DE2548513A1

DE2548513A1 - Hydraulischer fahrzeugantrieb

Info

Publication number: DE2548513A1
Application number: DE19752548513
Authority: DE
Inventors: Gene D Gilbert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-29
Filing date: 1975-10-29
Publication date: 1976-05-06
Also published as: GB1520515A; JPS5162255A; US3948047A; IT1047513B

Description

Anmelder: Gene D. Gilbert, Phoenix, Arizona, USA

Hydraulischer Fahrzeugantrieb

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Fahrzeugantrieb, insbesondere eine Turbomaschine.

Bekannte hydraulische Fahrzeugantriebe finden nur in Nutzfahrzeugen für kleine Arbeitsleistung Verwendung. Bei einem bekannten Fahrzeugantrieb dieser Art finden ein Antriebsmotor, eine Getriebepumpe und ein hydraulischer Flügelmotor Verwendung, der zum Antrieb der Räder dient. Zwischen der Pumpe und dem Motor sind Ventile zur Steuerung der Drehzahl und der Arbeitsrichtung angeordnet. Kompliziertere Systeme dieser Art sind hydrostatische Transmissionsantriebe, die aufeinander abgestimmte Komponenten enthalten, um die gewünschten Betriebseigenschaften zu erzielen. Bei hydrostatischen Antrieben können konstante oder veränderliche Drehmomente oder/und Leistungen vorgesehen werden. Je nach dem schließlichen Verwendungszweck können Drehmomentbereiche hydrostatischer Transmissionsbetriebe ebenfalls geändert werden. Beispielsweise ist der Drehmomentbereich eines hydrostatischen An-

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triebs für Automobile im allgemeinen klein, während ein großer Drehmomentbereich für Nutzfahrzeuge wie Autobagger vorgesehen' wird.

Obwohl hydrostatische Transmissionsantriebe der beschriebenen Art hinsichtlich eines großen Betriebsbereichs Vorteile aufweisen, besteht dabei der Nachteil, daß verhältnismäßig komplizierte Komponenten wie Kolbenpumpen und Motoren veränderlicher Fördermenge und komplizierte Ventilsteuerungen erforderlich sind, um Druckkompensationen und Durchflußsteuerungen zu ermöglichen.

Es sind ferner bereits vereinfachte hydraulische Fahrzeugantriebe bekannt» die einen turbinenartigen hydraulischen Motor enthalten (JJS-BS 2 468 828) . Es sind auch pneumatische Fahrzeugantriebe bekannt, bei denen eine Turbine mit einem Flügelläufer verwandt wird (üS—PS 3 379 OO8) » bei denen der Antrieb durch Druckluft erfolgt. In beiden Fällen besitzen die Turbinen eine herkömmliche Konstruktion, wobei das pneumatische oder hydraulische Druckmittel beim Auftreffen auf eine Schaufel Impulse ausübt, um die Turbine zu drehen. Derartige Turbomaschinen haben jedoch bisher keine praktische Bedeutung erlangt.

Durch die Erfindung soll ein hydraulischer Fahrzeugantrieb mit einem verbesserten Turbinenläufer geschaffen werden- Ein hydraulischer Fahrzeugantrieb gemäß der Erfindung enthält als Pri— märantrieb eine durch einen Elektromotor, einen Verbrennungsmotor oder dergleichen angetriebene hydraulische Pumpe. Der Ausgang der Pumpe ist über ein Wechselventil mit einer Läufereinheit verbunden. Der Läufer weist entlang seinem Umfang eine Anzahl von Hohlräumen auf. Zwei Ventilplatten arbeiten entgegengesetzt mit den Hohlräumen zusammen, um aufeinanderfolgend die Hohlräume abzudichten. Wenn ein Hohlraumabschnitt fluchtend mit einer Ventilplatte dicht abgeschlossen wird, gelangt Druckmittel durch ein geeignet ausgerichtetes Mundstück in den Hohlraum, um den Läufer durch Reaktionskräfte anzutreiben. Diametral gegenüberliegende Hohlräume werden abwechselnd unter Druck gesetzt, so daß der Läufer entgegengesetzt gerichtete Antriebskräfte erfährt. Der Läufer ist mit

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einer Welle verbunden, die ihrerseits direkt mit der Antriebsachse des Fahrzeugs oder vorzugsweise über ein übliches automatisches oder manuell betätigbares Transmissionsgetriebe verbunden ist, um eine Änderung von Drehzahl und Drehmoment und eine Reversibilität der Arbeitsweise zu ermöglichen.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind deshalb darin zu sehen, daß der Läufer gegenüberliegend angeordnete Ventilplatten aufweist, die abwechselnd mit Hohlräumen entlang dem Umfang des Läufers fluchten, um Druckkammern abzudichten. Durch das Wechselventil wird abwechselnd Druckmittel derjenigen Druckkammer zugeführt, die mit einer Ventilplatte fluchtet.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Fahrgestell eines Fahrzeugs mit einem hydraulischen Fahrzeugantrieb gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Fahrzeugantriebs gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch die Läufereinheit des hydraulischen Fahrzeugantriebs gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3; und

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt durch die Läufereinheit in Fig. 3 und 4.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft ein übliches Fahrgestell 10 mit gegenüberliegenden Rahmenteilen 11, 12. An dem Fahrgestell 10 sind Vorderräder 14 lenkbar gelagert. Hinterräder 15 werden über Hinterachsen durch ein Differentialgetriebe 17 und eine Antriebswelle 18 angetrieben. Der Primärantrieb kann beispielsweise über einen Elektromotor 20 erfolgen. Vorzugsweise sind mehrere Batterien 19 für den Motor 20 vorgesehen, so daß mit Hilfe einer Nachweiseinrichtung diejenige Batterie an den Motor angeschlossen wird, die die größte Spannung

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hat. Die andere Batterie dient als Hilfsbatterie. Ein an sich bekanntes Aufladesystem enthält einen Generator 21 und einen Spannungsregler 23, wie in Fig. 2 schematise!! dargestellt ist.

Die Abtriebswelle 25 des Elektromotors 2 G ist mit der Eingangswelle einer hydraulischen Pumpe 31 gekoppelt» Die Pumpe 31 kann direkt mit des Elektromotor gekuppelt sein oder Ober einen Bandantrieb, um eine geeignete Übersetzung etc. zu ermöglichen. Die hydraulisciae Paispe 31 ist eine Verdrängerpuiape und kaim eine Flügelpumpe, Getriebepumpe oder Kolbenpumpe etc. sein. Vorzugsweise besitzt die Pumpe 31 eine festliegende Fördermenge. Der Pumpenausgang der hydraulischen Pumpe 31 ist über eine Leitung 33 mit einem Steuerventil 35 verbunden. Das Steuerventil 35 ist über eine Leitung 36 mit einem Wechselventil 38 verbanden. Parallele hydraulische Leitungen 40, 41 verbinden die Ausgänge des Wechsel ventil s 38 salt den gegenüberliegenden Seiten einer Läufer— einheit 45. Eine Rückführleitung 46 steht mit dem Sumpf in der Laufereinheit 45 und mit der Pumpe 31 in Verbindung. Ein Wärmetauscher 22 dient zur Kühlung der hydraulischen Flüssigkeit. Ein Entspannungsventil 24 dient Schutzzwecken und leitet die Pumpenförderung zu dem Vorratsbehälter um, um den Druck auf einen vorherbestimmten maximalen Wert zu begrenzen.

Die Läufereinheit 45 ist an dem Fahrgestell IO mit einem Querträger 48 befestigt. Die Abtriebswelle 52 der Läufereinheit 45 erstreckt sich in axialer Richtung in dem Fahrgestell 10 und trägt am einen Ende einen Flansch 54. Der Flansch 54 kann direkt mit der Abtriebswelle 18 oder vorzugsweise über ein Schwungrad damit verbunden sein. Ein an sich bekanntes Normalgetriebe oder automatisches Getriebe 51 ist vor dem Differentialgetriebe 17 vorgesehen. Die Welle 52 ist an ihren beiden Enden mit Lagern 55 auf dem Fahrgestell 10 gelagert. An der Welle 52 ist eine Rolle 56 angeordnet, die über ein Band 57 mit dem Generator 21 verbunden ist, sowie gegebenenfalls mit zusätzlichen Hilfseinrichtungen. Eine weitere Rolle dient zum Antrieb von sonstigen Hilfseinrichtungen des Fahrzeugs.

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Wie aus Fig. 3-5 ersichtlich ist, besteht die Läufereinheit 45 aus einem Gehäuse 58 mit gegenüberliegenden parallelen Seitenplatten 63 und 64 und einer Umfangswand 79. Diese Gehäuseteile sind durch Flanschverbindungen mit Schraubenbolzen 61 aneinander befestigt. Die Welle 52 erstreckt sich durch die Seitenplatten 63 und 64 und ist darin in Antifrxktionslagern 60 gelagert. Dichtungen 62 verhindern einen Austritt von Druckflüssigkeit entlang der Welle 52 aus dem Innenraum des Gehäuses 58.

In dem Gehäuse 58 ist ein Turbinenläufer 65 angeordnet. Die Nabe 68 des Läufers 65 ist mit der Welle 52 mit einer Keilverbindung 69 verkeilt. Ein Randteil 71 ragt von einem radialen Ring 67 vor. In dem Randteil 71 sind gleich ausgebildete tassenförmige Hohlräume 70 vorgesehen. Diese Hohlräume werden durch gegenüberliegende Wände 76 und 77 begrenzt. Der Läufer 65 kann gegossen oder durch einen Block mit spanabhebender Bearbeitung hergestellt sein, oder es können auch gegenüberliegende kreisförmige Seitenstücke an einem entsprechend ausgebildeten peripheren Glied befestigt werden, um die Hohlräume zu bilden.

Die bevorzugte Ausbildung der einzelnen Hohlräume 72 ist am besten aus Fig. 3 ersichtlich. Jeder Hohlraum wird durch eine Wand 76 begrenzt, die sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckt und eine Wand 77, die einen Winkel von etwa 30 bis 60 mit der Wand 76 bildet. In die Hohlräume erstrecken sich ein oder mehrere Flügel 78, die von der Wand 77 vorragen können. Die Flügel 78 sind vorzugsweise gewölbt ausgebildet.

An gegenüberliegenden Stellen des Gehäuses 58 sind Ventilplatten 84, 85 angeordnet. Jede der Ventilplatten hat eine gewölbte Innenfläche 88, die radial nach innen vorragt und gegen die Spitzen der Läuferflügel abdichtet. Die periphere Länge der .Ventilplatten 84 und 85 entspricht etwa dem peripheren Abstand zwischen benachbarten Läuferspitzen. Die Ventilplatten sind derart angeordnet, daß jede Platte vollständig einen Hohlraum 70 abdichtet, um eine geschlossene Druckkammer 72 zu bilden, wenn ein Hohlraum mit der Platte fluchtet. Es ist eine ungerade Anzahl von Hohl-

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räumen 70 entlang dem Umfang des Läufers vorgesehen, so daß beim Abdichten einer Kammer 72 unter einer Ventilplatte die diametral gegenüberliegende Kammer nicht mehr mit der gegenüberliegenden Ventilplatte fluchtet. Wenn deshalb ein Hohlraum mit einer Ventilplatte fluchtet, dichtet die Innenfläche 88 mit vorstehenden Teilen 98 die Druckkammer ab. Sobald ein Hohlraum nicht mehr mit einer Ventilplatte fluchtet, wird durch einen peripheren Spielraum 104 und einen seitlichen Spielraum 95 ein Abfluß der Druckflüssigkeit aus den Hohlräumen in den Sumpf 66 ermöglicht.

Zur zeitlichen Steuerung sind Schlitze in den beiden Ventilplatten 84, 85 vorgesehen, so daß die Ventilplatten in Umfangsrichtung relativ zu dem Gehäuseteil 79 einjustiert werden können. Die Ventilplatten sind mit Schraubenbolzen 102 an dem Gehäuseteil 79 befestigt.

Wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist eine verschiebbare Platte 92 an jeder der beiden Ventilplatten 84, 85 befestigt. Die verschiebbare Platte 92 ist mit Fuhrungsschlitzen 94 versehen, in die jeweils ein Bolzen 93 ragt, so daß eine Einjustierung dieser verschiebbaren Platten in Umfangsrichtung erfolgen kann. In der Platte 92 ist eine schräg verlaufende Gewindebohrung vorgesehen, in die ein Mundstück 96 für die Zufuhr von Druckflüssigkeit eingeschraubt ist. Die Austrittsöffnung des Mundstücks 96 ragt in einen Schlitz 97 in der darunter liegenden Ventilplatte vor. Mit einem Anschlußstück 99 ist das Mundstück mit der betreffenden Zuführleitung 40 bzw. 41 verbunden. Das Mundstück 96 ist gegen die Wand 77 des jeweiligen Hohlraums 70 gerichtet. Das Mundstück 96 kann auch verschwenkbar angeordnet werden, so daß der Austrittswinkel einjustiert werden kann.

Die Leitungen 40, 41 sind mit den Mundstücken 96 an gegenüberliegenden Seiten der Läufereinheit 45 und mit den Auslassen des Wechselventils 38 (Fig. 2) verbunden. Das Wechselventil 38 setzt wahlweise die Leitungen 40 und 41 unter Druck, so daß Druckflüssigkeit dem betreffenden durch eine Ventilplatte abgeschlosse-

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nen Hohlraum 70 zugeführt wird, um eine abgedichtete Druckkammer 72 auszubilden. Das Wechselventil 38 kann in an sich bekannter Weise ausgeführt sein, um eine Polgesteuerung zwischen den beiden Zweigleitungen zu ermöglichen. Dieses zur Folgesteuerung dienende Ventil kann ein rotierendes Ventilglied enthalten, das wahlweise Druckflüssigkeit einer der beiden Zweigleitungen zuführt. Dieses rotierende Glied kann durch einen elektrischen Taktgeber gesteuert werden. Dieses Ventil kann auch eine andere Konstruktion besitzen, welche eine derartige Folgesteuerung ermöglicht. In Abhängigkeit von einem vorherbestimmten Druck kann die vorspannende Kraft einer Feder in dem Ventil überwunden werden, um einen Schieber derart zu verschieben, daß die eintretende Druckflüssigkeit abwechselnd zu dem betreffenden Auslaß gelangt.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Zunächst wird der Elektromotor 20 durch Betätigung eines Schalters erregt. Dadurch wird die hydraulische Pumpe 31 betätigt, so daß an deren Auslaß ein entsprechender Druckanstieg auftritt. Beispielsweise mit Hilfe eines Steuerhandgriffs kann der Fahrer das Steuerventil 35 so verstellen, daß dem Wechselventil 38 Druckflüssigkeit zugeführt wird. Das Wechselventil 38 bewirkt, daß Druckflüssigkeit abwechselnd der Leitung 41 bzw. 40 zugeführt wird, um Druckmittel im Bereich der beiden gegenüberliegenden Ventilplatten 84, 85 zuzuführen. Die der betreffenden Druckkammer 72 zugeführte Druckflüssigkeit trifft auf deren Wand 77 auf, so daß der Läufer im Uhrzeigersinn in Fig. 3 angetrieben wird. Zusätzlich bewirkt der statische Druck in der Druckkammer eine Antriebskraft auf den Läufer in derselben Richtung. Durch die kleinen Flügel 78 wird eine Turbulenz in der betreffenden Druckkammer verhindert. Wenn bei der Drehung des Laufrads die unter der Ventilplatte 84 abgedichtete Druckkammer von der Ventilplatte nicht mehr abgedichtet wird, kann die Druckflüssigkeit entlang dem peripheren Zwischenraum 104 und den seitlichen Zwischenräumen 95 in den Sumpf 66 in dem Gehäuse austreten. Gleichzeitig wird eine Druckkammer an der gegenüberliegenden Seite des Laufrads unter der Ventilplatte 85

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abgedichtet, Das Wechselventil 38 liefert dann Druckflüssigkeit durch die Leitung 41» um die mit der Ventilplatte 85 fluchtende DrucJckanauer unter Druck zu setzen. Diese wahlweise Betriebsweise wird fortgesetzt und ergibt bei einem "kontinuierlichen Antrieb das Antriebsdrehmoment für die Welle 52 zum Antrieb des Fahrzeugs, Deshalb wird das Laufrad an gegenüberliegenden Stellen in Umfangsrichtung durch die abwechselnde Zufuhr von Druckflüssigkeit iffi Bereich der beiden Ventilplatten angetrieben- Die sich in dem Sumpf 66 in dem Gehäuse 58 ansammelnde Druckflüssigkeit wird zu der Pumpe 31 über die Leitung 46 zurückgeleitet. Dabei erfolgt eine Kühlung in dem Wärmetauscher 22. Ein Vorteil eines derartigen Fahrzeugantriebs ist auch darin zu sehen, daß dieser selbstschmierend ist, weil durch, die Druckflüssigkeit selbst eine Verringerung der Reibung und des Abriebs zwischen den Ventilplatten und dem Laufrad bewirkt wird.

Ein weiterer Vorteil eines derartigen Fahrzeugantriebs ist darin zu sehen, daß das Laufrad eine beträchtlicheRotationsenergie abgibt. Ein derartiger Fahrzeugantrieb kann in Verbindung mit üblichen Fahrzeugen angewandt werden und ist auch gut für Nutzfahrzeuge und Spie!fahrzeuge wie Golfkarren geeignet. Die Komponenten des Antriebs können so ausgebildet werden, daß ein unterschiedliches Drehmoment und unterschiedliche Drehzahlen erzielt werden können. Ein derartiges System besitzt eine verhältnismäßig einfache Konstruktion mit einem Minimum an sich bewegenden Teilen und kann deshalb verhältnismäßig einfach an die Anlagen betreffender Fahrzeuge angepaßt werden. Ein Transmissionsgetriebe ist nicht unbedingt erforderlich, da das Schwungrad direkt mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs oder der Antriebswelle vor dem Differentialgetriebe verbunden werden kann. Drehzahländerungen können mit Hilfe des Drosselventils oder Steuerventils eingestellt werden.

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Claims

25A851 3 -9- 28. Okt. 1975 E/Ei G-3795 Patentansprüche

1.' Hydraulischer Fahrzeugantrieb mit einem durch Druckflüssigkeit beaufschlagten Laufrad, gekennze ichnet durch ein an die Druckmittelquelle angeschlossenes Wechselventil (38) mit zwei Auslassen und einer Einrichtung zur abwechselnden Zufuhr von Druckflüssigkeit an die beiden Auslässe, durch einen drehbar in einem Gehäuse (58) angeordneten Läufer (45) mit in Umfangsrichtung vorgesehenen Hohlräumen (70), durch eine mit dem Läufer verbundene Abtriebswelle (52), durch gegenüberliegend angeordnete Ventilplatten (84, 85), um abwechselnd damit fluchtende Hohlräume (70) zu Druckkammern (72) abzudichten, durch jeweils ein der betreffenden Ventilplatte (84, 85) zugeordnetes Zuführmundstück (96), durch das Druckmittel gegen den Läufer (45) gerichtet wird, und durch das Wechselventil (38) mit den Zuführmundstücken (96) verbindende Leitungen (40, 41), über die abwechselnd ein Druck in der betreffenden abgedichteten Druckkammer (72) aufgebaut wird, um den Läufer (45) anzutreiben.

2. Hydraulischer Fahrzeugantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet , daß die Hohlräume (70) durch eine im wesentlichen radiale Wand (76) und eine diese in einem Winkel von etwa 30-60 schneidende zweite Wand (77) begrenzt sind.

3. Hydraulischer Fahrzeugantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventilplatten (84, 85) und die zugeordneten Zuführmundstücke (96) in Umfangsrichtung relativ zu dem Gehäuse (58) einjustierbar sind, um die Arbeitsweise des Läufers zu steuern.

4. Hydraulischer Fahrzeugantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Äbtriebswelle (52) eine Einrichtung zur Kupplung mit einer Antriebswelle des Fahrzeugs aufweist, und daß an der Abtriebswelle (52) zumindest eine Übertragungseinrichtung für einen Hilfsantrieb vorgesehen ist.

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