DE2914642A1

DE2914642A1 - Schwungwandler

Info

Publication number: DE2914642A1
Application number: DE19792914642
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Ing Schueler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-04-11
Filing date: 1979-04-11
Publication date: 1980-10-23

Description

Beschreibung
Jeder Verbrennungsmotor ist mit einem fest auf seiner Motorwell' angebrachten, starren Schwungrad versehen, um einen möglichst gleichförmigen Lauf des stossweise arbeitenden Motors zu erreichen. Das konstante Trägheitemoment dieses Schwungrades ist nur für eine bestimmte Motordrehzahl optimal, es muss bei kleinen Drehzahlen gross sein, um seinen Zweck zu erfüllen, bei höheren Drehzahlen dagegen ist ein grosses TrSgheitsmoment lästige Ballast, der den Wirkungsgrad herabdrückt.
Der Erfindungsgegenstand "Schwungwandlert ist in Fig. 1 schematisch im Querschnitt und in Fig.2 mit drei Einzelschwungmassen in Seitenansicht dargestellt und vereinigt Schwangrad, Getriebe und Kupplung eines Motors zu einem einzigen, planetentriebartigen Maschinenelement. Er ist für Antriebe aller Art die veränderliches Drehmoment erfordern; Kraftfahrzeuge, Bagger, Wasserfahrzeuge, Zahnräder u.a.m. gleichgut geeignet und besteht aus zwei sich überlagernden Drehsvstemen I und II erstens der Drehbewegung I des Käfigs 5 zusammen mit den Einzelschwungma-ssen 1 um die Haupt achse 3-4 und zweitens der Drehbewegung II der Einzelschwungmassen 1 um ihre Schwerachsen 2. Insgesamt unterscheidet der Wandler zwischen vier verschiedenen Drehzahlen e, a, u und s, die über die Zahnräder 6, -?, 8 und 9 miteinander gekoppelt sind: e = Drehzahl der Eingangswelle 3, a = Drehzahl der Ausgangswelle 4, u = Drehzahl (1) des Käfigs 5 und 5 = Drehzahl (II) der Schwungmassen 1 relativ zum Käfig 5.
Die Zahnradüberetzungen des Wandlers - im dargestellten Beispiel antriebsseitig 2 : 1 und attriebsseitig 1 : 1 - sind so ausgelegt, dass die Drehzahlen e, a und u, die bei a = 1 alle die gleiche Grösse haben, untersvhiedlich werden, wenn die Ausgangswelle 4 von Drehzahl 1 auf 0 abgebremst wird. Die Drehzahl s wächst dabei von o auf 1 an. In Fig. 3 sind alle diese Drehzahlen in Abhängigkeit von a graphisch dargestellt.
Das Trägheitsmoment des Wandlers ist erfindungsgemäss veränderlich. Es ist bei kleinen Abtriebsdrehzahlen gross , nimmt mit steigender Abtriebsdrehzahl ab und ist durch die Kombination von Schwungrad und Getriebe mit in den Wandlungsprozess eingeschaltet. Es errechnet sicn nach der (teiner'schen Formel (vgl. Fig. -4). Diese besteht aus zwei Summanden, deren ersterer sich auf das Drehsastem 1 der zweite auf das Drehsystem II bezieht. Steiner betrachtet, dabei jedoch seinen Drehkörper als starr und die Achsen 2 als nicht vorhanden. Für die Berechnung des Wandler-Trägheitsmomentes gilt diese Formel nur dann, wenn 5 = 0 ist. Weicht s von Null ab, sb muss der Steiner'schen Formel ein Glied hinzugefügt werden, da das Trägheitsmoment#des Wandlers zusätzlich auch vom DrehzåhlverhGltnis s/u abhängig ist.
Ganz allggmFin nimmt ein Motorschwungrad beim Explosionshub des Motors durch Beschleunigung Energie auf, die es während der übrigen Motor-Arbeitstakte durch Verzögerung wieder abgibt. Ein starres Schwungrad kann gber nur entweder durch Beschleunigung Energie aufnehmen oter durch Verzögerung Energie abgeben bei ständigem Kraftflusswechsel, und hat dabei jeweils nur die halbe Zeit einer Arbeitstaktfolge zur Energie-Aufnahme bezw. -abgabe zur Verfügung. Der Schwungwandler dagegen kann gleichzeitig durcn sein Drehsystem II ohne Eraftflussunterbrechung Energie aufnehmen, speichen und wieder abgeben und hat dazu während dgr ganzen Arbeitstaktfolge Zeit, was sich günstig auf seinen Wirkungsgrad und seine Laufruhe auswirkt, Wenn das Drehmoment eines Verbrauchers das des antreibenden Motors übersteigt, muss bekanntlich eine Üebersetzung zwischengeschaltet werden. Bei Verwendung des Schwungwandlers anstelle des starren Schwungrades ändern bei steigendem Verbraucherdrehmoment die vier Drehzahlen ihr Drehzahlverhältnis zueinander, a wird kleiner und kann ohne Seberlasten bezw. Abwürgendes Motors gleich Null werden, während das aus dem anwachsenden Drehzahlverhältnis s/u sich ergebende Trägheits bezw. Drehmoment automatisch ohne Schalten grösser wird und den vierfachen Anfangswert erreichen kann. Dieser Wandlungsvorgang ist praktisch und physikalisch umkehrbar und wird lediglich vom abtriebsseitig geforderten Drehmoment gesteuert.
Da der Schwungwandler das herkömmliche, starre Schwungrad ersetzt, wird er zum integrierten Bestandteil des Motors, der so eine völlig veränderte Charakteristik erhält, die der eines Elektromotors ähnelt. In Fig. 3 sind Drehzahlen, Drehmomente, Trägheitsmoment und Leistung eines solchen Motors zu einem aufschlussreichen Diagramm zusammengestellt. Fig.5 zeigt die errechnete Wirkungsgradkurve dieses Motors. Ein Vergleich mit den erreichbaren Wirkungsgraden heutiger Verbrennungsmotoren t6*$trichelte Linie) lässt erkennen, dass der Wirkungsgrad des Motors mit Schwungwandler im meistbenutzten Fahrbereich im Mittel um ca. 25 O/o höher liegt. Das bedeutet entsprechende Kraftstoffersparnis. < Leerseite

Claims

Scnwungwandler Patent anspruche Anspruch() Schwungwandler es zur wirtschaftlichen Beistungsanpassung zwischen Motor und Verbraucher, insbesondere bei Verbrennungsmotoren anstelle des starren Schwungrades als Drehschwingungsdämpfer, überlastungssicherung, elastische, unter Last anfahrbare Kupplung und automatischer Drehmomentwandler wirksam, dadurch gekennzeichnet, dass er Schwungrad und Getriebe zu einer planetentriebartigen Einheit zusammenfasst und seine Schwung masse auf die Planetenräder verteilt ist, wobei seine Wirkung auf der Ausnutzung von Trägheitskräften beruht, die bei der Uberlagerung zweier Drehbewegungen ein und derselben Scllwungmasse um zwei verschiedene Achsen auftreten.

Anspruch 2 Schwungwandler nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass sein Trägheitsmoment veränderlich ist.

Anspruch 3 Schwungwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass er aus zwei oder mehreren Einzelschwungmassen (1) besteht, die sich frei um Achsen (2) drehen, die -gleichmässig um die Hauptachse (3-4) verteilt- in dem Käfig (5) gelagert sind,-der sich frei um die Hauptachse (3-4) dreht, die aus der Eingangswelle (3) und der gleichachsig angeordneten Abtriebswelle (4) besteht, deren Zahnräder (6 und 7) in die mit den Einzelschwungmassen (1) fest verbundenen Zahnräder (8 bezw.9) eingreifen.

Anspruch 4 Schwungwandler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sein Käfig (5) mittels Bremse (10) abbremsbar ist.