DE2204607B2

DE2204607B2 - Flywheel drive for motor vehicles - includes variable transmission and automatic energy storage control

Info

Publication number: DE2204607B2
Application number: DE19722204607
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-01
Filing date: 1972-02-01
Publication date: 1977-09-29
Also published as: DE2204607C3; DE2204607A1

Abstract

The flywheel provides low-pollution propulsion for city cars. Energy is stored by using the vehicle's engine to spin up a flywheel through a one-way clutch, the action being automatic when the flywheel speed drops. Stored energy can then drive the vehicle through a transmission of "infinitely variable" type. Normally the flywheel axis is upright but it can tilt fore and aft in the vehicle to allow gyroscopic precession during cornering. For short journeys the flywheel can be used as drive without using the car engine at all, by using an electric motor to "charge" the flywheel during rest periods in garage.

Description

2020th

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Kraftfahrzeugantriebes mit einem Schwungrad, das in einer Vakuumkammer drehbar gelagert ist und das über eine aus der Vakuumkammer herausgeführte Welle und eine Trennkupplung mit dem Wechselgetriebe des Fahrzeugs und mit dessen Antriebsmotor verbunden ist.The invention relates to an arrangement of a motor vehicle drive with a flywheel which is rotatably mounted in a vacuum chamber and which has a Shaft led out of the vacuum chamber and a separating clutch with the change gear of the vehicle and is connected to its drive motor.

Eine Anordnung dieser Art ist bekannt (DT-PS 8 91 503). Die Trennkupplung ist hierbei außerhalb der Vakuumkammer angeordnet. Dies bedeutet, daß auch bei stillstehendem Fahrzeug die aus der Vakuumkammer herausgeführte Welle, die das Schwungrad trägt, bei rotierendem Schwungrad mitgedreht wird und dadurch das die Schwungradwelle aufnehmende Lager mit Dichtung, das eine ständig relativ hochtourig rotierende Welle aufzunehmen hat, relativ aufwendig konstruiert sein muß, wenn Leckverluste der Vakuumkammer vermieden werden sollen.An arrangement of this type is known (DT-PS 8 91 503). The clutch is here outside the Vacuum chamber arranged. This means that even when the vehicle is at a standstill, the vacuum chamber Outgoing shaft that carries the flywheel is rotated when the flywheel rotates and as a result, the bearing with a seal that accommodates the flywheel shaft, one that is always relatively high-speed Has to accommodate rotating shaft, must be constructed relatively complex if leakage losses of the vacuum chamber should be avoided.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung dieser Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß bei einfacherer Konstruktion Leckverluste an dem Wellenlager auf ein Minimum beschränkt bleiben.It is the object of the invention to develop and improve an arrangement of this type so that at simpler construction leakage losses at the shaft bearing are kept to a minimum.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trennkupplung innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist.This object is achieved according to the invention on the basis of an arrangement of the type mentioned at the beginning solved that the clutch is arranged within the vacuum chamber.

Hierdurch ist eine wesentlich einfachere Konstruktion des Lagers möglich, durch welches die Antriebswelle des Schwungrades aus der Vakuumkammer herausgeführt ist, dieses Lager kann damit wesentlich billiger gestaltet werden und es werden vor allem Leckverluste auf ein Minimum gehalten, da bei stillstehendem Fahrzeug nur das in der Vakuumkammer gelagerte aufgeladene Schwungrad rotiert, nicht jedoch die aus der Vakuumkammer herausgeführte Welle, da die Trennkupplung vor diesem Lager angeordnet ist. Bei stillstehendem Fahrzeug rotieren also nur noch die innerhalb der Vakuumkammer angeordneten Teile.This enables a much simpler construction of the bearing through which the drive shaft of the flywheel is led out of the vacuum chamber, this bearing can therefore be much cheaper be designed and there are above all leakage losses kept to a minimum, since at standstill Vehicle only rotates the charged flywheel stored in the vacuum chamber, but not the flywheel off The shaft led out of the vacuum chamber, since the separating clutch is arranged in front of this bearing. at When the vehicle is at a standstill, only the parts arranged within the vacuum chamber rotate.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Vakuumkammer um eine quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende Horizontalachse gegenüber dem Fahrzeug begrenzt kippbar zu lagern. Hierdurch wird erreicht, daß die durch das sehr schnell drehende Schwungrad erzeugten Drehkräfte nicht die Rollkräfte des Fahrzeuges beeinflussen. Das Fahrzeug liegt deshalb wesentlich ruhiger und kann besser gelenkt werden.According to a further development of the invention, it has been found to be advantageous to move the vacuum chamber transversely to the vehicle longitudinal axis extending horizontal axis relative to the vehicle to store limited tiltable. This ensures that the rotational forces generated by the very rapidly rotating flywheel do not affect the Influence the rolling forces of the vehicle. The vehicle is therefore much quieter and easier to steer will.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings explained. It shows

F i g. 1 die Draufsicht auf einen üblichen Fahrzeugrahmen mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Antrieb,F i g. 1 the top view of a conventional vehicle frame with a drive designed according to the invention,

Fig. 2 den Schnitt durch die Schwungradanordnung entlang der Schnittlinie II-II in Fi g. !Fig. 2 shows the section through the flywheel assembly along the section line II-II in Fi g. !

Fig.3 den Schnitt durch die Schwungradanordnung entlang der Schnittlinie III-11I in F i g. 23 shows the section through the flywheel assembly along the section line III-11I in FIG. 2

Fig.4 den Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV in F ig. 34 shows the section along the section line IV-IV in Fig. 3

Der in Fig. 1 dargestellte Fahrzeugrahmen 10 ist in bekannter Weise mit Antriebsrädern Π und gelenkten Rädern 12 ausgestattet. Die Antriebsräder 11 werden über ein konventionelles Ausgleichgetriebe 13 über die Welle 14 angetrieben, die ihrerseits vom Getriebe 15 angetrieben wird. Vom Motor 20 wird ein Schwungrad 25 über ein Kegelradgetriebe 26 und eine in einer Richtung wirkende Kupplung 27 angetrieben.The vehicle frame 10 shown in Fig. 1 is in a known manner with drive wheels Π and steered Wheels 12 equipped. The drive wheels 11 are via a conventional differential gear 13 via the Shaft 14 is driven, which in turn is driven by gear 15. The engine 20 becomes a flywheel 25 driven via a bevel gear 26 and a clutch 27 acting in one direction.

Die Schwungradanordnung ist in den Fig.2 und 3 näher dargestellt. Die von der Kupplung 27 kommende Antriebswelle 28 ist in einem Lager 29 von geringer Reibung gelagert und sie treibt ein Kegelzahnrad 30 das mit einem Kegelzahnrad 31 in Eingriff steht, das seinerseits auf einer Welle 32 in Lagern 33 gelagert ist. Die Welle 32 trägt ein Kegelzahnrad 35 das mit einem Ritzel 36 antriebsmäßig in Verbindung steht. Dieses Ritzel 36 ist auf einer Welle 37 angeordnet, die mit dem Schwungrad 38 über eine Trennkupplung 39 in Verbindung steht. Das Schwungrad 38 ist innerhalb einer Vakuumkammer 40 angeordnet, und zwar so, daß es mit höchster Drehzahl angetrieben werden kann. Es ist über Lager 41 und 42 drehbar gelagert. Wenn die Trennkupplung 39 eingerückt ist, wird die in dem Schwungrad 38 gespeicherte kinetische Energie an die Welle 37 über die Trennkupplung 39 angegeben und damit zurück in den Hauptantriebskreis, nämlich zur Welle 34. Wenn die Trennkupplung 39 ausgerückt ist, dreht sich zwar bei Stillstand des Fahrzeuges das Schwungrad kontinuierlich weiter, jedoch wird die Welle 37, die über das Lager 43 gelagert ist, angehalten und hierdurch werden die Leckverluste an der Dichtung 44 auf ein Minimum gehalten. Die Dichtung 44 kann von jeder bekannten Art sein, sie muß nur so ausgebildet sein, daß sie eine gute Abdichtung gegen den Eintritt von Luft gewährleistet, so daß das Gehäuse evakuiert werden kann, und zwar über die Unterdruckleitung 45, die am Ausgang 46 mit einer Vakuumpumpe über die Verbindung 47 verbunden ist.The flywheel arrangement is shown in Figs shown in more detail. The drive shaft 28 coming from the clutch 27 is smaller in a bearing 29 Friction mounted and it drives a bevel gear 30 which meshes with a bevel gear 31, which is in turn mounted on a shaft 32 in bearings 33. The shaft 32 carries a bevel gear 35 with a Pinion 36 is drivingly connected. This pinion 36 is arranged on a shaft 37 with the Flywheel 38 is connected via a separating clutch 39. The flywheel 38 is within a vacuum chamber 40 arranged in such a way that it can be driven at the highest speed. It is rotatably supported by bearings 41 and 42. When the clutch 39 is engaged, the in the Flywheel 38 indicated kinetic energy stored on the shaft 37 via the separating clutch 39 and thus back into the main drive circuit, namely to shaft 34. When the separating clutch 39 is disengaged, Although the flywheel continues to rotate when the vehicle is at a standstill, the Shaft 37, which is supported by the bearing 43, is stopped and this reduces the leakage of the seal 44 kept to a minimum. The seal 44 can of be of any known type, it just needs to be designed so that it forms a good seal against the inlet guaranteed by air so that the housing can be evacuated via the vacuum line 45, which is connected at output 46 to a vacuum pump via connection 47.

Die Vakuumkammer 40 ist kippbar gelagert, wie dies in F i g. 2 gestrichelt angedeutet ist, und zwar um eine Achse, die im wesentlichen durch die Drehachse der Kegelzahnräder 31 und 35 verläuft. Sie ist zu diesem Zweck durch zwei diametral gegenüberliegende KugelnThe vacuum chamber 40 is tiltable, as shown in FIG. 2 is indicated by dashed lines, namely by one Axis which runs essentially through the axis of rotation of the bevel gears 31 and 35. She is to this Purpose by two diametrically opposed balls

50 gelagert, die lose und abrollbar in gekrümmten Nuten50 stored, which are loose and rollable in curved grooves

51 und 52 des Gehäuses bzw. der Vakuumkammer 40 eingreift. Die Vakuumkammer 40 wird zusätzlich noch durch einen Vorsprung 53 an der Vakuumkammer 40, der in einem vertikalen Schlitz 54 geführt ist, am Mitdrehen gehindert. Durch diese Möglichkeit zum Hin- und Herschwingen im wesentlichen in einer Ebene, die in Längsrichtung des Fahrzeuges verläuft ist eine Präzession des Schwungrades 38 gewährleistet, wenn das Fahrzeug seitlich rollt oder schwankt, und zwar in jeder Richtung, wie dies beispielsweise beim Kurvenfahren auftritt.51 and 52 of the housing or the vacuum chamber 40 engages. The vacuum chamber 40 is also added by a projection 53 on the vacuum chamber 40, which is guided in a vertical slot 54 on Also prevented from turning. This possibility of swinging back and forth essentially in one plane, the If the flywheel 38 runs in the longitudinal direction of the vehicle, precession is ensured the vehicle rolls sideways or sways in any direction, such as when cornering occurs.

Die Welle 34 ist die Antriebswelle für das Getriebe 15. Dieses ist in weiten Grenzen stufenlos verstellbar.
Das Schwungrad 38 dreht sich kontinuierlich und esThe shaft 34 is the drive shaft for the transmission 15. This is continuously adjustable within wide limits.
The flywheel 38 rotates continuously and it

wird durch die Abtriebswelle des Motors 20 angetrieben. Wenn das Schwungrad 38 schneller als die Abtriebswelle des Motors 20 sich dreht, wird dies durch eine Kupplung 27 ermöglicht, die eine Drehmomentübertragung nur in einer Drehrichtung gestattet, und zwar im wesentlichen ohne Reibung. Der Betrieb des Motors 20 wird gesteuert durch eine automatische Start- und Stopp-Steuereinrichtung, die auf die Drehzahl des Schwungrades 38 anspricht anstatt in unmittelbarer Beeinflussung des Fahrzeugführers zu stehen wie bei den bisher üblichen Fahrzeugen. Die Funktion des Motors ist nur, das Schwungrad 38 wieder mit Energie aufzuladen und diese Ladung zu halten anstatt das Fahrzeug wie bisher üblich unmittelbar anzutreiben. Ein nicht weiter dargestellter üblicher elektrischer Anlasser wird über einen Drehzahl-abhängigen Schalter 38a eingeschaltet, wenn die Drehzahl des Schwungrades 38 auf die festgelegte Mindestdrehzahl abgefallen ist und der Motor 20 wird auch dadurch wieder durch Unterbrechung der Zündung ausgeschaltet, wenn die Drehzahl des Schwungrades 38 den maximal festgelegten Wert erreicht. Die Abgabe der Energie vom Schwungrad 38 erfolgt über die Welle 34 und das Getriebe 15 an die Antriebsräder 11 und sie wird gesteuert durch den Fahrzeugführer in der Weise, daß das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 15 von einem Wert »0«, bei welchem keine Energie übertragen wird, bis etwa zu einem Übersetzungsverhältnis von 1 :1 gegenüber der zwischen Schwungrad 38 und Getriebe 15 liegenden Welle 34 eingestellt wird. Wenn das Schwungrad 38 und die Antriebsräder 11 des Fahrzeugs unmittelbar mit dem verstellbaren Getriebe 15 verbunden sind, besteht beim Herabsetzen des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 15 eine zunehmende Übertragung von kinetischer Energie vom Schwungrad 38 zu den Antriebsrädern, und zwar in einem linearen Zusammenhang.is driven by the output shaft of the motor 20. If the flywheel 38 is faster than that The output shaft of the motor 20 rotates, this is made possible by a clutch 27, which transmits torque only allowed in one direction of rotation, essentially without friction. The operation of the Motor 20 is controlled by an automatic start and stop controller based on the speed of the flywheel 38 responds instead of directly influencing the vehicle driver stand as with the usual vehicles. The only function of the engine is to restore the flywheel 38 to charge with energy and to hold this charge instead of the vehicle as usual immediately to drive. A conventional electric starter (not shown) is operated via a speed-dependent one Switch 38a turned on when the speed of the flywheel 38 has reached the specified minimum speed has dropped out and the engine 20 is also switched off again by interrupting the ignition, when the speed of the flywheel 38 reaches the maximum specified value. The delivery of the Energy from the flywheel 38 is passed through the shaft 34 and the transmission 15 to the drive wheels 11 and them is controlled by the driver in such a way that the gear ratio of the transmission 15 of a value of "0", at which no energy is transferred, up to a gear ratio of 1: 1 with respect to the shaft 34 lying between the flywheel 38 and the gear 15 is set. if the flywheel 38 and the drive wheels 11 of the vehicle directly to the adjustable transmission 15 are connected, there is a reduction in the gear ratio of the transmission 15 increasing transfer of kinetic energy from the flywheel 38 to the drive wheels, namely in a linear relationship.

Durch Niederdrücken eines Pedales 60 wird das Übersetzungsverhältnis herabgesetzt und beim Freigeben des Pedales 60 wird dieses Verhältnis erhöht Die Geschwindigkeit dieser Änderung des Übersetzungsverhältnisses bestimmt die Beschleunigung des Fahrzeuges. Die Stellung des Pedales 60 bestimmt damit die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, und zwar relativ zur Drehzahl des Schwungrades. Mit diesem System kann damit sehr genau und einfach die Geschwindigkeit des Fahrzeuges gesteuert werden und das Schwungrad liefert die nötige Energie zur Beschleunigung bzw. für die vom Fahrzeugführer gewünschte GeschwindigkeitBy depressing a pedal 60, the transmission ratio is reduced and when it is released of the pedal 60, this ratio is increased. The speed of this change in the gear ratio determines the acceleration of the vehicle. The position of the pedal 60 thus determines the speed of the vehicle, relative to the Speed of the flywheel. With this system, the speed of the The vehicle can be controlled and the flywheel provides the necessary energy for acceleration or for the speed desired by the driver

Wenn das Fahrzeug beim Zurücknehmen des Pedales verzögert wird, wird die frei werdende Energie durch das Schwungrad 38 absorbiert und unter normalen üblichen Fahrbedingungen ist deshalb die Benutzung der Bremse nicht mehr nötig. Diese Energiespeicherung bringt eine merkliche Kraftstoffersparnis mit sich, vor allem bei Stadtfahrten. Die Bremsen werden nur für den Notfall benötigt wenn schnelle Bremsungen gewünscht werden.When the vehicle is decelerated when you take the pedal back, the energy released is carried through the flywheel 38 absorbs and is therefore out of use under normal normal driving conditions the brake is no longer necessary. This energy storage brings with it a noticeable fuel saving especially when driving around town. The brakes are only required for emergencies when rapid braking is required will.

Zusätzlich ist noch ein Elektromotor 61 vorgesehen, der koaxial zur Antriebswelle 28 angeordnet ist und durch welche diese Antriebswelle 28 antreibbar ist, wenn der Motor 20 nicht wirksam ist. Über eine elektrische Verbindung 62 kann eine elektrische Verbindung mit dem Haushalts-Netz hergestellt werden. Bei einer derartigen elektrischen Verbindung wird die Antriebswelle 28 unabhängig davon, ob der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Motor 20 in Betrieb ist oder nicht, angetrieben.In addition, an electric motor 61 is also provided, which is arranged coaxially to the drive shaft 28 and by which this drive shaft 28 can be driven when the motor 20 is not in operation. Over a electrical connection 62, an electrical connection to the household network can be established. With such an electrical connection, the drive shaft 28 is independent of whether the as Internal combustion engine trained engine 20 is in operation or not, driven.

Das Schwungrad arbeitet zur Herabsetzung der Luftreibungsverluste in einer verdünnten Atmosphäre. Die Vakuumkammer 40 kann durch eine Pumpe evakuiert werden, die über die Antriebswelle 28 angetrieben wird. Alternativ kann dann, wenn das Schwungrad 38 kontinuierlich rotieren soll, diese Evakuierung durch eine kleine elektrisch betriebene Pumpe erfolgen, die über die Batterie angetrieben ist.The flywheel works to reduce air friction losses in a dilute atmosphere. The vacuum chamber 40 can be evacuated by a pump which is operated via the drive shaft 28 is driven. Alternatively, if the flywheel 38 is to rotate continuously, it can Evacuation is done by a small electrically operated pump that is powered by the battery.

Eine ständige Drehung des Schwungrades 38 zusammen mit der Welle 37 würde hohe Leckverluste an der Dichtung 44 bedeuten, wenn diese Dichtung genügend eng ausgebildet ist, um die verdünnte Atmosphäre innerhalb der Vakuumkammer 40 aufrechtzuerhalten. Daher ist die Trennkupplung 39 vorgesehen, die beispielsweise von einfacher Flachbauweise ist. Die Trennkupplung 39 trennt im ausgerückten Zustand und ermöglicht eine kontinuierliche Drehung des Schwungrades ohne gleichzeitige Mitdrehung der Welle 37 und damit auch vollständig unabhängig von dem Motor 20 bzw. der Abtriebswelle 28. Wenn das System zum Antrieb geschaltet werden soll, wird die Trennkupplung 39 eingerückt, bevor das Getriebe 15 betätigt wird. Wenn die Trennkupplung 39 ausgerückt ist, kann das Fahrzeug unmittelbar vom Motor 20 angetrieben werden. Ein derartiger unmittelbarer Antrieb ist beispielsweise dann möglich, wenn das Schwungrad 38 ausgefallen oder beschädigt ist oder stillstehend ist oder wenn es eine zu geringe Drehzahl für einen Antrieb besitzt. In solchen Fällen wird das Fahrzeug wie ein übliches Auto bedient und betrieben. Für solche Fälle ist ein getrennt von Hand betätigbarer Hebel vorgesehen, durch den das Drosselventil des Motors steuerbar ist und durch welchen die automatische Steuerung in Abhängigkeit vom Schwungrad abgeschaltet wird.A constant rotation of the flywheel 38 together with the shaft 37 would result in high leakage losses on the seal 44 mean when this seal is made sufficiently tight to the thinned Maintain atmosphere within the vacuum chamber 40. Therefore, the disconnect clutch is 39 provided, which is for example of simple flat design. The clutch 39 separates in the disengaged State and enables a continuous rotation of the flywheel without simultaneous rotation of the Shaft 37 and thus also completely independent of the motor 20 or the output shaft 28. If that If the system is to be switched to the drive, the separating clutch 39 is engaged before the transmission 15 is operated. When the disconnect clutch 39 is disengaged, the vehicle can be operated directly from the engine 20 are driven. Such a direct drive is possible, for example, if that Flywheel 38 has failed or is damaged or has stopped or if it is rotating too low for a drive owns. In such cases, the vehicle is operated and operated like a normal car. For such cases, a separately manually operable lever is provided through which the throttle valve of the Motor is controllable and through which the automatic control depending on the flywheel is switched off.

Die Welle 32 ist auch noch mit einem verzahnten Fortsatz 32a versehen, an welchem eine äußere Energiequelle in einer Wartungsstation od. dgl. für Notfälle angebracht werden kann.The shaft 32 is also provided with a toothed extension 32a, on which an outer Energy source in a maintenance station or the like. Can be attached for emergencies.

Teile der Beschreibung, die nicht den in den Ansprüchen niedergelegten Erfindungsgedanken betreffen, dienen nur zur Erläuterung.Parts of the description that do not relate to the inventive concept laid down in the claims, are for explanatory purposes only.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement of a power (vehicle drive with a flywheel, which is rotatably mounted in a vacuum chamber and via one of the Vacuum chamber led out shaft and a separating clutch with the change gear of the Vehicle and is connected to its drive motor, characterized in that the Separating clutch (39) is arranged within the vacuum chamber (40).

2. Arrangement of a motor vehicle drive according to claim 1, characterized in that the vacuum chamber (40) about a horizontal axis running transversely to the vehicle longitudinal axis with respect to the Vehicle is mounted tiltable to a limited extent (ball 50, grooves 51 and 52).