespeicher - Google Patents

Description

a) ein durch eine Kraftmaschine (201; 301; 401) verhältnismäßig geringer Leistung getriebenes einstellbares Pumpenaggregat (202, 302, 402) ist mit einem auf der Pumpenwelle angeordneten Schwungradenergiespeicher (in 203, 303, 403 usw.) versehen;

b) das Pumpenaggregat ist als Mehrstrompumpe (F i g. 6) mit mehreren im umlaufenden Pumpenrotor (144) angeordneten, je eine unabhängige Förderleitung (31, 32) speisenden Verdrängungskammergruppen ^zo (145, 146) ausgebildet, wobei ein gemeinsames Pumpenstellgerät (30) zur Veränderung der Fördermengen der einzelnen Verdrängungskammergruppen derart ausgebildet ist, daß bei jeder Einstellung das Verhältnis der Fördermengen der einzelnen Verdrängergruppen zueinander gleich ist;

c) jede unabhängige Förderleitung (31, .32) speist einen eigenen Hydromotor (41 bzw. 42), und alle an die Förderleitungen angeschlossenen Hydromotoren wirken gemeinsam auf ein zu bewegendes Mittel (38) ein.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Beschleunigungs- oder Abfanganlage mehrere aus einer Kraftmaschine und einem Pumpenanggregat bestehende Antriebseinheiten (201, 202, 203; 301, 302, 303; 401, 402, 403) vorgesehen sind.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines. Zwei- . Strompumpenaggregates jeder der Hydromotoren auf eine zusammenwirkende Arbeitsvorrichtung,

z. B. eine Seilwinde (39, 40), zum gemeinsamen Antrieb usw. zur gemeinsamen: Abbremsung des auf einen Flugkörper (36) einwirkenden, zu bewegenden Arbeitsmittels (38) wirkt.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pumpen^ aggregate (3013 usw.) auf einen gemeinsamen Hydromotor (3001) bzw. ein gemeinsames Hydromotorelement (3003) bei beliebiger, z. B. geradliniger oder rotierender Bewegung zeitlich bzw. wegmäßig nacheinander arbeiten.

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung eines Hydromotorelementes (3003) bzw. eines von diesem angetriebenen Teiles (3002) in einer Führung

(3001) die Förderleitungen (3011, 3021 usw.) der Pumpenaggregate (3013, 3023 usw.) auf dem Führungsweg des Elementes oder Teiles nacheinander in die Führung (3001) einmünden und die Pumpenfördermengen in entsprechender Reihenfolge auf das Element (3003) oder das Teil

(3002) zur Einwirkung gebracht werden.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Schwungradenergiespeichers aus einzelnen auf die Antriebswelle (122) des Pumpenaggregates drehfest aufgesetzten Scheiben (127 bis 131) besteht.

7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydromotoren (41, 42) je mit mehreren einander parallelgeschalteten Mehrstrompumpenaggregaten (202, 302, 402) mit mehreren Verdrängungskammergruppen (145, 146) derart verbunden sind, daß aus jedem Aggregat jeweils eine seiner Gruppen gemeinsam mit anderen Aggregaten zugeordneten Gruppen einen Hydromotor (z.B. 41) und eine jeweils andere seiner Gruppen gemeinsam mit den entsprechenden anderen Gruppen einen anderen Hydromotor (z. B. 42) beliefert.

8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle zweier gesonderter Hydromotoren ein Hydromotor (3084) mit zwei im Rotor (3089) einander diametral gegenüberliegenden Arbeitskammergruppen (3091, 3092) vorgesehen ist, von denen die eine Arbeitskammergruppe (3091) durch eine Leitung (3083) mit der einen Verdrängungskammergruppe und die andere Arbeitskammergruppe (3092) durch eine Leitung (3082) mit der anderen Verdrängungskammergruppe des Mehrstrompumpenaggregates verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrostatischen Antrieb mit Energiespeicher zum kurzzeitigen Erreichen sehr großer Getriebeausgangsleistungen, insbesondere für Abfang- und Beschleunigungsanlagen.

. Bei solchen bekannten Antrieben ist es möglich, durch Energiespeicherung in einem auf der Pumpenwelle befestigten Schwungrad kurzzeitig die von der einstellbaren Pumpe lieferbare Energie stark zu erhöhen. Zum Antrieb des Schwungrades genügt in der Regel eine Kraftmaschine mit niedriger Leistung. Die Anwendung solcher Schwungradspeicher im Zusammenhang mit einer einstellbaren hydrostatischen Pumpe ist insbesondere schon zum Antrieb von Pressen (deutsches Gebrauchsmuster 1872 995), zum Anlassen von Verbrennungsmotoren (USA.-Patentschrift 2 382 437) und auch ganz allgemein (britische Patentschrift 20 271 aus dem Jahre 1907) bekannt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, daß auf möglichst wirtschaftliche Weise ein Maximum an Energie in kürzester Zeit zur Verfügung gestellt wird, und zwar insbesondere für solche Anwendungsgebiete, bei denen, wie z. B. beim Start oder Landen: eines Flugzeuges auf kurzer Startoder Landestrecke, die zu leistende Arbeit von mehreren Stellen aus auf einen zu beschleunigenden oder abzufangenden Körper weitergegeben werden muß.

Diese Aufgabe wird durch eine Kombination der im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten für sich bekannten Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die von einer Kraftmaschine verhältnismäßig kleiner Leistung erzeugte und gespeicherte Energie auf mehrere

Hydromotoren als Arbeitsmotoren zwangläufig gleichmäßig bzw. verhältnisgleich zur Wirkung gebracht werden kann. Zugleich läßt sich durch die Verwendung eines hydraulischen Übertragungsmittels bei hohem Wirkungsgrad und bei großer Freiheit in der Anordnung von Kraftquelle und Hydromotoren hohe Betriebs- und Unfallsicherheit vor allem auch bei sehr großen Leistungen erreichen, wenn auch die Erfindung bei kleinen oder mittleren Leistungen mit Vorteil anwendbar ist. So kann beispielsweise der erfindungsgemäße Antrieb ebenso für einen durch eine Taschenbatterie angetriebenen, fluidbalancierten Starter für Motoren oder Fahrzeuge als auch an Katapult- oder Abfangvorrichtungen solcher Größenordnung benutzt werden, wie sie nicht nur für Flugzeuge, sondern auch für den Abschuß von Raumschiffen erforderlich sind. Dieses insbesondere auch deswegen, weil sich die ausnutzbaren Leistungen durch Verwendung des proportional aufgeteilten Mehrstromprinzips und durch Reihen- oder Parallelschaltung der einzelnen Antriebszweige zu einem gemeinsam zusammenwirkenden System beliebig vervielfachen lassen.

Wie die Erfahrung auf Grund ausgeführter Anlagen erwiesen hat, ist es durch die Erfindung möglich, Pumpenaggregate derart schnell zu regeln, daß sie in kleinen Sekundenbruchteilen auch bei großer Leistung von Null auf volle Fördermenge gebracht werden können und hierbei hohe Betriebs- und Unfallsicherheit aufweisen.

Es sind zwar Antriebsanlagen zum Starten von Flugzeugen bekannt (deutsche Patentschrift 1051132), die mit zwei auf einer gemeinsamen Welle angeordneten, entweder durch einen gemeinsamen Motor oder durch zwei Motoren mit zwischengeschalteter Schwungmasse angetriebenen Seiltrommeln arbeiten, von denen die eine zum Aufwickeln, die andere zum Abwickeln eines um eine entfernte Umlenkrolle geführten, das Flugzeug antreibenden Zugseiles dient. Eine solche mechanisch arbeitende Anlage ist jedoch wegen der sonst notwendigen Übertragungselemente stark örtsgebunden und hinsichtlich der erreichbaren Beschleunigung und Leistung verhältnismäßig begrenzt.

Es sind auch Start- oder Abfangvorrichtungen bekannt (USA.-Patentschrift 3 142 458), die teilweise mit hydraulischen Systemen arbeiten. Die Hydraulik , beschränkt sich jedoch in diesem Falle auf ein einziges hydraulisch betätigtes Bremsaggregat zum Abbremsen eines vom landenden Flugzeug mitbewegten quergespannten Seiles, während das Starten durch Antrieb der Seiltrommel mittels Strahlturbine erfolgt.

Bei bekannten Abfangvorrichtungen (USA.-Patentschriften 1285 059, 3 142 458) ist das das Flugzeug abfangende Zugseil beiderseits der Landepiste an je eine hydraulische Bremse angeschlossen; die beiden Bremsen wirken hierbei unabhängig voneinander.

Ein gemeinsames, als Mehrstromerzeuger wirkendes Pumpenaggregat, das gleiche- oder verhältnisgleiche Fördermengen eines hydraulischen Mediums zu getrennten, aber gemeinsam auf ein zu bewegendes Mittel (z.B. Seil, Getriebeausgangsglied od.dgl.) wirkt, ist bei den bekannten Vorrichtungen nicht vorgesehen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind für eine Beschleunigungs- oder Abfanganlage mehrere aus einer Kraftmaschine und einem Pumpenaggregat bestehende Antriebseinheiten vorgesehen, wobei jedes Pumpenaggregat als Mehrstrompumpe zur Belieferung der verschiedenen Hydromotoren ausgebildet ist.

Im besonderen kann die Erfindung auch derart verwirklicht sein, daß mehrere Pumpenaggregate auf einen gemeinsamen Hydromotor bzw. ein gemeinsames Hydromotorenelement —■ bei beliebiger, z.B. geradliniger oder rotierender Bewegung —· zeitlich bzw. wegmäßig nacheinander arbeiten.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Schema einer durch Mehrstrompumpenaggregate angetriebenen Katapultiervorrichtung, insbesondere für Flugkörper,

F i g. 2 das Schema einer mit Abfangseilen wirkenden Anlage zum Abfangen eines Flugzeuges,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine Antriebsvorrichtung, wie sie beispielsweise für einen druckentlasteten, doppelstromgetriebenen Starter eines Motors od. dgl. verwendbar ist.

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht mit teilweisem Einblick in eine Katapultier- oder Abfangvorrichtung,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeipsiel eines Energiespeichers,

F i g. 6 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines stufenlos regelbaren Zweistrom-Pumpenaggregats,

F i g. 7 einen Querschnitt durch F i g. 6 entlang der Schnittlinie 7-7 und

F i g. 8 ein schematisches Ausführungsbeispiel für einen Beschleunigungsantrieb, der bei entsprechender Bemessung auch als Flugkörper- oder Weltraumfahrzeug-Abschußvorrichtung dienen kann.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist eine Mehrstrom-Katapultanlage dargestellt, in der die Mehrstrom-Pumpenaggregate oder Fluiderzeuger mit einem insbesondere als umlaufender Schwungkörper ausgebildeten Energiespeicher oder mehreren solchen verbunden sind. Fluidum wird aus dem Tank 215 durch die gemeinsame Zulaufleitung 229 in die je proportional fördernden Zweistrompumpen 202, 302, 402 geleitet. Diese sind mit den Energiespeichern im Gehäuse 203, 303 bzw. 403 und den Antriebsaggregaten 201, 301 bzw. 401 verbunden. Die Antriebsaggregate. 201, 301 und 401 arbeiten selbständig und unabhängig voneinander, können aber eine gemeinsame Bedienungsvorrichtung haben.

Auch die vorzugsweise aus umlaufenden Schwungmassen bestehenden Energiespeicher in den Gehäusen 203, 303 und 403 sowie die proportional fördernden, stufenlos regelbaren Zweistrompumpen 202, 302 und 402 sind in sich selbständige Einheiten, die jeweils nur mit den ihnen zugeordneten Antriebsaggregaten 201, 301 oder 401 verbunden oder wellengleich gekuppelt sind. Den Pumpen 202, 302 und 402 sind jeweils entsprechende Hubvolumenverstellvorrichtungen 30 zugeordnet, die auf je einen zweier Förderströme, wirken, welche von den Fluidkammern zweier Verdrängerkammergruppen erzeugt werden. Diese können eine gemeinsame oder nacheinander wirkende Regelvorrichtung oder selbständige Regelungen oder Kommandoelemente aufweisen. Die Förder- oder Fluidleitungen 231, 331 und 431 sind zu einer gemeinsamen Förder- oder Fluidleitung 31, die Förder- oder Fluidleitungen 232, 332 und 432 zu einer gemeinsamen Fluidleitung 32 verbunden. Die

Fluidleitungen 233, 333 und 433 sind zu der gemeinsamen Fluidleitung 33 und die Fluidleitungen 234, 334 und 434 zu der gemeinsamen Fluidleitung 34 verbunden. Die gemeinsamen Fluidleitungen 31 und 33 führen zu dem eine Winde 39 treibenden Hydromotor 41 und bilden dessen Zuführungs- bzw. Abführungsleitung. Die gemeinsamen Fluidleitungen 32 und 34 führen entsprechend zu dem die Winde 40 treibenden Fluidmotor 42.

Ein Zugmittel, z.B. ein Seil 38, ist auf die Windentrommeln 39 und 40 aufrollbar oder von ihnen abwickelbar. Wenn das Seil 38 abgewickelt ist, wird es nach rückwärts ausgezogen und das rückwärtig stehende Objekt, z.B. ein Körper 36, etwa Flugzeug, Raumschiff od. dgl., mittels Klinke 37 in die Zugvorrichtung 38 eingeklinkt. Die ganze Anlage kann auf oder an einer Plattform 35 angeordnet sein. Auf ein oder auf mehrere Kommandos werden durch die Hubvolumenregler die Zweistrompumpen 202, 302 und 402 auf Förderung gestellt. Das kann in einer die Fördermenge steigernden Weise geschehen. Die jeweiligen beiden gemeinsamen Fluidleitungen werden dann aus den ihnen angeschlossenen Fluidleitungen von den Pumpenaggregaten mit Fluid gespeist, das in verhältnisgleicher Menge gleichzeitig in die die Winden 39 und 40 treibenden Hydromotoren 41 und 42 geleitet wird. Dadurch werden, diese in Drehung versetzt und das Zugmittel 38 auf die entsprechenden Winden 39 und 40 aufgerollt. Durch entsprechende Steuerung mittels der Hubvolumenverstellvorrichtungen 30 kann dieses in stetig beschleunigender Weise geschehen. Dabei wird der Körper 36, z.B. ein Flugzeug, zunehmend beschleunigt, bis er schließlich schnell genug ist, um selbständig weiterzufliegen. Bei dem Beschleunigungsvorgang addieren sich die Leistungen der auf die gemeinsamen Fluidleitungen geschalteten Mehrstrompumpenaggregate 202, 302 und 402. Durch diese Leistungsaddition können sehr große Leistungen erreicht werden, die selbst viele tausend Kilogramm schwere Körper auf Fluggeschwindigkeit in sehr kurzer Zeitspanne beschleunigen können. Die Leistungen können dabei während kurzer Zeiträume viele 1000 PS oder mehrere oder viele 10 000 PS betragen, d. h. so hoch sein, daß die Antriebsmaschinen allein diese Leistung nicht abgeben könnten, sondern der Energiespeicher bedürfen, die bevorzugt als umlaufende Schwungmassen ausgebildet, zwischen den Antriebsaggregaten und den regelbaren Mehrstrom-Pumpenaggregaten angeordnet sind, wobei die den Energiespeichern entnommene kinetische Energie in den Pumpenaggregaten^jerhältnisgleich auf mehrere selbständige Fluidleitungen aufgeteilt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht auf diese Weise große Betriebssicherheit, einfache Bedienbarkeit und sichere Beherrschung der verhältnisgleichen Energieaufteilung sowie auch eine plötzliche verhältnisgleiche Ausnutzung der aufgespeicherten Energie zum Beschleunigungsvqrgang. Zugleich bietet sie den Vorteil, daß die Teile der Vorrichtung als selbständige kleine Teile hergestellt und transportiert werden können, um am Einsatzort durch die gemeinsamen Fluidleitungen zu der Gesamteinheit zusammengestellt werden zu können.

In F i g. 2 ist eine Vorbeschleunigungs-Vorrichtung für Auffangvorrichtungen beispielsweise für Flugkörper gezeigt. Diese ist angetrieben durch eine Mehrzahl von verhältnisgleieh fördernden Zweistrompumpen 702, die über Energiespeicher in den Gehäusen 703 von Antriebsmotoren 701 getrieben werden. Die verhältnisgleich fördernden Zweistrompumpen sind durch Hubvolumenverstellvorrichtungen 730 gesteuert. Den Pumpen wird Fluidum durch die Zuleitungen 74 zugeführt. Jede der Pumpen 702 fördert zwei regelbare Förderströme verhälnisgleicher Liefermenge, und zwar je einen in eine gemeinsame Fluidleitung 72 und je einen in eine andere gemeinsame Fluidleitung 73. Von jeder der gemeinsamen Fluidleitungen 72 und 73 führen entsprechende Abzweigungen zu einer Mehrzahl von Wegeventilen 67, die durch entsprechende, ihnen jeweils zugeordnete Kommandoelemente oder Betriebsaggregate 66 betrieben oder gesteuert werden. Durch die Zusammenfassung einer Mehrzahl von Zweistromaggregaten auf die gemeinsamen Fluidleitungen 72 und 73 kann jede beliebig hohe Leistungskonzentration verhältnisgleich auf die beiden genannten Fluidleitungen

aufgeteilt werden. Auf der Landeplattform des Flugplatzes oder Flugzeugmutterschiffes sind die Auffangvorrichtungen 55 angeordnet, in die das ankommende Flugzeug 53 mit dem Abfangehaken 53 einhakt. Je nach ankommendem Flugwinkel wird der Flugkörper 53 an einer der Auffangvorrichtungen 55,56, 57 oder 58 abgefangen oder abgebremst.

Derartige Vorrichtungen haben sich ausgezeichnet bewährt, solange bisherige Flugzeuge dadurch abgefangen wurden! Neuerdings haben jedoch die Flugzeuggewichte und die Landegeschwindigkeiten von Überschallflugzeugen so zugenommen, daß die Auffangvorrichtungen den plötzlichen Belastungen nicht mehr gewachsen sind und brachen, was Tod der Flugzeuginsassen und Bruch des Flugzeugs zur Folge hatte. Diese Todesfolgen und Brüche lassen sich nach Untersuchungen der Auffangvorrichtungsverhältnisse vermeiden, wenn die Auffangkabel 55 bis 58 so in Flugrichtung vorbeschleunigt werden, daß sie die Relativgeschwindigkeit zwischen aufzufangendem Flugkörper und Auffangvorrichtung im Moment des Auffangens durch eigene Geschwindigkeit der Auffangvorrichtung in Flugrichtung verringern. Zu dem Zweck werden Hydromotoren, z.B. Winden oder Kolben in Zylindern 59, 60, 61, 62 und Führangen 63 angeordnet, die auf ein Kommando hin die Auffangvorrichtungen 55 bis 58 zeitlich nacheinander in Flugrichtung des Flugzeugs 53 bewegen. Das hat in einigen hundertstel bis zehntel Sekunden und zeitlich nacheinander zu erfolgen, und zwar in Sekundenbruchteilen nach dem Orten des Flugzeugs durch die Ortungs- und Kommandozentralen 52. Die Ausführung dieses Vorganges erfordert Kräftekonzentrationen in Hundertstel oder Zehntel einer Sekunde von vielen 1000 oder 10 000 PS, also Kräfte, die zur Zeit durch kein mechanisches, elektrisches, pneumatisches oder herkömmliches hydraulisches System bewältigt werden können. Das Problem läßt sich jedoch einfach lösen, indem die dem Energiespeicher entnommene Energie durch die verhältnisgleich fördernden, regelbaren Zweistrompumpen in verhältnisgleiche Antriebsenergien in den Zylindern beiderseits der Landefläche zum richtigen Zeitpunkt aufgeteilt und zugeleitet wird. Außerdem ist die Verwirklichung des beschriebenen Auffangsystems außerordentlich rationell. So reichen z.B. 24Zweistrompumpen von je bis zu 600 PS aus, um die erforderliche hohe Leistung plötzlich abzugeben. Jede dieser. Pumpen wird dabei jedoch nur durch einen

2400tourigen 24-PS-Motor über einen umlaufenden, durch ein Schwungrad gebildeten Energiespeicher getrieben. Mit rund 500 PS installierter Leistung werden also im Moment des Bedarfs zwischen ^!10 000 und 20 000 PS plötzlich abgegeben und verhältnisgleich aufgeteilt. Die Kräfte dabei verlaufen nur geradlinig und jede Biegungsbeanspruchung, die zu Bruch führen könnte, ist vermieden.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist eine balancierte hydrostatische Startervorrichtung gezeigt, die z.B. zum Starten von Motoren dienen kann. Die gegebenenfalls große, aber gegebenenfalls auch sehr kleine, z.B. taschenlampenbatteriegroße Kraftquelle 3071 treibt durch Welle 3073 den als Schwungmasse ausgebildeten Energiespeicher 3072 an, wobei sie ihn mit kinetischer Energie auflädt, indem sie ihn zügig in Drehung versetzt und beschleunigt. Über Welle 3074 wird die kinetische Energie aus der Schwungmasse 3072 im Falle des plötzlichen Bedarfs in die regelbare Mehrstrom-Hydropumpe verhältnisgleicher Fördermenge 3078 abgegeben. In der Zweistrompumpe 3078 befindet sich der Rotor 3080, in dem mehrere Förderkammergruppen, im Ausführungsbeispiel zwei, angeordnet sind, deren Kammern durch Verdrängerelemente beim Rotorumlauf periodisch vergrößert und verkleinert werden. Die Betätigung und Regelung der Verdrängerelemente erfolgt durch die gemeinsame Regel- oder Hubvolumen-Verstellvorrichtung 3081, 3077. Die eine Förderkammergruppe erhält Fluid durch Leitung 3079 und liefert in die Leitung 3082 hinein. Die andere Förderkammergruppe erhält Fluidum aus Leitung 3080 und fördert in die Fluidleitung 3083 hinein. Die Ansaugung oder Zuleitung des Fluidums erfolgt beispielsweise aus Tank 3075 durch gemeinsame Zuleitung 3076. Die verhältnisgleiche Aufteilung der Pumpenantriebsenergie in die zwei getrennten Förderströme ist beim Rotorumlauf dadurch gesichert, daß durch die gemeinsame Verdrängerelementenantriebsvorrichtung 3081 die Kammern der beiden Förderkammergruppen immer verhältnisgleich vergrößert und verkleinert werden. Es ist dadurch gesichert, daß zu gleichen Zeiten gleiche oder verhältnisgleiche Mengen Fluidum durch die Leitungen 3082 und

3083 strömen. Diese verhältnisgleichen Fluidsäulen werden durch die Leitungen 3082 und 3083 den Eingangsanschlüssen 3086 bzw. 3085 des Hydromotors

3084 zugeführt, den die Fluidströme durch die Ableitungsanschlüsse 3087 bzw. 3088 verlassen. Der Motor 3084 ist radial oder axial oder radial und axial druckausgeglichen ausgeführt, dadurch, daß jeweils Arbeitskammergruppen diametral oder entgegengesetzt, relativ zum Rotor, angeordnet werden, die den Rotor 3089 über entsprechende Verdrängerelemente 3090 treiben. Der Rotor 3090 ist mit der Welle 3093 verbunden, durch die der Startermotor 3093 den Motor starten oder andere plötzliche Rotorbewegungen oder Rotationskräfte abgeben kann. Die Besonderheit dieses Systems besteht nun unter anderem auch darin, daß durch die Zuleitung zweier oder mehrerer Förderströme gleicher oder verhältnisgleicher Fördermenge zu gegenüberliegend oder diametral zueinander angeordneten Motorkammem gleichen oder verhältnisgleichen Schluckvolumens und verhältnisgleicher oder gleicher Drücke in den räumlich voneinander getrennten Förderströmen ein fluiddruckausgeglichenes Schwimmen des Rotors 3089 zwischen Fluiddruckfeldem annähernd erreicht und auch beim plötzlichen Leistungsstoß durch die mehreren Fluidströmen verhältnisgleiche Liefermenge aufrechterhalten wird. Bei nur durch einen Förderstrom getriebenen Hydromotoren könnten die plötzlich beim Startvorgang dem Energiespeicher entnommenen Energien zum Bruch der Teile führen. Letzteres ist durch die erfindungsgemäße, druckausgeglichene Ausführung mit mehreren Förderströmen vermieden. Es ist deshalb erfindungsgemäß eine besonders betriebssichere, druckentlastete und bereits bei kleinen, leichten, transportablen Antriebsmaschinen zu verwendende Startervorrichtung hoher Leistungsübertragung und großen Drehmomentes verwirklicht worden. Selbstverständlich kann gegebenenfalls die Fluidstromrichtung vertauscht, oder es können andere, geeignete Motorenarten eingebaut werden. Die zu startende Turbine oder Motor od. dgl. ist mit der Welle 3093 zu kuppeln, aber in F i g. 3 nicht dargestellt.

In Fig.4 ist eine Katapultier- oder Startanlage und Abfanganlage für Flugkörper dargestellt. Die Anlage ist auf dem oder teilweise gegebenenfalls auch in dem Grundkörper 74 angeordnet. Auf der Start-Landebahn 851 ist eine Fangschale 75 mit Bett 76 beweglich geführt. Im Bett 76 wird der Flugkörper 853 gelagert und abgeschossen, katapultiert oder aufgefangen. Fangschale 75 wird angetrieben, beispielsweise durch Hydromotoren oder Winden 82, 83, 84 und 85 odef deren mehrere.

Die Winden oder Hydromotoren 79 bis 85 können die Treibübertragungsmittel 77 und 78, z.B. Seile, antreiben oder verzögern. Soll der Flugkörper 853 aufgefangen werden, so wird die Fangschale 76 unter dem Flugkörpr 853 in dessen Flugrichtung bewegt, bis der Flugkörper so weit abgesunken ist, daß er in dem Bett 76 zum Aufliegen kommt. Bei diesem Vorgang wird also die Auffangschale 76 unter dem Flugkörper 853 etwa mit dessen Geschwindigkeit entlangbewegt, bis der Flugkörper in ihr zum Ruhen kommt.

Danach wird die Auffangschale hydrostatisch abgebremst, bis die Schale 75 mit dem Flugkörper darin zum Stillstand kommt. Umgekehrt wird beim Abschleudern, Katapultieren oder Starten die Fangschale 75 mit dem Flugkörper 853 darin aus der Ru- helage in Flugrichtung beschleunigt, bis Flugschale 75, 76 und Flugkörper 853 eine ausreichende Geschwindigkeit in Startrichtung haben, um das Abheben des Flugkörpers 853 aus der als Startschlitten dienenden Fangschale 75 zu ermöglichen. Danach ist der Flugkörper gestartet und der Startschlitten 75 kann zum Stillstand hin verzögert und zur Ausgangslage zurückgefahren werden; Bei derartigen Operationen sind große Kräfte und lange Wege in kurzen Zeiten, von oftmals nur Sekundenbruchteilen, erforderlich. Zur Verwirklichung derartiger Vorrichtungen mit sehr großen Leistungen gibt es kaum mechanische oder andere Mittel. Solche Mittel würden alle zu einseitigen Verkantungen oder Bruch führen, wenn sie derart plötzlichen Leistungsstößen von mehreren 10 000 oder 100 000 PS ausgesetzt würden. Doch ist das Problem auch in diesem Fall relativ einfach und vor allem betriebssicher zu lösen, wenn man Energiespeicher in Form rotierender Schwungräder mit Mehrstrompumpen kuppelt und dadurch die plötzlich den Energiespeichern entnommenen Energien verhältnisgleich auf die seitlichen Antriebsvorrichtungen 77 und 78 aufteilt. Zu diesem Zwecke ist es besonders empfehlenswert, eine Mehr-

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zahl oder Vielzahl von Energiespeichern und mit diesen gekuppelte, verhältnisgleich fördernde Mehrstrompumpen regelbarer Ausführung anzuordnen und deren Hubvolumenverstellvorrichtungen gemeinsam zu betätigen. Demgemäß sind die Hubvolumenverstellvorrichtungenregler 89 der mehreren Hydro-Zweistrompumpen 802 durch die Steuerfluidleitungen 90 und 91 miteinander verbunden. Aus der Hydrofluid-Leistungsquelle 85 wird Druckfluid durch Leitung 86 in das Wegeventil 87 geleitet, das durch die Betätigung 88 betrieben wird. Dabei wird das Steuerfluidum entweder in Steuerleitung 90 oder 91 hereingeleitet, was zur gleichzeitigen Vergrößerung oder Verkleinerung aller Hubvolumen der verschiedenen Verdrängerkammern in den mehreren Mehrstrompumpen 802 führt. Die Zweistrompumpen haben je ein Zuleitungs- und ein Lieferleitungspaar oder mehrere derselben, die durch Anschlüsse 94, 95, 96 und 97 dargestellt sind und die entsprechend mit den Antriebs- oder Arbeitsmotoren zum Antrieb der Treibmittel 77 und 78 verbunden werden.

Während in F i g. 4 die Regelpumpen gleichzeitig durch eine gemeinsame Steuerung gesteuert werden, sind in F i g. 2 gesonderte Steuerungen 67 mit selbständigen, getrennten Kommando-Antriebsaggregaten 66 ausgerüstet, z.B. mit Magneten oder Elektromotoren, so daß die Pumpen der Ausführung nach F i g. 2 zeitlich nacheinander bedient werden können. Im übrigen können die grundsätzlichen Antriebssysteme der Fig. 1, 2,4 und8 gegebenenfalls miteinander vertauscht werden.

In F i g. 5 ist in beispielhafter Ausführung gezeigt, wie ein als umlaufende Schwungmasse ausgebildeter Energiespeicher derart gebaut werden kann, daß er leicht auseinandernehmbar und transportierbar ist. Für das Katapultieren von schweren Flugkörpern sind energiereiche Speicher, also Schwungmassen von hohen Gewichten, erforderlich, um die Leistungen von tausenden PS plötzlich abgeben zu können. Zu dem Zweck ist vorteilhafterweise im Gehäuse 903 der Rotor 1103 in Umlauflagern 910, vorzugsweise Wälzlagern, gelagert. Auf dem Rotor 1103 werden einzelne Schwungscheibenringe 1503 bis 2003 zentrisch aufgesetzt und beispielsweise zwischen Flansch 1303 und Befestigungsteil 1403, durch geeignete Mittel 1203 auch gegen Verdrehung gesichert, gehalten. So kann aus einer Anzahl relativ leichter Ringe eine große Schwungmasse zusammengebaut werden. Wellenschaft 1002 der Pumpe 902 ist mittels Sicherungsmittel 1102 mit dem Rotor 1103 gekuppelt und der Wellenschaft 101 ist mittels des Sicherungselementes 1101 mit dem Antriebsmotor 901 gekuppelt. Man kann auf diese Weise eine große Schwungscheibenkonzentration zwischen Motor und Pumpe sicher lagern und nach außen unsichtbar in einem Gehäuse unterbringen, derart, daß große kinetische Energien gespeichert und bei Bedarf plötzlich, oder in kurzen Zeitspannen entnommen werden können.

In F i g. 6 und 7 ist eine besonders einfache und kleine und daher oft bevorzugte Ausführung einer regelbaren und umkehrbaren Zweistrompumpe dargestellt, die an die umlaufenden Schwungmassen des Energiespeichers im Gehäuse 2003 angeschlossen ist. Im Gehäuse 2003 ist in den Lagern 124 der Rotor 122 gelagert, auf dem die Schwungscheibenmassen 127, 128, 129, 130, 131 und andere mittels der Befestigungselemente 123 und 225 sowie gegebenenfalls weiterer Sicherungsmittel gehalten sind. Pumpenwelle 150 ist, gegen Relativverdrehung gesichert, mit dem Rotor 122 verbunden. Pumpengehäuse 132 ist mittels Befestigungselemente 121 am Energiespeichergehäuse 2003 befestigt. Am Pumpengehäuse 132 befinden sich die Deckel 133 und 134, in denen in den Lagern 151 und 152 der Rotor 154 umlaufen kann. Im Rotor 154 sind die beiden — im Ausführungsbeispiel radialen — Verdrängerkammergruppen 145 und 156 angeordnet, von denen jede Gruppe

ίο mehrere Verdrängerkammern enthält. In den Verdrängerkammergruppen laufen die Verdrängerelemente 146 periodisch auswärts und einwärts, wenn der Rotor 154 umläuft und sie vergrößern und verkleinern dadurch periodisch das Verdrängerkammerhubvolumen beider Förderkammergruppen 145 und 156. Die Verdrängermittel 146 können beispielsweise als Radialkolben ausgebildet sein und mittels einer Schwenkverbindung mit schwenkbaren Antriebsschuhen 147 (Kolbenschuhen) versehen sein.

Die Verdrängerelemente 146 werden direkt oder indirekt durch das Antriebselement 141 angetrieben. Im Ausführungsbeispiel der Figuren sind die Verdrängerelemente als Radialkolben 146 mit mit ihnen schwenkbar verbundenen Kolbenschuhen 147 und das Antriebselement als Umlaufring 141 ausgebildet. Durch die Supportringe 143, die zusammen mit dem Umlaufring 141 in den Lagern 140 umlaufen, wird ein reibungsarmei, aber in Radialrichtung kräftiger Antrieb der Kolben mit großem Kolbenhub verwirklicht. Zwecks Vergrößerung der Leistung auf kleinem Raum ist der Rotor 154 mit Rotorsegmenten versehen, die die Kolben über einen großen Kolbenhub radialwärts führen, wobei die Kolben durch, die Kolbenschuhe 147 geführt werden, die ihrerseits in radialen Ringnuten 142 oder in einer derselben geführt sind und deren Zentralstege 159 periodisch in Radialschlitze 160 des Rotors zwischen den Rotorsegmenten eingreifen, wenn zwischen Rotor und Hubvolumenverstellung 139 eine exzentrische Einstellung vorhanden ist. Die Lager 140 werden von der Hubvolumenverstellvorrichtung 139 getragen, weshalb der Hub aller Kolben gleichmäßig durch die gemeinsame Verstellvorrichtung 139 betätigt werden kann. Zu dem Zweck können oberhalb des Gehäuses und der Verstellvorrichtung 139 beliebige, in der Figur nicht gezeigte Regelorgane oder Kommandomittel angeordnet werden. Die Kolbenschuhschwenkwalze 147 kann ganz in die Radialzylinder eintreten, und die Kolben 146 sind an den Führungsflächen 158 der Rotorradialstege 164 während des ganzen langen Kolbenhubes stabil und präzise geführt.

Diese Art Zweistrom-Hydropumpe ist von derart konzentrierter Bauart, daß bei 6000 UPM bereits Leistungen von über 100 PS verwirklicht wurden in einem Raum, der nicht größer ist als der, den 100 handelsübliche Zigaretten einnehmen. Der Durchmesser des Rotors 154 war dabei nicht viel größer als der einer Filterzigarettenlänge. Bei dem genannten 100-PS-Beispiel wiegt der Rotor zusammen mit Kolben und Kolbenschuhen etwa 4 und die gesamte Pumpe nur 19 Kilogramm. Um diese große Leistung zu verwirklichen, ist die doppelseitige, axiale Fluidbeaufschlagung ebenfalls von Wichtigkeit. Der eine Förderstrom fließt durch die An-Schlüsse 137 oder 138 in das Steuerfenster 162 des Steuerkörpers 153 und von dort aus durch die Rotorfenster 161 in die Kammern der Förderkammergruppe 156 bzw. einen Teil derselben hinein. Aus

dem anderen Teil der Kammern der Förderkammergruppe 156 wird Fluid unter Druck aus den betreffenden Förderkammern 156 durch die zugeordneten Rotorkanäle 161 herausgedrückt, und zwar durch das andere Steuerfenster 161, durch den Steuerkörper 153 hindurch und aus der anderen Fluidleitung 137 oder 138 aus der Pumpe heraus. Der andere Förderstrom betritt die Pumpe durch die Fluidleitung 135 oder 136, von wo aus er durch ein entsprechendes Steuerfenster im Steuerkörper 253 und durch entsprechende Rotorkanäle in die betreffenden Arbeitskammern der Förderkammergruppe 145 im Rotor 144 hereinfließt. Aus den anderen Förderkammern der Förderkammergruppe 145 wird Fluid durch ein anderes Steuerfenster im Steuerkörper 253 hindurch herausgepreßt und verläßt dann die Pumpe 132 durch eine der Fluidleitungen 135 oder 136. Die Steuerkörper 153 und 253 sind vorteilhafterweise radial beweglich ausgeführt und zu diesem Zweck an einem axialen Ende mit einer radial planen oder konischen und am anderen Axialende vorteilhafterweise mit einer sphärischen Fläche 154 versehen. Deckel 133 und 134, wie Rotor 144 erhalten entsprechende komplementäre Flächen, um mit den Steuerkörpern 153 und 253 zusammen mit geringem Reibungslust gut dicht arbeiten zu können. Vorteilhafterweise ist ein axial nachgiebiger Steuerkörperträger 155 in einen der Deckel, z.B. 134, eingesetzt, darin gegen Verdrehung gesichert und axial nachgiebig gelagert. Jenseits des Steuerkörperträgers 155 ordnet man praktischerweise die Druckfluidkammern 160 und/oder 161 an. In diese hinein wird Fluid aus einem oder beiden der Förderströme geleitet, so daß sich hydrostatischer Druck in mindestens einer der Druckfluidkammern 160 oder 161 aufbaut. Dieser Fluiddruck preßt den Steuerkörperträger 155 gegen den Steuerkörper 153, den Steuerkörper 253 gegen den Rotor 144, den Rotor 144 gegen den Steuerkörper 153 und den Steuerkörper 153 gegen den Deckel 133. So sind alle Teile gegeneinander gepreßt und Leckagen zwischen ihnen vermieden oder eingeschränkt. Man bemißt die Druckfluidkammern so stark, daß die Zusammenpressung ausreicht, aber gleichzeitig auch so schwach, daß die Reibung zwischen den umlaufenden und den nicht umlaufenden Steuerflächen möglichst klein bleibt. Entsprechend werden die Druckfluidkammern 160, 161 und der Steuerkörperträger 155 sowie die Steuerkörper 153 und 253 sowie der Rotor 144 dimensioniert und plaziert. Die Pumpe dieser Ausführungsart ist von höchster Leistungsfähigkeit auf kleinstem Raum verwenbar.

In F i g. 8 schließlich ist eine Startanlage für die Beschleunigung von Körpern in einer bevorzugterweise geraden Richtung als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. In einer oder mittels einer Führungsanlage 3001 wird der Startschlitten 3003 und/oder der Körper 3002 als zu bewegendes Teil geführt. Der Körper 3002 soll durch die Anlage so hoch beschleunigt werden, daß er anschließend frei durch die Atmosphäre, die Strato-" Sphäre oder den Weltraum fliegen kann. Zu dem Zweck ist eine Mehrzahl von Fluidstromerzeugern, von denen jeder aus einem entsprechenden Energiespeicher gespeist wird, auf einen gemeinsamen Zylinder oder Lieferraum 3007 wirkend, angeordnet. Dieselben werden nacheinander eingeschaltet, so daß der Körper 3002 zeitlich nacheinander eine zunehmende Beschleunigung erhält, wenn er an der Mündung einer entsprechenden Fluidzuleitung vorbeibewegt ist. Der Startschlitten 3003 kann im gemeinsamen Fluidbeschleunigungsraum 3007 geführt sein. Schließlich kann er auch mit einer Brems- oder Auffangvorrichtung 3006 ausgerüstet sein, die eine Pufferung 3005 haben mag. Die Energiespeicher 3014, 3024, 3034, 3044, 3054 und 3064 werden wieder als umlaufende Schwungmassen ausgebildet, die über

ίο einen längeren Zeitraum durch die relativ schwachen Antriebsmaschinen 3015, 3025, 3035, 3045, 3055 oder 3065 in Drehung versetzt, auf hohe Drehzahl gebracht und somit mit kinetischer Energie aufgeladen werden. Dadurch werden die als Regelpumpen ausgebildeten, angekuppelten Hydropumpen 3013, 3023, 3033, 3043, 3053 und 3063 ebenfalls in Rotation gebracht, solange sie noch auf Fördermenge Null stehen. Zum Start des Körpers 3002 werden zunächst die Pumpen 3033 und 3063 auf Fördermenge Maximum verstellt, wobei die Fluidlieferung in den gemeinsamen Fluidraum 3007 herein den Körper 3002 und gegebenenfalls auch den Startertisch 3003 auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Sobald der Körper 3002 oder der Körper 3002 und Startschlitten 3003 die Mündungen 3021 und 3051 passiert haben, werden auch die Pumpen 3023 und 3053 auf Förderung gestellt, wodurch der Körper 3002, gegebenenfalls mit Schlitten 3003, weitere höhere Geschwindigkeit durch weitere Beschleunigung erhält.

Nach Passierung der Mündungen der Fluidleitungen 3011 und 3041 werden auch die Pumpen 3013 und 3043 noch weiteres Fluidum in den gemeinsamen Raum 3007 fördern und dabei den Körper 3002 direkt oder über den Schlitten 3003 auf noch höhere Geschwindigkeit beschleunigen. Der Körper erhält so die gewünschte Eigengeschwindigkeit, um anschließend frei fliegen zu können und gegebenenfalls die Erdgravitation zu überwinden. Eine beliebige Anzahl von Pumpen, gegebenenfalls gestaffelter Fördermenge und mit gestaffeltem Druck, kann angeordnet werden. Aus jeweiligen Behältern 3009 können die Pumpen durch Zuleitungen 3008 ihren Fluidbedarf entnehmen.

Ventile oder Steuerungen 3012, 3022, 3032, 3042, 3052 oder 3062 können in die Fluidförderleitungen 3011, 3021, 3031, 3041, 3051 oder 3061 eingeschaltet sein. Die Beschleunigungsanlage kann als kleines Spielzeug verwendet werden, aber auch so stark bemessen werden, daß damit Personen oder Fracht fördernde Flugkörper von einem Kontinent zum anderen, beispielsweise durch die Stratosphäre hindurch oder auch in den Weltraum hinaus, geschleudert werden können. Dabei würden riesige Mengen Raketentreibstoffe und Raketengewichte gespart, wenn der beschleunigte Körper eine Raumrakete wäre. Um derartige Höchstleistungstechniken zu verwirklichen, sind Pumpen geringster Massen, aber hoher Leistung erforderlich, die in Millisekunden von Förderung Null auf Förderung Maximum regeln können, aber andererseits große Energiespeicher mit der Aufspeicherung großer Mengen kinetischer Energie in großen, mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Schwungmassen. Die Aufspeicherung von einigen hunderttausend PS in Energiespeichern von etwa 1 Meter Durchmesser ist möglich, und die in F i g. 6 und 7 beschriebene Pumpe hat bereits Regelgeschwindigkeiten für Fördermengenverstellung von Null auf Maximum in 0,03 Sekunden erzielt. Diese

lassen sich jedoch noch wesentlich verkürzen, und somit können noch wesentlich stärkere Beschleunigungsimpulse verwirklicht werden.
_i; Die in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen nur einige von vielen Ausführungsformen der Erfindung. Zur praktischen Verwirklichung

großer Impulsleistungen ist die erfindungsgemäße Energieumwandlung von kinetischer Energie in proportionale, verhältnisgleiche Fluidmengenförderung in mehreren gesonderten Fluidströmen verwendbar, um ausgeglichene, sichere Antriebsvorrichtungen zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Hydrostatischer Antrieb mit Energiespeicher zum kurzzeitigen Erreichen sehr großer Getriebeausgangsleistungen, insbesondere für Abfang- und Beschleunigungsanlagen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich bekannter Merkmale: