DE2748455A1

DE2748455A1 - Hydro-rotationsmaschine

Info

Publication number: DE2748455A1
Application number: DE19772748455
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Power Train Inc
Current assignee: Power Train Inc
Priority date: 1977-01-13
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1978-07-20
Also published as: US4148249A; AU1819076A

Description

Patentanwalt DIPL-PHYS. DR. W. LANGHOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF* MÜNCHEN SI - WISSMANNSTRASSE 14 TELEFON 93 27 74 - TELEGRAMMADRESSE: LANGHOFFPATENT MUNCI-UN

München, den 27.10.1977 Unser Zeichen : U? - 16 86

Patentanmeldung der Firma

Power Train, Inc., 3665 South 300 West, Salt Lake City, Utah, USA Hydro-Rotationsuiaschine

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■ Standieer allgemeiner Vertreter nach 9 46 PatAnwO. xueataunen bat dan Landgarlctitan München I und N.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hydro-- Rotationsmas chine mit einem eine vordere und eine hintere Stirnwand aufweisenden, einen zentralen Hohlraum umgrenzenden Gehäuse und mit einem in dem Hohlraum umlaufenden und auf einer Welle sitzenden Rotor.

Rotationspumpen und -motoren sind seit langem bekannt. Sie umfassen im allgemeinen einen Stator sowie einen Rotor und verwenden entweder bewegliche Flügel oder Kolben, um ein durch die Maschinen laufendes Fluid zu komprimieren bzw. von diesem angetrieben zu werden.

Aus der US-PS 1 156 816 ist beispielsweise eine Rotationsmaschine bekannt, die sowohl als Pumpe als auch als Motor arbeitet. Bei dieser werden Flügel von einem Rotor getragen und dienen dazu» ein durch die Maschinen strömendes Fluid zu komprimieren bzw. von diesem angetrieben zu werden. Derartige Maschinen mit Flügeln wurden bisher zwar verwendet, haben sich jedoch bei hohen Drücken von beispielsweise 300 bar als nicht zufriedenstellend erwiesen.

Aus der US-PS 2 16U 888 ist eine Rotationsmaschine bekannt, die hin- und hergehende Kolben verwendet. Diese Patentschrift beschreibt eine Pumpe mit variabler Verdrängung, bei der sich die Kolben innerhalb eines angelenkten Steuerringes hin- und herbewegen. Durch eine zentrale axiale Durchtrittsanlage gelangt Fluid in die Zylinderräume und wieder aus diesen heraus. Die Stellung des Steuerringes wird durch eine Schraube und eine gegenüberliegende vorgespannte Buchse geregelt. Auf der Schraube ist ein Steuerknopf vorgesehen und mit einer Einteilung versehen, so daß eine zentrale Stellung des Steuerringes in dem Maschinengehäuse festgestellt werden kann. Durch Drehen des Knopfes mit der Schraube wird dann der Steuerring in eine Stellung außerhalb der Mittelstellung bewegt. Die Fluidströmungsrichtung durch die Pumpe wird dadurch bestimmt, an welche Seite von der Wellenmitte der Ring verschoben worden ist. Die Entfernung des Steuerringes nach der einen oder der anderen Seite von der Mittelstellung bestimmt die volumetrische Strömung durch die Pumpe.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationsmaschine zu schaffen» die sowohl als Pumpe als auch als Motor verwendbar und von Pumpen- auf Motorbetrieb umschaltbar ist, bei der die Strömungesteuerung bei Pumpen- oder Motorbetriebsart veränderbar ist und bei der der Volumenfluß leicht eingestellt werden kann. Die Rotationsmaschine nach der Erfindung soll kostengünstig herzustellen und leicht zusammenzubauen sein und bei Pumpen- oder Motorbetriebsart einen ausbalancierten Rotor umfassen, wodurch die Abnutzung auf ein Minimum reduziert und die Lebenserwartung der Maschine erhöht wird, während gleichzeitig eine axial befestigte zentrale Zufuhr- bzw. Abgabewelle beibehalten wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist ausgehend von der eingangs beschriebenen Hydro-Rotationsmaschine gegeben durch einen in dem Hohlraum sitzenden, exzentrisch gelagerten, verstellbaren Steuerring, durch eine Anzahl radial verlaufender Zylinderbohrungen in dem Rotor, die sich bis an dessen Umfang erstrecken, durch je einen von jeder Zylinderbohrung bis an eine Stirnfläche des Rotors durchgehenden Kanal, die sämtlich in derselben Entfernung von der Achse des Rotors liegen, durch einen Kolben in jeder Zylinderbohrung, wobei die Kolben durch Zentrifugalwirkung an dem Steuerring anliegen, durch eine axial bewegliche AnordnungdesRotors auf der Welle, durch ein Paar diametral im Abstand voneinander liegender Fluidöffnungen in einer Stirnwand, die jeweils in einen bogenförmigen Schlitz münden, welche Schlitze mit den Kanälen fluchten, und durch eine jeder Fluidöffnung gegenüberliegende Druckkompensationeeinrichtung, die den an jeder Fluidöffnung herrschenden Druck auf beide Stirnflächen des Rotors einwirken läßt«

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Die Erfindung ist nachstehend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer Rotationsmaschine

nach der Erfindung, wobei das vordere Gehäuseteil, der Rotor und die Schubplatte zur besseren Darstellung der innen liegenden Bauteile teilweise weggebrochen sind;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1, und

Fig. 3 eine scheinatische Ansicht eines die Rotationsmaschine nach der Erfindung verwendenden Fahrzeugantriebesystems.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform zeigt eine Rotationsmaschine 10 nach der Erfindung. Sie umfaßt eine vordere Gehäusestirnplatte 11, einen Rotor 13, eine Schubplatte IU und eine hintere Gehäusestirnplatte 15.

Ein Ende einer Welle 16 liegt in einem Lager 17, das in einer hierfür in der vorderen Gehäusestirnplatte 11 vorgesehenen Aussparung 18 angeordnet ist und ist über ein zweites Lager 19 durch die hintere Gehäusestirnplatte 15 gelagert. Der Rotor ist an der Stelle 20 mit der Welle IS verkeilt und ist entlang dieser leicht beweglich, während er sich mit ihr dreht. Zur Begrenzung der Axialbewegung des Rotors an der Welle sind zu beiden Seiten des Rotors 13 Unterlegscheiben 21 an der Welle vorgesehen, die durch in Nuten 2 3 in der Welle befestigte Federringe 22 an der richtigen Stelle gehalten werden.

An gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie durch die Welle sind zwei Fluidöffnungen 2U und 25 angeordnet und erstrecken sich durch die vordere Gehäusestirnplatte und enden in gekrümmten Schlitzen 26 bzw. 27 an der Innenseite der vorderen Gehäusestirnplatte .

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Der Rotor 13 weist mehrere radiale Zylinder 28 auf» die entlang seinem Umkreis gebildet sind und sich in ihn hineinerstrecken. Jeder Zylinder 28 wird von einem Durchbruch 29 durch eilte Rotorseite durchschnitten. Diese Durchbrüche 29 sind länglich und gebogen und bilden gebogene Schlitze. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform sind elf Zylinder 28 und DurchbrUche 29 vorgesehen, es können jedoch sowohl weniger als auch mehr Zylinder und Durchbrüche vorgesehen sein. Da sie identisch ausgebildet sind, sind in der Zeichnung lediglich jeweils zwei dargestellt.

In jedem Zylinder 28 bewegt sich ein Kolben 30 hin und her. Jeder Kolben ist mit einem Kugelkopf 31 versehen, der an einem sich bis außerhalb des Zylinders erstreckenden Endbereich gebildet ist. An jedem Kugelkopf 31 ist mithilfe eines Ansatzes 32a eine Kugelpfanne angebracht. Diese weist außer ihrem Ansatz 32a einen Mitnehmer 33 auf, der gebogen ist und der Innenkurve eines Steuerringes 34 entspricht, sowie nach außen vorstehende Flansche 35 und 36, die von die Kugelpfanne umgebenden Ringen 37 bzw. 38 ergriffen werden können.

Der Steuerring 34 bildet einen Ring um den Rotor 13 sowie die von ihm getragenen Kolben 30 und Kugelköpfe 31 und ist tangential durch einen Schwenkzapfen 39 angebracht, der sich durch den Steuerring erstreckt und dessen Enden in Lagern 40 bzw. 41 ruhen, die in dafür in der vorderen bzw. hinteren Gehäusestirnplatte 11 bzw. 15 vorgesehenen Offnungen angebracht sind.

Die die Kugelpfanne umgebenden Ringe 37 und 38 sind lose in dem Steuerring angebracht und weisen Flansche 42 und 43 auf, die sich bis über die Flansche 35 und 36 erstrecken und die Hitnehmer 33 zwischen dem Steuerring 34 und den Flanschen 42 und 43 gleitend halten.

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Der Steuerring befindet sich innerhalb eines größeren ringförmigen Gehäusemittelteils 44, und durch die vordere Gehäusestirnplatte 11 und das ringförmige Gehäusemittelteil 44 eingesetzte Schrauben 45 werden in der hinteren Gehäusestirnplatte 15 verschraubt, um vordere Gehäusestirnplatte, ringförmiges Gehäusemittelteil und hintere Gehäusestirnplatte miteinander zu verbinden. Dadurch wird erreicht, daß der Steuerring innerhalb des ringförmigen Gehäusemittelteils von einer Seite zur anderen schwingen kann, wie nachstehend noch erläutert wird.

In jedem Kolben 30 ist eine öffnung 46 vorgesehen, welche mit einer öffnung 47 in der Kugelpfanne in Verbindung steht, so daß Druck im Zylinder durch die beiden öffnungen zur Stirnseite des Mitnehmers 33 und zwischen Mitnehmer und Steuerring 34 gelangt.

Die Schubplatte 14 umhüllt die Welle 16 und paßt flach in eine hierzu in dem Rotor 13 vorgesehene Aussparung 48. Die Schubplatte kann von einer Andruckeinrichtung beaufschlagt werden entgegengesetzt zum Drzck der in die Zylinder und aus ihnen heraus fließenden Flüssigkeit.

Diese SchubplattenandrUckeinrichtung besteht aus einem Kolbenpaar 49 (es ist jedoch lediglich ein Kolben in Fig. 2 dargestellt), welches in im Abstand angeordneten Bohrungen 50 (von denen nur eine dargestellt ist) liegt, die hierfür in der hinteren Gehäusestirnplatte vorgesehen sind. Die Bohrungen 50 sind so angeordnet, daß die durch die Kolben erzeugte Kraft der an der Fluidöffnung angelegten Kraft entgegengesetzt ist, und sie liegen den Enden der gekrümmten Schlitze 26 gegenüber. In gleicher Weise liegt ein zweites Kolbenpaar 51 (wobei lediglich ein Kolben gestrichelt dargestellt ist) in im Abstand angeordneten Bohrungen 52 (von denen nur eine gestrichelt dargestellt ist), die hierfür in der hinteren Gehäusestirnplatte vorgesehen sind. Die Bohrungen 52 sind so angeordnet, daß die durch die Kolben darin erzeugt« Kraft der an der Fluidöffnung 25 angelegten Kraft entgegengesetzt

ist

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Zur Aufnähme eines Endes einer Feder 54 sind die Kolben H9 und 50 an der Stelle 53 mit einer Ausnehmung versehen, und das andere Ende der Feder stößt an das Ende der Bohrung an, in welcher der Kolben liegt. Zur Aufnahme eines an der schubübertragenden Pfanne 57 gebildeten konvexen Vorsprungs 56 ist jeder Kolben an der Stelle 55 an dem der Feder 54 gegenüberliegenden Ende konkav gestaltet. Die so zwischen Kolben und Kugelpfanne gebildete Anordnung aus Kugelkopf und Ansatz gewährleistet, daß ein Flansch 58 an einer Seite der Kugelpfanne in allen Stellungen und bei Bewegung der Schubplatte mit dem Rotor mit der Schubplatte fluchtet.

Ein in jeder schubübertragenden Pfanne vorgesehener Durchtritt 59 fluchtet mit einem Durchtritt 60 in dem Kolben und verbindet die innerhalb des Flansches 58 liegende Seite jeder Pfanne mit der Aussparung 53, in welcher an der Rückseite jedes Kolbens die Feder 5>» liegt.

öffnungen 61 in der hinteren Gehäusestirnplatte verbinden über Offnungen in dem ringförmigen Gehäusemittelteil und Offnungen 63 in der vorderen Gehäusestirnplatte die hinter den Kolben U9 liegenden Bohrungen 50 mit den Fluidöffnungen 24. In gleicher Weise verbinden Offnungen 64 in der hinteren Gehäusestirnplatte die hinter den Kolben 51 liegenden Bohrungen 52 über den ringförmigen Gehäusemittelteil, die Offnungen 66 in der vorderen Gehäusestirnplatte und der Fluidöffnung 25 mit den Offnungen

An dem ringförmigen Gehäusemittelteil sind Stellglieder 70 und 71 mittels Schrauben 72 befestigt und bilden eine Einrichtung, durch die der Steuerring 34 um den Schwenkzapfen 39 geschwenkt werden kann.

Diese Stellglieder können entweder - wie in der US-PS 2,164,888 beschrieben - mechanisch arbeiten oder sind vorzugsweise fluidbe tätigt, wie nachstehend noch beschrieben wird. In beiden Fällen

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sind die Stellglieder einander gegenüberliegend zu beiden Seiten Seiten des ringförmigen Gehäusemittelteils und in einem Winkel von 90° zum Schwenkzapfen 39 angebracht. Die Stellglieder dienen dazu» den Rotor zu ergreifen und ihn innerhalb des ringförmigen Gehäusemittelteils 44 von einer Seite zur anderen zu schwenken.

Die Welle 16 ist mit einer Axialbohrung 73 versehen, die sich teilweise durch sie erstreckt und quer verlaufende Radialbohrungen 74 und 75. Auf diese Weise kann durch die die Schubplatte haltenden Kolben und Kugelpfanne fließendes öl das Lager 19 schmieren, sodann durch die Radialbohrung 75, Axialbohrung 73 und Radialbohrung 74 fließen, um das Lager 17 zu schmieren.

Die durch die Stellglieder 70 und 71 bestimmte Stellung des Steuerringes 31 regelt im Betrieb die Anlage, die Strömungsmenge und die Drehrichtung des Rotors. Wenn beispielsweise die Fluideinlaßöffnung 2 5 mit einem ölbehälter verbunden ist, werden die Kolben bei Drehbewegung der Welle 16 gemäß der Stellung des Steuerringes 34 in die Zylinder 2 8 oder aus ihnen heraus bewegt, da jede Kugelpfanne zentrifugal dicht an die Innenfläche des Steuerringes gedrückt bleibt, während sie von den die Kugelpfanne umgebenden Ringen 37 und 38 gehalten wird.

Bei Drehung der Welle 16 und des Rotors ist ersichtlich, daß Fluid in diejenigen Kolbenzylinder gesaugt wird, die über den gekrümmten Schlitz 27 mit der Fluidöffnung 25 verbunden sind, und den mit der Fluidöffnung 24 fluchtenden Zylindern, wo die Kolben sich aus dem Rotor herausbewegen. Das einströmende Fluid wird sodann komprimiert, wenn der Rotor sich dreht und die Kolben in den Rotor bewegt werden, und das komprimierte Fluid wird unter Druck aus den Zylindern freigegeben, wenn ihre öffnungen am Ende der Fluidöffnung 24 mit dem gekrümmten Schlitz

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in Fluchtung kommen. Der Steuerring Kann so angeordnet sein, daß entweder die Öffnung 24 oder die öffnung 25 als Einlaßöffnung und die andere als Auslaßöffnung dient, so daß die Drehbewegung der Welle 16 umgekehrt werden kann.

Wenn die Anlage zum Antrieb der Welle IS als Motor betrieben wird, gelangt Fluid unter Druck zu den mit dem Fluideinlaß 21 oder 25 verbundenen Zylindern, wirkt auf die Kolben 30 und den Rotor 13 und setzt den Rotor in Drehbewegung, so daß die Kolben sich bezüglich des Rotors nach außen bewegen. Das Fluid tritt dann aus den Zylindern aus, wenn die Durchbräche 29 mit dem gekrümmten Schlitz in Fluchtung kommen, der an der Innenseite des vorderen Gehäuses gebildet ist und mit der anderen als Auslaß dienenden Fluidöffnung 24 bzw. 25 verbunden ist.

An dem Gehäuse 11 sind Anschlußnippel 80 und 81 befestigt, die die Fluidleitungen mit den Fluidöffnungen 24 bzw. 25 verbinden. In den Nippeln sind in Nuten 83 sitzende O-Ringe 82 vorgesehen, die die Nippel zum Gehäuse 11 abdichten. Um Fluidverlust zwischen den Stirnplatten und dem ringförmigen Gehäusemittelteil zu vermeiden, sind weitere O-Ringe 84 und 85 vorgesehen, welche in dafür in den Stirnseiten des ringförmigen Gehäusemittelteils vorgesehenen Nuten sitzen. Ferner sind O-Ringe 86 vorgesehen, welche in Nuten passen, die um jeden Kolben 47 und der Schubplattenhalterung liegen. Durch die O-Ringe 86 können sich die Kolben zwar, wie gewünscht, bewegen, es wird aber ein Fluidverlust zwischen den Kolben und den Wänden der dafür in der hinteren Gehäusestirnplatte vorgesehenen Bohrungen vermieden.

Bei der Drehbewegung des Rotors wird Ol in den Kolbenzylindern zentrifugal durch die Offnungen 46 und 47 gedrückt und bildet einen Schmierfilm für die Kugelpfannen 32 bei ihrer Bewegung mit dem Steuerring 34. Das Ol fließt von der Innenseite des

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Steuerringes durch radiale Schlitze 87 hinter Feldern 88 an der Vorderseite des Rotors in ringförmige Schmiernuten 89 an der Rotorfläche, jedoch außerhalb der Schlitze 26 und 27. Zu gleicher Zeit fließt öl durch öffnungen 90 und 91 um den Rotor in eine Schmiernut 92 innerhalb der Schlitze 26 und 27. Hierdurch wird die Reibung zwischen Rotor und vorderer Gehäuseetirnplatte weitgehend reduziert.

Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, wirkt der Druck an den Fluidöffnungen, der den Rotor gegen die hintere Gehäusestirnplatte drückt, auch auf die Schubplattenandrückvorrichtung, um die Kräfte an den Fluidöffnungen auszugleichen. Federn 5t spannen die Kolben 49 und 51 sowie die schübübertragenden Pfannen 57 in Eingriff mit der Schubplatte IU vor und halten die Schubplatte in Eingriff mit dem Rotor 13.

Wenn an der Fluidöffnung 24 ein hoher Druck anliegt, gelangt dieser durch die öffnungen 6 3 und damit fluchtende öffnungen in dem ringförmigen Gehäusemittelteil und öffnungen 61 in der hinteren Gehäusestirnwand an die Rückseite der Kolben 19, und der Rotor 13 wird zwischen Fluidöffnung 25 und Kolben U9 in einer axial ausgeglichenen Stellung gehalten. Liegt zur gleichen Zeit ein niedriger Druck an der Fluidöffnung 2U, so wird dieser durch die öffnungen 66, 65 und 6<t an die Rückseite der Kolben 51 übertragen, um den Rotor zwischen Fluidöffnung 25 und Kolben 51 in einer axial ausgeglichenen Stellung zu halten. Es versteht sich von selbst, daß bei der Drehung von hohem und niedrigem Druck an den Fluidöffnungen der gleiche ausgeglichene Zustand des Rotors aufrechterhalten bleibt.

Die hier beschriebene axial ausgeglichene einstellbare Rotationsmaschine hat sich dann besonders günstig erwiesen, wenn hohe Drücke von wenigstens 300 bar erfordert wurden. Aufgrund der axialen Ausgeglichenheit und der Rotorschmieranordnung nutzt die Pumpe wenig ab, und die Maschine hat eine äußerst lange Lebensdauer.

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Ee hat eich herausgestellt, daß die Maschine nach der. Erfindung zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Elektroautos, ideal geeignet ist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, eignet sich die hydraulische Rotationsmaschine 10 besonders für Anlagen, die eine Antriebsmaschine haben und einen zusätzlichen Beschleunigungsantrieb benötigen. Wie aus der Figur ersichtlich, ist die hydraulische Rotationsmaschine 10 in Serie mit einem Elektromotor 100 geschaltet, um Ober ein Differential 102 und eine Achse 103 die Antriebsräder 101 eines nicht dargestellten Fahrzeugs anzutreiben, aber die Anlage kann ebenso gut zum Antrieb anderer Lasten verwendet werden.

Bei der schematisch dargestellten Anlage kommt die Ausgangsenergie zur Beschleunigung der Last vom Akkumulator 105. Hierzu wird ein Schalter 106 in eine vordere Antriebs8tellung bewegt, wodurch über den Kontakt 107 ein Stromkreis geschlossen und die Anlage in Vorwärtsbewegung versetzt wird.

Das Gaspedal 108 wird gedrückt, und gleich bei der ersten Bewegung wird über ein Steuerglied 109 ein Kontaktschalter 110 bewegt, so daß zum Antrieb des umkehrbaren Elektromotors 100 ein Stromkreis geschlossen wird und die Last, in diesem Fall die Räder 101, vorwärts bewegt werden.

Soll das Fahrzeug angehalten werden oder bremsen, so wird das Bremspedal 111 gedrückt. Die Anfangsbewegung des Bremspedals schließt den Schalter 112, und die folgende Betätigung des Bremspedals betätigt in bekannter Weise die nicht dargestellten Fahrzeugbremsen.

Das Schließen des Schalters 112 schließt den Stromkreis zu einem Solenoid 113, der den Betrieb eines Zwei-Stellungen-Drei-Wege-Ventils 114, das normalerweise offen ist, regelt. In seiner

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"normalerweise offenen" Stellung, d.h. wenn der Solenoid 113 stromlos ist, wird Fluid von einem fluidbetätigten Stellglied

70 der Maschine 10 durch die Leitung 115 und das Ventil II¹* zum Sumpf 116 hin abgeleitet. Wie weiter unten noch erläutert, wird dann, wenn der Solenoid 113 erregt ist, das Ventil betätigt, so daß ein Fluid mit hohem Druck durch das Ventil, die Leitung 115 und eine variable Drosselstelle 117 in der Leitung 115 zu dem Stellglied 70 strömt.

In der dargestellten Anlage werden beide Stellglieder 70 und

71 fluidbetätigt. Das Stellglied 70 umfaßt einen Fluidzylinder mit einem darin untergebrachten Kolben 118 und einer Kolbenstange 119, die sich von dort durch das ringförmige Gehäuseraittelteil der Maschine 10 erstreckt und an dem Steuerring 34 der Maschine Io angreift. Fluid wird über die Leitung 115 der Rückseite

des Kolbens 118 zugeführt und von dort abgezogen, und eine in

dem Stellgliedgehäuse untergebrachte Feder 121 spannt den Kolben

normalerweise vor, um die Kolbenstange zum Steuerring 34 hin zu bewegen.

Das Stellglied 71 umfaßt einen Fluidzylinder mit einem darin untergebrachten Kolben 112, der eine etwas kleinere Querschnittsfläche hat als der Kolben 118, und mit einer Kolbenstange 12 3, die sich von dort durch das ringförmige Gehäusemittelteil der Maschine erstreckt und an dem Steuerring 34 angreift. Fluid gelangt hinter dem Kolben 121 in das Stellglied 70 und wieder aus ihm heraus über eine Leitung 124 mit einer darin untergebrachten variablen Drosselstelle 120.

Wenn das Ventil 114 so betätigt wird, daß es Fluid vom Stellglied 70 abzieht, schneidet es gleichzeitig Fluidfluß unter Druck zum Stellglied ab.

Die Feder 121 bewegt den Kolben 118, so daß sich die Kolbenstange 119 streckt und den Steuerring 34 über die Mittelstellung in Richtung des Stellgliedes 70 bewegt. Die durch die Drehbewegung der Räder 101 bewirkte Drehbewegung der Welle 16 der Maschine

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bringt die Maschine dazu, Ol aus dem Sumpf 116 unter Druck durch die Fluidöffnung 25 und aus der Fluidöffnung 24 heraus zu pumpen , wie vorstehend bereits beschrieben wurde. Das auslaufende öl wird unter Druck durch die variable Drosselstelle 120 und die Leitung 124 zur Rückseite des Kolbens 122 geführt. Der auf den Kolben 122 wirkende hohe Druck verdrängt die Kolbenstange 123 und bewegt den Steuerring 134 zurück in seine Mittenstellung, wodurch die Pumpenwirkung der Maschine 10 verringert wird, bis nur noch ein Minimaldruck abgegeben wird. Dieser Minimaldruck wird reguliert durch den ausgleichen-* den Druck, der an der Rückseite des Kolbens 122 erforderlich ist, um den Steuerring in eine im wesentlichen mittige Stellung zu bewegen, und er gelangt durch eine Leitung 125, ein ferngesteuertes Sperrventil 126, ein Rückschlagventil 127, ein Filter 128 und durch den Hochdruckbereich der Anlage, der im allgemeinen mit 129 bezeichnet ist. Somit ist der Minimaldruck immer im Hochdruckbereich der Anlage anwesend und ist verfügbar, um das Stellglied 70 zu betätigen, wenn das Bremspedal 111 zuerst betätigt wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird durch Betätigen des Bremspedals 111 ein Stromkreis geschlossen, um das Solenoid 113 zu erregen und zu ermöglichen, daß der hohe Druck in der Leitung 130 durch die Leitung 115 zur Rückseite des Kolbens 118 gelangt. Der auf die Rückseite des Kolbens 118 wirkende hohe Druck und die Feder 121 spannen den Kolben 118 vor, so daß die Kolbenstange 119 vorstößt und den Steuerring der Maschine 110 über den Mittelpunkt zum Stellglied 71 hin bewegt. Die variable Drosseisteile 117 beeinflußt den Druckanstieg an der Rückseite des Kolbens 118 und damit die Menge, bei der die Kolbenstange vorgestoßen und der Steuerring bewegt wird.

Wenn der Kolben 118 bewegt und^die Kolbenstange 119 vorgestoßen wird, wird die Vorspannkraft des auf den kleineren Kolben wirkenden Fluid überwunden, und der Steuerring wird bewegt.

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Wird der Steuerring aus seiner Mittenstellung zum Stellglied hin bewegt» so pumpt die Maschine Fluid aus dem Sumpf 116 durch die Fluidöffnung 25, aus der Fluidöffnung 24 heraus in die Leitung 125. Die Strömung gelangt dann durch das Solenoid 113, das Rückschlagventil 127, das Filter 128 in die Leitung 130. Gleichzeitig gelangt die Strömung durch ein Oberdruckventil 131 in einen Akkumulator 132. Während einer derartigen Bremsung wird durch die Tätigkeit der Räder , die die Maschine als Pumpe antreiben (durch Achse 103, Differential 102 und Welle 16) Fluid aus dem Sumpf 116 wie vorstehend beschrieben in den Akkumulator gepumpt. Dieser Akkumulator verwendet vorzugsweise komprimierbares Gas als Feder, und das hineingepumpte Fluid wird das Gas komprimieren, wenn der Druck in der Anlage steigt. Aufgrund der durch das Gas absorbierten Trägheitsenergie des Fahrzeugs verlangsamt sich das Fahrzeug, sobald der Druck in der Anlage steigt. Hält das Fahrzeug an, so stoppt auch die Pumpenwirkung der Maschine 10. Zu diesem Zeitpunkt verhindert das ferngesteuerte Sperrventil 126 die Rückströmung von der Akkumulatorkammer durch die Maschine 10.

Hat der vorstehend beschriebene Bremszyklus so lange angehalten, daß in dem Akkumulator 132 und der Leitung 130 sich ein vorbestimmter Druck von etwa 170 bar aufbauen konnte» so schließt der Druck einen Druckschalter 134.

Wenn danach das Gaspedal wieder gedrückt wird, wirkt die Anfangsbewegung durch die Steuereinrichtung 109 und schließt den Kontaktschalter 110. Zur gleichen Zeit wird durch das Gaspedal ein Schalter 135 betätigt und liefert durch den geschlossenen Druckschalter 134 Energie von einer Energiequelle zur Aktivierung eines Solenoids 136 eines Ventils 137.

Wenn das Solenoid 136 erregt ist, betätigt es das Ventil 137, so daß Fluid unter hohem Druck durch die Leitung 130 und in eine zum ferngesteuerten Sperrventil 126 führende Leitung

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gelangt. Der hohe Druck aus der Leitung 138 löst das Sperrventil des Ventils 126, so daft eine Strömung von dem Akkumulator 132, durch das Oberdruckventil 131, die Leitung 139 und das darin befindliche Sperrventil 14O um das Filter 128 und das Rückschlagventil 127, das ferngesteuerte Sperrventil 126, die Leitung 125, die Fluidöffnung .2*", die Maschine 10 und die Fluidöffnung 25 zum Sumpf 116 gelangt. Gleichzeitig gelangt der hohe Druck durch die Leitung 125 und die Leitung 120 an die Rückseite des Kolbens 122 des Stellgliedes 71. Zur gleichen Zeit wird auch das Ventil 11« betätigt und bringt das Stellglied 70 in Verbindung mit dem Sumpf 116. Folglich Wird der kleinere Kolben 122 bewegt und die Kolbenstange 123 vorgestoßen, um die Kraft der Feder 121 zu überwinden und den Stellring 34 über die Mitte in Richtung zum Stellglied 70 zu bewegen. Die Maschine 10 arbeitet dann als Motor und wirkt mit dem Motor 100 zum Antrieb der Räder 101 zusammen.

Die Wirkungsweise der Maschine 10 als Motor hält so lange an, bis der Druck in dem Akkumulator und der Hochdruckanlage auf eine Höhe absinkt, bei welcher der Druckschalter 134 öffnet. Dieser Druck liegt unterhalb demjenigen, bei dem der Schalter schließt, nämlich bei beispielsweise 143 bar. Öffnet der Druckschalter, wird das Solenoid 136 stromlos, und das Ventil 137 kehrt in seine "normale¹^teilung zurück, wo der Druck in der Leitung 138 durch das Ventil zum Sumpf 116 abgelassen wird, Fällt der Druck in der Leitung 138, so gelangt das Sperrventil des ferngesteuerten Sperrventils 126 wieder auf seinen Sitz, und die Strömung vom Akkumulator 132 zur Maschine 10 wird gestoppt. .

Hält die Strömung durch das Ventil 126 zur Maschine 10 an, so sinkt der Druck an der Rückseite des kleinen Kolbens 122, und die Feder 121 beaufschlagt den Kolben 118, so daß er den Steuerring in seine Mittenstellungjurückführt. .

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Wenn eine weitere Antriebskraft gewünscht wird und die Maschine 10 weiterhin als Motor laufen soll, um die Wirkungsweise des Motors 10 noch zu erhöhen, ist es lediglich erforderlich, das Gaspedal zu drücken, bis ein weiterer Schalter 141 geschlossen wird. Dieser Schalter ist direkt mit dem Solenoid 136 verbunden und umgeht den Druckschalter 134. Bei geschlossenem Schalter IW wird das Solenoid 136 erregt und das Ventil 137 betätigt, wie vorstehend beschrieben wurde, so daß hoher Druck in die Leitung 138 strömt, wodurch sich der Solenoid 136 von seinem Ventilsitz entfernt. Somit kann aller Druck in dem Akkumulator 132 zum Antrieb der Maschine 10 als Motor verwendet werden, wenn dies gewünscht wird. Bei nachfolgenden Bremsungen baut sich der Druck in der Akkumulatorkammer natürlich wieder auf.

Die hier beschriebene Anlage ist besonders fUr Fahrzeuge und insbesondere für elektrisch betriebene Fahrzeuge geeignet. Es ist jedoch ersichtlich, daß mit nur geringfügigen Änderungen der Anlagen auch andere Antriebsmaschinen verwendet werden können. Bei der beschriebenen Anlage wird die Maschine 10 als Pumpe betätigt, um während des BremsVorgangs Energie zu speichern, und sie wird während der Beschleunigung zur Unterstützung des Antriebs als Motor betrieben. Danach kann die Antriebsmaschine zur Aufrechterhaltung der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden, und gespeicherte Energie ist dann für außerordentlichen Bedarf, wie etwa bei Überholvorgängen, Steigungen und Notfällen, verfügbar.

Soll das Fahrzeug rückwärts fahren, so wird der Schalter 106 zum Kontakt 150 und dem Steuerglied 109 sowie dem Schalter 110 bewegt, wodurch ein Stromkreis für den Rückwärtslauf des Motors geschaffen ist. Bei der hier beschriebenen Anlage soll die Maschine 10 nicht zur Unterstützung dieser Rückwärtsbewegung beitragen.

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Viele verschiedene Steuerglieder 109 haben eich als zufriedenstellend erwiesen, jedoch ist das von der General Electric Company hergestellte SLR-Steuerglied besonders geeignet zum wahlweisen Betätigen des Kontaktschalter 110 je nach Stellung des Schalters 106 und Bewegung des Gaspedals 108.

Die Hydraulikanlage ist durch ein Oberdruckventil 151 gegen Oberdruck geschützt, welches mit der Leitung 130 verbunden ist und dann öffnet, wenn in der Anlage Oberdruck herrscht, der in den Sumpf 116 abgegeben wird.

Im Falle eines Leitungsbruches oder Oberdrehen der Fahrzeugräder schließt das Oberdruckventil 131. Es wird wieder eingestellt, wenn der Hochdruckbereich der Anlage wieder mit Druck versorgt ist, wie vorstehend beschrieben wurde.

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Claims

2748k55

42-1686 V

Patentansprüche

'Λ.j Hydro-Rotationsmaschine mit einem eilte vordere und eine hintere Stirnwand aufweisenden, einen zentralen Hohlraum umgrenzenden Gehäuse und mit einem in dem Hohlraum umlaufenden und auf einer Welle sitzenden Rotor, gekennzeichnet durch einen in dem Hohlraum sitzenden, exzentrisch gelagerten, verstellbaren Steuerring (34), durch eine Anzahl radial verlaufender Zylinderbohrungen (28) in dem Rotor (13), die"sich bis an dessen Umfang erstrecken, durch je einen von jeder Zylinderbohrung bis an eine Stirnfläche des Rotors durchgehenden Kanal (29) , die sämtlich in derselben Entfernung von der Achse des Rotors liegen, durch einen Kolben (30) in jeder Zylinderbohrung (28), wobei die Kolben durch Zentrifugalwirkung an dem Steuerring (34) anliegen, durch eine axial bewegliche Anordnung des Rotors auf der Welle (16), durch ein Paar diametral im Abstand voneinander liegender Fluidöffnungen (24,25) in einer Stirnwand (11), die jeweils in einen bogenförmigen Schlitz (26, 27) münden, welche Schlitze mit den Kanälen (29) fluchten, und durch eine jeder Fluidöffnung (24,25) gegenüberliegende Druckkompensationseinrichtung, die den an jeder Fluidöffnung herrschenden Druck auf beide Stirnflächen des Rotors einwirken läßt.
2. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß die Druckkompensationseinrichtung wenigstens eine jeder Fluidöffnung gegenüberliegende Gehäusebohrung umfaßt, in der ein Druckkolben (51) untergebracht ist, der durch eine Feder (54) in Richtung auf den Rotor vorgespannt ist, und daß jede Gehäusebohrung über eine Verbindungsleitung (61,62,63; 64,65,66) jeweils

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mit der gegenüberliegenden Fluidöffnung (24,25) verbunden ist.
3. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zwischen den Druckkolben und dem Rotor angeordneten Schubplatte (14).
4. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet , daß die Schubplatte (14) flach auf der angrenzenden Stirnwand des Rotors aufliegt und die Welle (16) lose umgibt.
5. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Druckkolben (51) und der Schubplatte (14) ein Kolbenschuh (57) angeordnet ist.
6. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder Kolbenschuh eine Ausnehmung in seiner an die Schubplatte (14) angrenzenden Stirnfläche aufweist, die durch miteinander fluchtende Durchtritte (59,60) in dem Druckkolben (51) und dem Kolbenschuh (57) mit der Rückseite des Druckkolbens in Verbindung steht.
7. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein Paar im Abstand voneinander liegender Gehäusebohrungen in der hinteren Stirnwand vorgesehen sind.
8. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Kolben (30) mit einem Gelenkschuh verbunden ist, der an dem Steuerring (34) anliegt.

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9. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 8, dadurch ge -kennzeichne t , daß jeder Kolben (30) einen Zentralkanal (46) aufweist, daß jeder Gelenkschuh (32) an seiner radial äußeren Fläche eine Ausnehmung aufweist sowie einen mit dem Zentralkanal fluchtenden Verbindungskanal (47), so daß eine Verbindung zwischen der Ausnehmung und der Zylinderbohrung (28) hergestellt ist.
10. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (34) Halteringe (37,38) aufweist zum Unterstützen der Anlage der Kolbenschuhe an dem Steuerring.
11. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Stirnfläche des Rotors (13), die mit der die Fluidöffnungen aufweisenden Stirnwand des Gehäuses in Berührung ist, eine Anzahl konzentrischer Ringnuten aufweist, die durch radiale Schlitze miteinander und mit dem äußeren Umfang des Rotors verbunden sind.
12. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 11, dadurch g e -kennzeichnet ,daß diejenige Stirnfläche des Rotors , die mit der die Fluidöffnungen aufweisenden Stirnwand des Gehäuses in Berührung steht, einen ringförmigen Schlitz in der Mähe des wellennahen Umfanges hat in der Nähe der die Helle stützenden Lager, und daß der Rotor Schmiermittelbohrungen aufweist, die sich vom äußeren Umfang des Rotors bis an den ringförmigen Schlitz erstrecken.
13. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring an einem in den Gehäusestirnwänden (11,15) gelagerten Schwenkzapfen zur Verstellung der Exzentrizität schwenkbar gelagert ist und daß Stellglieder (70,71) an dem Steuerring (34) angreifen.

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14. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Stellglieder einen ersten Servozylinder (70) und einen zweiten kleineren Servozylinder (71) bilden, deren Kolbengehäuse an gegenüberliegenden Stellen des Gehäuses der Maschine befestigt sind und die jeweils einen Kolben enthalten, der über eine das Gehäuse durchragende Kolbenstange an dem Steuerring (34) angreift, daß der erste Servozylinder eine Feder aufweist, die den Steuerring in eine über die Mittelstelle hinausgehende Lage des Rotors vorspannt, und daß jeweils eine Fluidleitung in dem vom Steuerring abgewandten Zylinderraum jedes Servozylinders mündet.
15. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Fluidöffnung (25) an einen Fluidvorratsbehälter und die andere Fluidöffnung (24) an einen Druckfluidspeicher angeschlossen ist.
16. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Druckspeicher verbundene Fluidöffnung (24) über eine Leitung (124) mit dem zweiten Servozylinder (71) verbunden ist.
17. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Servozylinder

(70) über eine Leitung (115) mit einem Umschaltventil (114) verbunden ist, welches in einer ersten, der Ruhelage entsprechenden Schaltstellung diese Leitung (115) mit dem Vorratsbehälter (116) verbindet und in einer zweiten Schaltstellung die Leitung (115) mit einer unter Druck stehenden Leitung verbindet.
18. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Fluidöffnung (24) über ein fernsteuerbares Rückschlagventil (126) mit einem Druckspeicher (132) verbunden ist.

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19. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß das fernsteuerbare Rückschlagventil (126) über zwei antiparallel gesteuerte Überdruckoder Rückschlagventile (127, 140) mit dem Druckspeicher (132) verbunden ist.
20. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß in Reihe mit einem der Oberdruckventile (127) ein Filter (128) geschaltet ist.
21. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 14 bis 20, gekennzeichnet durch ein zweites Umschaltventil (137), das in seiner einen, der Ruhelage entsprechenden Schaltstellung die Steuerleitung (138) des fernsteuerbaren Rückschlagventils (126) mit dem Vorratsbehälter (116) verbindet und in seiner anderen Schaltstellung diese Leitung mit einer druckführenden Leitung verbindet, und daß das fernsteuerbare Rückschlagventil in der zweiten Schaltstellung geöffnet ist.
22. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 21, zur Verwendung als Zusatzantrieb in einem einen Hauptantriebsmotor aufweisenden Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Umschaltventil (114) durch das Bremspedal (111) in seine zweite Schaltstellung umschaltbar ist, und daß das zweite Umschaltventil (137) durch das Gaspedal in seine zweite Schaltstellung umschaltbar ist.
23. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß an eine mit dem Druckspeicher

(132) in Verbindung stehende Leitung (130) ein Druckschalter (134) angeschlossen ist, der mit einem vom Gaspedal (108) am Anfang des Betätigens desselben schließenden Schalters (135) in Reihe liegt, daß der Druckschalter (134) oberhalb eines bestimmten Minimaldruckes geschlossen ist,

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und daß der erste Schalter (135) und der Druckschalter (134) das zweite Umschaltventil (137) nur dann in die zweite Schaltstellung umschalten, wenn sie beide geschlossen sind.
24. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß das Gaspedal mit einem zusätzlichen Schalter (141) versehen ist, der in der fast durchgetretenen Stellung des Gaspedals schließt, und daß dieser zusätzliche Schalter (141) das zweite Umschaltventil (137) im geschlossenen Zustand in die zweite Schaltstellung umschaltet.
25. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß sie mit einem Hauptantriebsmotor (100) gekuppelt ist und daß das Gaspedal (108) zugleich den Hauptantriebsmotor (100) steuert.
26. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß die Hauptantriebsmaschine ein Elektromotor (100) ist.
27. Hydro-Rotationsmaschine nach Anspruch 26, dadurch ge kennzeichnet , daß ein Schalter vorgesehen ist zum Umsteuern der Drehrichtung des Elektromotors (26) und daß dieser Schalter in seiner der Rückwärtsfahrt entsprechenden Schaltstellung die Steuerung der Umschaltventile (114, 137) unterbricht.

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